弱化莫爾條紋的LED裸眼3D顯示

趙悟翔++胡建青

摘 要 由于LED像素的黑色矩陣較寬，觀看傳統狹縫光柵式LED裸眼3D顯示器的莫爾條紋明顯，本文提出一種非均勻縫寬的狹縫光柵來減弱莫爾條紋，適當增大縫寬和移動透光狹縫在其周期中的位置來加劇光柵周期結構與像素周期結構之間的差距，提高莫爾條紋中暗帶的亮度并使莫爾條紋變得稀疏，從而達到減弱莫爾條紋而又不會引起嚴重串擾的目的。實驗結果證明，觀看到的莫爾條紋暗帶比傳統狹縫光柵的莫爾條紋暗帶明顯減弱，具有較高的實用價值。

【關鍵詞】裸眼3D顯示 狹縫光柵 莫爾條紋 LED

1 引言

裸眼3D顯示不需要佩戴諸如立體眼鏡等附屬設備，是當前顯示領域研究的熱點。其中，狹縫光柵式LCD裸眼3D顯示器是裸眼3D顯示中結構簡單、容易實現和成本低廉的實驗方案，目前已是比較成熟的產品。但是LCD顯示屏亮度較低，屏幕尺寸不易做大，而LED顯示屏由于高亮度、大尺寸、色彩鮮明等特點，適合用于大屏幕顯示。

在傳統豎直狹縫光柵設計中，將狹縫與顯示屏的列像素平行擺放，當眼睛通過狹縫看到相鄰子像素之間的黑矩陣時，一般會觀看到明顯的周期性黑白漸變的條紋，即莫爾條紋，給觀看者帶來不適。為了減弱莫爾條紋，本文提出一種非均勻縫寬的錯位豎直狹縫光柵的設計方法：根據LED顯示器黑矩陣較寬的特點，適當增大縫寬和移動透光狹縫在其周期中的位置，以此加劇光柵周期結構與像素周期結構之間的差距，提高莫爾條紋中暗帶的亮度并使莫爾條紋變得稀疏，從而達到減弱莫爾條紋而又不會引起嚴重串擾的目的。

2 光柵莫爾條紋的形成原理

2.1 狹縫光柵裸眼3D顯示原理

我們以前置狹縫光柵裸眼3D顯示器為例進行說明。圖1為狹縫光柵裸眼3D顯示器的結構示意圖和分光原理圖，圖中以4視點為例進行分析。設圖中顯示面板像素大小為?d，狹縫光柵距離顯示面板的距離為D，狹縫光柵透光狹縫寬度為N，擋光條寬度為M，周期為T=M+N，理想觀看位置到平板顯示面板距離為S，相鄰視點間距按照人類平均瞳距設為e。

由三角形相似性原理可以得到各個參數之間的關系式：

2.2 莫爾條紋產生的原理

莫爾條紋是兩條線或兩個物體之間以恒定的角度和頻率發生干涉的視覺現象，它使人眼無法分辨這兩條線或兩個物體，只能看到干涉的花紋。在光柵式裸眼3D顯示器中，由于2D顯示器的像素是有序排列的周期性矩陣結構，其發出的光場也具有周期性矩陣結構，這樣的光場與2D顯示器前面的周期性結構的光柵相互干涉，形成莫爾條紋，使3D顯示效果變差。

3 非均勻縫寬的錯位豎直狹縫光柵的設計

為了減弱豎直光柵的莫爾條紋，提出了采用非均勻縫寬的錯位豎直狹縫光柵的設計方法。如圖2所示，圓片代表LED表貼屏像素點，其點間距Δd=2.5mm，實際發光部分直徑d=1.5mm，瞳距e約為65mm，理想觀看距離S=4m，設計的視點數K=5。由2.1三式可得N=2.4mm，T=12.04mm，D=14.82cm。我們將第一個周期T1=12.04mm內的透光狹縫寬度擴大為N1=3.0mm，向右偏移a1=0mm；第二個周期T2=12.04mm內的透光狹縫寬度擴大為N2=2.7mm，向右偏移a2=0.3mm；第三個周期T3=12.04mm內的透光狹縫寬度不變為N3=2.4mm，向右偏移a3=0.6mm；每三個周期重復一次上述設計過程。這樣通過適當增大縫寬和移動透光狹縫在其周期中的位置，可以加劇光柵周期結構與像素周期結構之間的差距，同時又因為LED顯示器黑矩陣較寬，所以不會引起嚴重串擾，而又可提高莫爾條紋中暗帶的亮度并使莫爾條紋變得稀疏，從而達到減弱莫爾條紋的目的。

4 實驗結果

如圖3所示，左圖是傳統豎直狹縫光柵的莫爾條紋，可以明顯看出其暗帶比較暗且密集，右圖是非均勻縫寬的錯位豎直狹縫光柵的莫爾條紋，其暗帶的亮度和稀疏程度與前者相比均有明顯提高（紅色虛線框內為暗帶莫爾條紋）。

5 結論

傳統豎直狹縫光柵一般會產生明顯的莫爾條紋，因此本文提出了一種改進豎直光柵的設計方法--非均勻縫寬的錯位豎直狹縫光柵。此方法可以明顯提高莫爾條紋中暗帶的亮度并使莫爾條紋變得稀疏，既減弱莫爾條紋又不會引起嚴重串擾。實驗結果證明了本方法的有效性，具有較高的實用價值。

參考文獻

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作者單位

四川大學電子信息學院 四川省成都市 610065endprint