新技术助力大尺寸、高分辨率3D显示器

近日，研究人员开发出了一种显示器原型，它使用投影技术生成超高清的大尺寸3D图像。这种新方法有助于克服光场投影的局限性，它无需借助特殊的3D眼镜就可以创建看起来自然的3D图像。 来自韩国首尔国立大学的研究小组负责人Byounggho Lee表示，他们的光学设计可以使3D图像取代2D平板显示器，用于数字标识、娱乐、教育和其他3D图像显著增强的应用。比如，经过修改他们的设计可以用在电影院提供身临其境的体验。

在OSA的《Optics Letters》杂志上，研究人员描述了他们如何结合两种不同的光场显示技术，以几乎衍射极限的分辨率投射大尺寸3D图像。新的显示器是自由立体的，这意味着它可以产生不同的3D图像，从而可以从不同的角度观看图像。 研究人员表示，他们开发出了无需进行任何数字处理，就能以光学方式完成所有显示过程的方法。这弥补了每种显示技术的局限性，实现了在大屏幕上创建高分辨率3D图像。 

光场显示器的工作原理是，以与实际可见位置相对应的方式复制从物体反射的光。由于自由立体光场显示器在不同的视角下产生不同的图像，因此需要处理大量的信息。由于显示器的硬件会被所需的信息量所淹没，所以这种需求需要在分辨率和显示图像的大小之间进行权衡。为了克服这一限制，研究人员设计了一种新的结合了多焦点显示和集成成像的光学结构。一般来说，多焦显示可以生成高质量的体积图像，但在大屏幕系统上实现在技术上是困难的。另一方面，整体成像在放大图像方面效果更好。

在新设计中，多焦点显示器生成高分辨率3D立体场景，同时集成成像技术将其放大，以便在大屏幕上观看。多焦点显示和集成成像之间的信息转换都是通过光学实现的，无需任何数字处理。 研究人员认为，他们的方法不仅仅是将两种现有的方法结合在一起，实现了几乎衍射极限分辨率的超高分辨率体积光场显示。他们还发现了一种有效的方法，用以解决增大场景体积的困难，并克服了影响整体成像的信息丢失问题。 大尺寸、高分辨率的3D图像 。

在验证了他们的原型系统的分辨率后，研究人员定性确认立体图像能够被重建。测试表明，该原型系统可以合成21.4cm× 21.4cm× 32cm的体积图像，相当于2860万像素，分辨率是原始图像的36倍。

研究人员说：“我们的方法处理信息非常高效，能够实现低计算成本、简单、高质量的实时系统配置。这种光学设计也可以与现有光场显示器中使用的各种技术无缝集成。” 目前，研究人员现在正在优化光学系统，进一步降低多焦显示的复杂性，使投影仪更紧凑。他们指出，由于该系统是两种不同技术的融合，他们提出的系统的性能会随着每种技术的发展而相应提高。

图:新型显示器通过微透镜阵列(光学拾取器)自动映射光线，将多焦点显示器生成的物体显示体积转换为投影体积，用于集成成像。转换后的信息可以通过投影镜头放大到大屏幕上。投影后，以与现有集成成像系统相似的方式，通过另一个透镜阵列重建物体显示体积。