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、高對比度、節(jié)能等優(yōu)點，具有廣闊的市場前景。但由于光源的高相干性引起的散斑會嚴重影響圖像質量，阻礙了激光顯示的實用化，需要尋求解決的方法。本文建立了激光掃描顯示系統(tǒng)中散斑產生的模型，研究了主要系統(tǒng)參數對于散斑抑制的影響。對于激光直接投影顯示系統(tǒng)，提出了基于光纖振動結合空間偏振調制抑制散斑的方法，研究了光纖振動抑制散斑的效果和空間偏振調制器件參數的選取。激光散斑測量技術具有結構簡單、非接觸、實時等優(yōu)點，在鼠標

2、跟蹤、表面測量等方面有很廣泛的應用，目前關于像面散斑和非高斯散斑的跟蹤技術研究還很少，該類方法在弱粗糙表面等一些特殊場合具有很大的優(yōu)勢。本文研究了像面散斑跟蹤的參數選擇和玻璃表面的像面散斑跟蹤，散斑對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.詳細闡述了散斑的基本理論。理論和實驗研究了光斑形狀、大小和透鏡孔徑等系統(tǒng)參數對于像面散斑時間相關函數的影響，分析了時間相關函數性質對于動態(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)中散斑產生的機理，建立了該系統(tǒng)中散斑產生的物理模型，研究了系統(tǒng)主要參數對散斑視覺的影響。研究結果顯示：散斑對比度對表面高度標準偏差不太敏感；表面相關長度變小，散斑的對比度下降，由于該種效應造成的平均效應最多可將散斑對比度降為50％左右；散斑對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比度相差較大，觀察距離越遠，

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，能夠將散斑的對比度降為原來的1/5左右。實驗驗證了圓形光斑情形，不同光斑參數的抑制效果。
　　 3.提出了一種基于光纖振動和空間偏振隨機調制抑制散斑的激光顯示技術。詳細闡述了直接投影激光顯示系統(tǒng)的工作原理和器件結構，分析了該系統(tǒng)中散斑產生的機理；歸納了現有的散斑抑制方法；提出了一種基于光纖振動和空間偏振隨機調制抑制散斑的方法。實驗研究了系統(tǒng)參數對于散斑產生的影響，得

5、到了光纖振動散斑抑制的效果，使用單跟光纖振動將散斑的對比度由50％降低到15％左右。計算研究了空間偏振調制對于散斑抑制和圖像質量的影響，給出了器件的設計要求。
　　 4.詳細闡述了散斑跟蹤的原理和相關圖像的處理方法。研究了像面散斑跟蹤的參數選擇對跟蹤范圍和跟蹤精度的影響。針對玻璃表面散斑跟蹤，散斑對比度低的缺點，利用成像產生的非高斯散斑有效的提高了散斑的對比度。建立了玻璃表面跟蹤系統(tǒng)，將散斑對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)新點主要包括：
　　 1.分析了激光掃描顯示系統(tǒng)中散斑形成機理，建立了完善的散斑物理模型，研究了系統(tǒng)主要參數對于散斑抑制的影響，并對結果給出了合理的解釋，結論對于系統(tǒng)的設計有很好的指導作用。
　　 2.提出了一種基于光纖振動和空間偏振隨機調制抑制散斑的激光顯示方式。實驗研究了系統(tǒng)參數對于散斑產生的影響，得到了光纖振動散斑抑制的效果。計算