光场显示技术的研究现状与发展趋势.docx

《光场显示技术的研究现状与发展趋势.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光场显示技术的研究现状与发展趋势.docx（31页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、光场显示技术的研究现状与发展趋势摘要：目前常用的三维显示技术，一般是通过人眼的双目视差和视觉暂留效应实现的三维效果。由于丢失了深度信息，会引起辐核调节冲突，使观看者产生不适感。光场显示是通过复现物体点面光线的真三维显示技术，其拥有良好的用户体验，符合人们对于未来显示的需求。文章梳理r各种光场显示技术的原理和特点，分析r国内外光场显示技术的发展现状，整理了国内外的研究进展和代表性样机的性能，最后对我国光场显示的发展进行r展望。我国光场显示虽然起步稍晚，但经过多家科研机构的一致努力，已在国际上拥有一定的地位。关键询：光场显示：三维显示：集成成像；近眼显示：悬浮光场显示引言研窕表明，人类通过视觉获取

2、的信息占80%以上，然而，传统的二维（Two-dimensiona1.,2D）显示只能获取空间物体某一截面的2D图像信息，由于缺乏真实的深度信息，在展示高纬度的图形时会造成混治，无法正确表示空间美系和深度信息。因此，具有更好沉浸感的三维Crhree-dimensiona1.,3D）显示技术应运而生，是新型显示技术的重要发展方向。根据引起人眼立体机制的不同，现有的3D显示可分为助视3D显示、双目视差3D显示和其3D显示三大类（如图1）o观看者需要佩戴眼镜的助视3D显示技术随着2009年3D电影阿凡达的上映已成熟并商业化：双目视差3D显示是利用双目视差的原理，借助光栅、柱透镜等精密光学调控元件的分

3、光作用，使左右眼接收到具有一定视差的图像，再通过大脑的融合实现立体观感。然而，由于只提供了单一视差深度图像，存在辐犊调节矛盾，长时间观看会产生视觉疲劳、眩最等不适感。对比前两种3D显示技术，真3D显示（大致分为光场显示和全息显示两种），可以提供近乎真实的3D图像信息和真正的物理毋深，在3D传感器12-3、3D电视4、医学成像等方面取得了很好的进展。全息显示理论上可以恢复空间物体全部的视觉信息，重构出完全逼真的场景。然而，由于需要处理大量的场景数据，在计算速度和传输速率方面有明显的技术限制，因此，很难实现多色和高分辨率的动态场景显示6J；而光场显示只关注物体表面的光强度，舍弃了对人眼无用的光相位

4、信息，因此数据量大幅度减少，只需一次曝光就可以记录空间物体所有的光场信息，其结构简单、性能优良，获得众多学者研究并逐步进入大众视野。光场显示技术主要分为集成成像光场显示、光场扫描显示、投影阵列光场显示、层叠光场显示、矢量光场显示、近眼光场显示和悬浮光场显示等。本文旨在介绍光场显示的分类、梳理其最新研究成果并对未来进行展望，帮助研究学者更全面了解该领域的研究进展。3D显示H3D显示助权和双月视煌3D显示柱透镜郛光）越呈示全,J（体32图1三维显示技术分类1光场显示的概念与重要意义1.1 光场显示概念光场是光线在空间中的分布，光场成像的雏形可以追溯到1903年Ives发明的双目视差显示系统中运用的

5、针孔成像技术刀。1908年1.iPPman对IVeS的装置进行改进，用微透镜阵列代替针孔阵列，直到Gershun在1936年提出光场是分布于三维空间中所有矢量光线的集合91但受到当时计弊能力及工艺水平限制，光场理论难以得到有效验证和实践。1992年Ade1.son提出了7D全光函数理论10,用来表示发光点的位置、方向、波长和时间，但七维函数的计算量十分H大。而在1996年1.eVOyu1和GOrt1.er12将光场概念具体化,提出了如图2所示的4D光场消染理论，即在不考虑光线的时间和波长，只考虑方向和位置的条件下，用（u,v）和（s,t）表示空间中不同位置的两个平面的坐标系，定向线将uv平面上

6、的点连接到St平面上的一个点。光场表征理论的不断完善也加速了光场显示设条的研究和发展。图2四维函数表征示意图11和光场显示原理图1.2 光场显示的意义光场显示技术是模拟人眼观察真实三维场景接受到的漫反射光分布，利用特殊显示和控光器件重构三维空间光场信息的三维显示技术，能够给观看者提供真实的三维动态显示效果。要实现光场显示,需要构建一种可以控制平面或柱面显示屏上每个点的光线强度和方向的显示器。光场三维显示是在重新构建三维物体的发光分布基础上实现的一种三维显示，因此具有连续视角、消除聚焦辐犊冲突13）等特点，但它所需要的信息量相比常规平面显示器信息量增大了数个量级,因此对现有显示技术提出了新的挑战

7、。显示技术在中国得到了大力发展，已经经历了轻薄化和大型化的发展阶段，目前正处在精细化的关键阶段，超高清视频产业将推动显示的立体化进程。三维显示技术与产业是新型显示产业重要组成部分和重点发展方向。发达国家不仅在立体显示技术和设备方面拥有大量相关专利和知识产权，而且已经逐步往产业化方向发展。因此，保持与世界先进水平同步，并形成自主知识产权的立体显示核心关键技术,开展裸眼三维显示技术的研究，不仅仅是一个技术性的问题，同时也是一种战略性的问题。2光场显示技术现状与发展趋势国内开展光场显示的几家单位长期坚持相关技术的研究，在光场三维显示的机理、光学系统设计理论、三维图像显示景深模型构建与优化方法、基于集

