指導教授：林晃巖臺灣大學：光電工程學研究所聶暘Nieh, YangYangNieh2014-11-262018-07-052014-11-262018-07-052014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/261906在360度立體光場顯示器(Light-Field Display)的系統中，為了要實現360度的環狀多視角(Multi-View)，無可避免地要透過各種設計滿足非常多視角畫面的影像需求。在光場顯示器的設計中，主要有透過架設一台非常高速率的投影機與架設許多台小型微投影機兩種方式來滿足此訴求，而這不同設計方式反映著成本考量之問題。 在本論文中，我們主要是透過光學模擬軟體分析光場顯示器的各種系統主題。首先是光場顯示器的兩種不同架設方式的系統架構與成像原理。透過不同系統架構的設計，影響著最後成像的影像品質好壞。接著，我們透過改良螢幕的幾何結構，降低了播放速率的需求。由於在影像投影的時候會有影像因為斜向投影等導致的影像失真變形的問題，本論文中針對該系統提供演算法對影像進行修正達到最後成像與原待重建之物體最接近的優化後結果。 透過光學模擬軟體的優勢，本文針對光場顯示器中的子畫面(Sub-Image)與觀賞範圍做進一步分析。在調變螢幕的散光結構(Diffuser)可以修正影像模糊以及明暗不均的問題。以及透過設定接收器的距離，可以得到量化影像失真的結果。在本論文的實驗中，我們建立了一個量化的分析依據，用來當做子畫面相銜接的好壞的評斷標準，以及其他與影像品質相關之趨勢。 在未來的研究中，可以試著透過增加光學元件等方式，達到再降低對高播放速率的要求、以及可以透過跟不同領域結合，例如穿戴式的偵測裝置，透過先前得到量化影像失真的數據，達到對影像做即時性修正的結果。A 3D light field display system requires several design modifications to achieve the multi-view characteristic of a 360˚ 3D image. While certain light field display utilized a high frame rate projector¬¬ or many micro projectors to achieve the modifications, they also drastically increased the cost of the system. This thesis discusses the use of an optical simulation software to analyze different parameters in a light field display. First, different system configurations can affect the displayed image quality. Improving the geometric structure of the reflective screen can also decrease the frame rate requirement of the system. Since images projected and reflected from a tilted screen can result in image distortion, this thesis focuses on the analyses of different parameters to correct the distortion while maintaining the original dimensions of the 3D image. Optical simulation software further allows studies of sub-images within a light field display and the viewing angle of the system. Varying the diffusion angles of the reflective screen can correct blurred image and non-uniform brightness within the image. In addition, the receiver distance can help to quantify the amount of image distortion. This research formulates a quantitative method that can be used as an indicator for determining the quality of sub-image realignment and other image properties. Future studies can incorporate optical components into the system to further decrease the need for high frame rate projector. Multi-disciplinary cooperation, such as utilizing a tracking device to achieve real-time image correction by using previous image distortion data.內容 口試委員會審定書 # 誌謝 i 中文摘要 ii ABSTRACT iii 目錄 iv 圖目錄 vii 表目錄 x 第 1 章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 立體視覺原理 1 1-3 立體顯示技術分類 5 1-3-1 雙視角立體顯示器 5 1-3-2 水平多視角立體顯示器 8 1-3-3 全視角立體顯示器 10 1-4 光場顯示器 11 1-5 研究動機 13 1-6 本文架構 14 第 2 章 光場顯示器原理與LightToolsTM模擬設定 15 2-1 光場顯示器的原理 15 2-2 在LightToolsTM模擬中的設定 17 2-2-1 投影機設定 17 2-2-2 螢幕設定 18 2-2-3 接收面設定 19 第 3 章 以空間多工系統模型探討光場投影顯示系統原理與影響影像品質之參數 21 3-1 系統架構 21 3-1-1 影像來源系統 22 3-1-2 螢幕顯示系統 24 3-1-3 接收端系統 26 3-2 參數設定與影像關係 26 3-2-1 投影機調變-投影機與螢幕距離 27 3-2-2 投影機調變-投影機組間隔角度 29 3-2-3 螢幕調變-水平散射角 30 3-2-4 螢幕調變-螢幕大小 32 3-2-5 輸入影像修正 34 3-3 最佳化影像結果與小結 35 第 4 章 優化的金字塔型的時間多工系統 37 4-1 系統架構與優缺點分析 37 4-2 系統參數設定 38 4-2-1 投影機與輸入影像 38 4-2-2 金字塔型螢幕 40 4-2-3 觀察者接收端 41 4-3 演算法與程式碼介紹 41 4-3-1 將下部影像縮短的斜投影垂直修正演算法 41 4-3-2 將下部影像增寬或縮窄的斜投影水平修正演算法 44 4-3-3 一般長短修正 47 4-3-4 四張輸入影像合併 47 4-3-5 影像旋轉 48 4-3-6 影像矩陣加總與合成 49 第 5 章 金字塔型時間多工系統之模擬分析與結果 52 5-1 系統校準 52 5-2 兩組不同大小系統與其對應的演算法 53 5-2-1 模型一：底邊長為100mm的金字塔型螢幕模型 54 5-2-2 模型二：底邊長為150mm的金字塔型螢幕模型 55 5-3 在正常觀賞範圍內的影像討論 57 5-3-1 模型一的最佳觀賞範圍 57 5-3-2 模型二的最佳觀賞範圍 60 5-3-3 小結 62 5-4 立體成像路徑推導 63 5-5 子畫面分析 64 5-5-1 模型一的子畫面討論 65 5-5-2 模型二的子畫面討論 68 5-5-3 小結 70 5-6 散射結構(Diffuser)與子畫面關係 72 5-7 觀察者左右移動時的影像變化 80 5-8 不同視角間隔與影像之關係 82 第 6 章 結論與未來展望 84 參考文獻 864544973 bytesapplication/pdf論文公開時間：2016/08/25論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋學校)立體光場顯示器thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/261906/1/ntu-103-R01941111-1.pdf