无线电工程基于光电效应的裸眼3D显示技术的探究

　　随着人们生活品质的改善，对色彩和显示技术特别是3D显示技术提出了更高的要求。现在的3D技术发展的也很迅速，本文是一篇无线电工程投稿的论文范文，主要论述了基于光电效应的裸眼3D显示技术的探究。
　　摘要：为了提高人们对裸眼3D显示的体验效果，提出了一种基于光电效应的激光“萤火虫效应”的裸眼3D显示方法，主要研究了该方法对面光源激光和光电材料的制造要求，并提出了单面激光和双面激光的模型及其优缺点。研究结果显示，该方法是一种具有研究和实用价值的新方法，并具有可行性。该研究结果为裸眼3D显示技术的新研究打下基础，并为激光技术研发和寻找光电材料提出了新的要求。

　　关键词：裸眼3D显示技术,光电效应,光电材料,激光,萤火虫效应

　　前言

　　就目前3D显示技术中，总体分为了眼镜式3D技术以及裸眼式3D技术两大类，并以眼镜式3D技术的偏振式3D技术为主流[1]。但眼镜式3D技术具有严重的缺陷，就是光线经过偏振片过滤之后，亮度变暗，容易模糊不清;并且需要观看者配戴眼镜，这就给原本就佩戴了眼镜(如近视眼镜)的观看者带来了不便和十分糟糕的体验，达不到预期的欣赏效果。此时裸眼3D显示技术的探究就显得格外重要。

　　从立体视觉原理来分析，每只眼睛看到的图像会有细微的不同，根据人左右眼感光细胞的视差成像在视网膜上，大脑会将这些图像处理成立体视觉效果，而不是真正在物理空间上呈现3D立体特征。目前主流裸眼3D显示技术原理主要是这种基于双目视差的深度暗示[2]。特提出一种基于光电效应的激光“萤火虫效应”的裸眼3D显示方法，从新的角度探索3D显示技术。

　　1 理论分析

　　根据人眼细胞的感光频率，光按照是否可见，分为可见光和不可见光。二者的频率范围不同。研究真正物理空间上呈现3D立体特征，需要解决的基本问题是按照各个物体的结构显示，那么就需要在具体的物体空间内有可见光进入人眼，而且要符合物体的基本结构。

　　由于光在介质材料中传播，其频率不变，不能将不可见光转变为可见光，那么在显示空间内外都是可见光，无法显示空间物体的基本结构，所以不能直接使用可见光。但是如果采用不可见的激光，并在传播中与介质材料发生光电效应现象[3]。发生电子跃迁，光子逸出，使光子在合适的可见光频率范围内，达到将不可见光转变为可见光。再对可见光进行显示控制，使其能够在空间内显示出物体，这种方法称为“萤火虫效应”。

　　“萤火虫效应”是指假设空间内有无数按规则排列整齐的萤火虫，根据物体的结构特征规则，按规则点亮该空间内的萤火虫，而规则外的萤火虫则不点亮;萤火虫时亮时暗，利用人眼的视觉暂留，由此而显示出物体结构特征。根据该效应，光电介质材料是空间内按照规则排列整齐的萤火虫;激光的光电效应产生光子就是点亮萤火虫，而显示出物体结构特征就是按照规则发射出激光。因为光电效应的发生是不需要时间，发出激光则点亮，激光停止则瞬间熄灭，所以只要控制好激光发射的时间和位置就可以在空间内显示物体。

　　为了提高显示效果，像素的分辨率是一项重要指标[4]。那么在“萤火虫效应”原理下，一只萤火虫，或者说一个光电效应所逸出的光子，就对应一个像素点。以目前技术标准，达到高清1080P画质，其分辨率为1920×1080PPI，每英寸的像素数为207万。像素点大小约为3214百万个/平方米，即激光点大小和出光口大小为3214百万分之一m2，同时要求光电材料的敏感度为7.56万分之一m，约为1.3×10-5m，达到了微米级别。具体空间内的像素点越小，则分辨率越高，显示效果就越好，那么同时对激光点大小和光电材料的敏感度的要求也越高。
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　　2 单、双面激光源显示模型对比

