全分辨率的低串扰时分复用狭缝光栅3D显示

吕国皎，王琼华

(1.四川大学电子信息学院，成都610065;2.成都工业学院，成都610000)

狭缝光栅3D显示是种低成本的3D显示，可提供良好的3D观看效果。但是由于其狭缝分光的原因，使得其分辨率低于2D显示屏的分辨率。并且其最佳观看视点通常是一个理论上的小点［1－5］。在实际观看位置和最佳视点并不重合的时候，通常会引入串扰。这会严重影响显示质量。笔者提出一种用于实现全分辨率的3D显示，并可降低串扰的产生的方法。

通常用于狭缝光栅3D显示串扰抑制的方法有减小狭缝光栅透光条宽度、阶梯狭缝光栅和双狭缝光栅等3种［6－9］。在通过减小狭缝光栅透光条宽度来实现低串扰显示的过程中，由于减少了透光面积，因此，会进一步降低分辨率。该设计采取一种采用补偿帧的办法，既可满足低串扰的设计要求又可实现全分辨率的3D显示。

1 结构与原理

该设计中减少串扰是通过减少光栅的缝宽实现的，如图1所示。设计中显示的完成由背光源、液晶显示面板两个部分组成。背光源采用的是一个OLED显示器。通过OLED显示器上面像素的开关来实现后置式的光栅，并且透光条的宽度也可通过像素的开关进行调节。当透光条面积减少时，可起到减少串扰的作用。液晶显示面板用于显示合成视差图像。图像通过后置光栅的调制，并显示出3D图像。在每一个图像元中，都包含了5个像素。在第1个时刻，对于特定的某个视点，只完成了部分图像的显示。在下一刻，发光区域和视差图像元的位置相对于上一刻发生平移，用以显示其他像素，从而实现全分辨率的3D图像的显示。

图1 利用背光源视差光栅实现的时分复用3D显示Fig.1 Themethod of time-multiplex auto-stereoscopic w ith backlight parallax barrier

显示中每1帧3D图像由4帧合成图像共同完成显示。由于狭缝宽度的减少，如果仅有第2帧补充部分图像信息，仍然会因为缺乏光照使得部分图像信息丢失。则在某一视点看，其显示的图像会出现黑色的暗条纹，使得观看效果降低。为消除这些黑色条纹对3D显示的影响，需要改变第3、4帧的显示区域，以消除这些黑色条纹。因此第3、4帧画面的图像元位置和光栅透光条位置同时移动1/2节距。保证这两帧中的显示区域恰好覆盖在前两帧产生的黑色条纹处，如图2所示。在显示过程中，第1、2帧和第3、4帧图像显示的内容是相同的，只是显示的区域发生了变化。因此对于液晶显示面板和OLED背光源，需要更高的帧频才能实现显示。通过这种方法可以以取得全分辨率的3D显示。并且由于单帧图像中，狭缝透光条的宽度减少，则其串扰也会被控制在一个较低的范围里面。

图2 全分辨率的实现过程Fig.2 Process of the full resolution

2 实验与仿真

在结构的设计过程中，各个参数必须满足几何光学的原理。假设狭缝光栅节距为2B，狭缝透光条纹宽度为d，狭缝光栅和液晶面板距离为l，视差图像元宽度为P，瞳距为E，观看距离为D，那么由相似三角形定理，其参数必须满足如下关系

对于常用的手持设备，最佳观看距离约为30 cm，人眼的平均瞳距为65 mm，因此有:

由此可设计出适合几何光学规定的参数尺寸。

为研究在不同的光栅开口率的条件下，串扰的抑制情况，设置了两种用于实验的显示原型，其参数如表1所示。

表1 结构参数表Table 1 The parameters of structures

笔者利用ASAP软件对于上述参数进行仿真，实验结果证明，在该设计模式下有着良好的串扰抑制效果，在不同的开口率下，其串扰分布如图3所示。在低串扰模式下，无串扰的区域较高串扰模式要大一些，而其串扰的强度也要小一些。因此，可说明由于开口率的减少可以抑制串扰的产生。

一个以狭缝光栅和液晶显示器制成的3D显示器件原型被用于实际视差图像的显示。光栅参数按照表1设置，用以研究在不同开口率的情况下，3D显示的串扰情况。图4为实际显示的对比情况。

图3 串扰分布对比图Fig.3 crosstalk distribution

图4 光栅开口率对显示的影响Fig.4 display effect influenced by different aperture ratio

由实验可看出，在低开口率的情况下，图像的串扰要明显低于高开口率的情况，因此，以背光源来控制光栅透光条纹宽度的方法可以对串扰进行控制。并且透光条纹的宽度可利用OLED背光源精确控制，起到在不同环境下设置不同参数的作用。

3 结论

通过笔者设计提出的方法，可实现低串扰模式的3D狭缝光栅显示。利用补偿帧的方法可消除由减小光栅开口率带来的黑边，并以此实现全分辨率的3D显示。该方法可作为一种具有潜力的自由立体显示结构设计。

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