激光顯示中散斑抑制和主觀散斑跟蹤的研究.pdf

1、激光顯示具有寬色域、高色飽和度、高對(duì)比度、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。但由于光源的高相干性引起的散斑會(huì)嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，阻礙了激光顯示的實(shí)用化，需要尋求解決的方法。本文建立了激光掃描顯示系統(tǒng)中散斑產(chǎn)生的模型，研究了主要系統(tǒng)參數(shù)對(duì)于散斑抑制的影響。對(duì)于激光直接投影顯示系統(tǒng)，提出了基于光纖振動(dòng)結(jié)合空間偏振調(diào)制抑制散斑的方法，研究了光纖振動(dòng)抑制散斑的效果和空間偏振調(diào)制器件參數(shù)的選取。激光散斑測(cè)量技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，在鼠標(biāo)

2、跟蹤、表面測(cè)量等方面有很廣泛的應(yīng)用，目前關(guān)于像面散斑和非高斯散斑的跟蹤技術(shù)研究還很少，該類方法在弱粗糙表面等一些特殊場(chǎng)合具有很大的優(yōu)勢(shì)。本文研究了像面散斑跟蹤的參數(shù)選擇和玻璃表面的像面散斑跟蹤，散斑對(duì)比度和跟蹤范圍得到了很大改善。
　　 本論文的研究工作主要有：
　　 1.詳細(xì)闡述了散斑的基本理論。理論和實(shí)驗(yàn)研究了光斑形狀、大小和透鏡孔徑等系統(tǒng)參數(shù)對(duì)于像面散斑時(shí)間相關(guān)函數(shù)的影響，分析了時(shí)間相關(guān)函數(shù)性質(zhì)對(duì)于動(dòng)態(tài)平均法抑制散

3、斑的作用。
　　 2.分析了激光掃描顯示系統(tǒng)中散斑產(chǎn)生的機(jī)理，建立了該系統(tǒng)中散斑產(chǎn)生的物理模型，研究了系統(tǒng)主要參數(shù)對(duì)散斑視覺的影響。研究結(jié)果顯示：散斑對(duì)比度對(duì)表面高度標(biāo)準(zhǔn)偏差不太敏感；表面相關(guān)長(zhǎng)度變小，散斑的對(duì)比度下降，由于該種效應(yīng)造成的平均效應(yīng)最多可將散斑對(duì)比度降為50％左右；散斑對(duì)比度隨瞳孔孔徑變小而減小，基本成正比。不同瞳孔孔徑下的人眼觀看投影圖像，得到的散斑視覺差別不大；不同的距離觀察散斑的對(duì)比度相差較大，觀察距離越遠(yuǎn)，

4、散斑視覺越不明顯；利用在平行于激光束掃描方向壓窄激光光斑的方法，能夠?qū)⑸叩膶?duì)比度降為原來(lái)的1/5左右。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了圓形光斑情形，不同光斑參數(shù)的抑制效果。
　　 3.提出了一種基于光纖振動(dòng)和空間偏振隨機(jī)調(diào)制抑制散斑的激光顯示技術(shù)。詳細(xì)闡述了直接投影激光顯示系統(tǒng)的工作原理和器件結(jié)構(gòu)，分析了該系統(tǒng)中散斑產(chǎn)生的機(jī)理；歸納了現(xiàn)有的散斑抑制方法；提出了一種基于光纖振動(dòng)和空間偏振隨機(jī)調(diào)制抑制散斑的方法。實(shí)驗(yàn)研究了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)于散斑產(chǎn)生的影響，得

5、到了光纖振動(dòng)散斑抑制的效果，使用單跟光纖振動(dòng)將散斑的對(duì)比度由50％降低到15％左右。計(jì)算研究了空間偏振調(diào)制對(duì)于散斑抑制和圖像質(zhì)量的影響，給出了器件的設(shè)計(jì)要求。
　　 4.詳細(xì)闡述了散斑跟蹤的原理和相關(guān)圖像的處理方法。研究了像面散斑跟蹤的參數(shù)選擇對(duì)跟蹤范圍和跟蹤精度的影響。針對(duì)玻璃表面散斑跟蹤，散斑對(duì)比度低的缺點(diǎn)，利用成像產(chǎn)生的非高斯散斑有效的提高了散斑的對(duì)比度。建立了玻璃表面跟蹤系統(tǒng)，將散斑對(duì)比度由自由傳播情形的0.25提高到1

6、.25；同等條件下的跟蹤范圍由200μm提高到了400μm。
　　 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括：
　　 1.分析了激光掃描顯示系統(tǒng)中散斑形成機(jī)理，建立了完善的散斑物理模型，研究了系統(tǒng)主要參數(shù)對(duì)于散斑抑制的影響，并對(duì)結(jié)果給出了合理的解釋，結(jié)論對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很好的指導(dǎo)作用。
　　 2.提出了一種基于光纖振動(dòng)和空間偏振隨機(jī)調(diào)制抑制散斑的激光顯示方式。實(shí)驗(yàn)研究了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)于散斑產(chǎn)生的影響，得到了光纖振動(dòng)散斑抑制的效果。計(jì)算