　　如图1所示，对排列整齐的光电材料的位置关系建立空间直角坐标系，某个位置点的坐标为(x1，y1，z1)，单面激光源中与该位置点对应的激光点坐标为(x1，y1，0)。

　　在单面激光源下，要点亮坐标(x1，y1，z1)，发生光电效应，需要(x1，y1，0)点的激光源发出激光。但是若Z方向上的光电材料各点的激发特性一致，在(xi，yi，0)点的激光源发出激光后，OZ方向上所有

　　所以需要在Z方向上光电材料各点的激发特性不一致，其激发频率随Z的坐标呈现函数关系f=f(Zi)，该函数关系最好是线性的，而且要求其分辨率达到微米级别。由此，(xi，yi，0)点的激光源发出激光的频率也符合该函数关系f=f(Zi)。

　　矩阵向量Z=[Z1，Z2，Z3，……，Zn]，该向量上的点亮规则矩阵G=[a1，a2，a3，……，an]，其中a1，a2，a3，……，an的取值为0或1。所以矩阵向量Z上的点是否点亮取决于ZGT=[a1Z1，a2Z2，a3Z3，……，anZn]，若ai取0，则aiZi=0，表示Zi不点亮;ai取1，则aiZi=Zi，表示Zi点亮。综上，根据ZGT=[a1Z1，a2Z2，a3Z3，……，anZn]内的取值，激光发射频率f为ZGT矩阵内各个元素对应频率f(aiZi)的混合叠加。

　　同理，如图2所示，光电材料的位置关系建立空间直角坐标系。某个位置的坐标(x2，y2，z2) ，而面激光源1中的坐标为(0，y1，z1)，面激光源2中的坐标为(x2，y2，0)。

　　在双面激光源下，要点亮坐标(x2i，y2i，z2i)发生光电效应，需要(0，y1i，z1i)、(x2i，y2i，0)两点的激光源同时发出激光。因此即使光电材料激发特性的一致，也能点亮坐标(x2i，y2i，z2i)。但是，由单面激光源可知，因为光电材料的各点激发特性一致，激光频率给定不变。一个

　　所以要求只有在(0，y1，z1)、(x2，y2，0)两点的激光源同时发出激光才能点亮坐标(x2i，y2i，z2i)，这就要求光电材料具有双点激发性。

　　单、双面光源优缺点比较：单面光源只需要一面激光源，其功率小，更加节能;但需要激光点发出的激光频率符合函数f(Zi)，并且需要同一激光点发出多个频率的激光，即多个函数值;同时对光电材料也要求符合这一频率函数的激发特性，这二者要求难以到达。双面光源不需要变频激光，其频率为定值，容易实现;但两面激光源，其消耗功率大，是同等条件下单面光源的两倍;它要求两点同时发出激光，而且要求光电材料只有在两点光源的汇交点时，才会被激发。

　　由此可知，用面激光点点亮立体点，从二维平面点到三维立体点，终究会有一个方向上的信息，不足。只有补充这个方向上的信息才可以点亮特定点。这个信息可以依据光电材料的特性设定，例如上述的激发频率、双点激发性，甚至还可以是温度。这就对激光技术研发和寻找光电材料提出了新的要求。

　　3 结束语

　　文章从新的角度探索裸眼3D显示技术，摒弃了目前主流的双目视差的深度暗示，而是在物理空间上真实呈现3D立体特征。提出了一种基于光电效应的激光裸眼3D显示方法和“萤火虫效应”的概念。该方法提出了单、双面光源“萤火虫效应”的模型，并进行了点亮“萤火虫”的规则研究。阐述了各自模型对激光和光电材料在微米级别的制造要求和特性要求，以及各自的优缺点。

　　参考文献

　　[1]张兴，郑成武，李宁，等.液晶材料与3D显示[J].液晶与显示，2012(4)：448-455.

　　[2]王琼华.3D显示技术与器件[M].北京：科学出版社，2011.

　　[3]王庆有.光电技术(第2版)[M].北京：电子工业出版社，2008.

　　[4]王嘉辉.邓玉桃.苏剑邦，等.全高清裸眼3D显示效果的评价与测量[J].液晶与显示，2013(5)：805-809.
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