8、成成像和全息功能屏的大视角光场显示方法、基于非球面透镜阵列和全息功能屏的大尺寸、大视角光场显示系统构建等领域取得很多创新性的成果。浙江大学开发了探入式悬浮光场3D显示系统,实现了360。交互式桌面光场3D显示，该系统可稳定识别多种手部动作，拥有顺畅的3D图像交互体验14-15。该系统引入了人眼跟踪模块，保证了观看者在移动过程中始终能接收到正确的图像信息。北京航空航天大学与四川大学研制了多种尺寸的集成成像光场3D显示流，具有结构紧凑、功耗低的优点：实时3D光场拍摄与显示系统显著提升了3D信息的处理速度，实现了对真实场景信息的实时采集与光场重构；搭建的桌面光场显示系统如图3（八）所示，在不引入机械

9、运动器件的前提下实现了360。的环视观看视角口6。北京邮电大学将全息功能屏引入光场显示，通过光学优化设计的方法提升透镜阵列的成像质量，搭建了大视角的动态光场显示系统，其显示效果如图3(C)所示，在面向光场显示的光机设计上积累了丰富的经验，并提出了基于反向光线追踪的3D内容制作方法，大大提升了虚拟3D内容的生成速度17-18。清华大学将集成成像与图像悬浮器件结合,实现了3D医学图像的悬浮显示19,系统配置如图3(b)所示，推动了光场显示技术在生物医疗方面的应用等。泉面成像3D显示器Iw*三IIeapMotionI计算机平价(b)用于外科手术的3D图像AR设备的系统配置,（八）交互式集成成像3D显

10、示原型装置”Oo(C)不同位冏观察到的3D图像-20o20o图3国内对于光场显示研究的成果在国外，美国南加州大学提出r如图4所示的基于超薄投影仪的三维显示系统，采用凸面反射显示屏，具有较大的水平视角20。之后通过增加投影仪的数量，实现了如图4（八）所示的真人大小的多投影光场显示系统，延迟较低，可以实现实时对话21。南加州大学实现的用人1:1多投影光场相示系统X(b)由虚拟和现实物体组成的混企现实环境.图4国外对于光场显示研究的成果口本的国家通信技术研究所提出一种可以交互的3D桌面显示系统22,虚拟图像可以漂浮在桌面上，适合小组讨论和电话会议。由于该桌面显示存在水平视差，虚拟图像和真实物体都可以

11、被镜子反射,如图4(b)O韩国首尔国立大学提出了由波导组合器、空间光调制器和激光光源组成的一种近眼显示概念，如图4(C),这种组合可以将全息显示器与波导技术相结合，从而实现全息增强显示眼镜23卜2.1 集成成像光场显示集成成像光场显示是利用微透镜阵列对空间中的物体或者三维场景进行记录以及后期的还原重构，一般使用在显示器前方添加一组微透镜阵列的方式实现。每个微透镜单元会记录下来自不同视角的微单元图像，微单元图像阵列被微透镜阵列投射，在三维空间中还原出不同视角的光线，由此重现物体或三维场景，如图5所示。集成成像可以为观看者提供水平与竖直方向的视差和连续平滑的视点信息，实现较真实的三维光场显示效果；

12、但是受限于显示平面的分辨率、透镜阵列的制作及其内在几个重要显示性能指标的制约，显示的视角小、深度小、分辨率低，显示的细赋程度不高24-26）。依峨兀Mt的糕点像并列T*M像臼国X.*元的IBft蛆IE不同ItY图直窿的极阵像阵列乐1图5集成成像的概念和使用针孔阵列对光线进行采集和重现的原理图242005年，韩国首尔国立大学By。Ungho1.ee利用图像分辨率、视角和图像深度等观测参数对三维集成成像系统进行了分析2刀，新的分析方法可以以更高的精度预测集成成像系统的视角，有助于实现最佳的3D显示系统。2008年，乂提出利用对每个微单元图像选定位置处的像素进行视差估计，根据估计的结果针对集成成像生

13、成任意透视和正交视点的方法28。2009年，提出利用电致发光薄膜背光实现2D/3D切换的集成成像显示系统，证明了使用可弯曲的电致发光薄膜的光转换层制作柔性集成成像系统的可行性29。2013年，提出基于集成成像的实时采集与显示系统30。2015年，提出基于全息光学元件的2D/3D可切换投影屏31。2016年，利用全息光学元件的布拉格不匹配特性，将集成成像的显示视角从15。提高到了3032o2021年，将集成成像与断层扫描显示器相结合，克服了集成成像中与像素数量相关的性能限制33。国内的北京航空航天大学和四川大学研制了127cm的壁挂式可交互集成成像显示器以及大尺寸360。桌面集成成像显示器16,

14、如图6（八）、(b)O清华大学搭建了金字塔式悬浮集成成像光场显示装置34。福州大学在用于集成成像3D显示的微透镜阵列制备方面取得较大进展。2016年，提出一种基于丝网印刷的大面积、高性能微透镜阵列的制备方法35,如图6(C)。图6(d)是58Cm集成成像3D显示样机的显示效果。之后在柔性PMMA衬底上制作了大规模微透镜阵列，与2D显示屏结合，实现了宽视角的集成成像显示器36,图6(e)是该显示器的柔性屏幕，并且通过电调谐焦距改善复合微透镜阵列的景深,如图6(f)o2019年,该团队又采用高阻抗层圆孔驱动电极的液晶微透镜阵列实现2D/3D可切换的14cm集成成像3D显示样机。3W1.0M域示面板

15、散射川-透幔阵列一触啦兀图像阵列(b)至势在旻示d上的久互效果S“)交互式3D与示霸的示弱图“利刀开Q图柱空球赤列用“V11WRft-后的.镜M，萦外光髓耀柱形半球苏州仝过紫外光肉化的做透施行网(C)使用fiM印端Mift读透悔历刊的工之示意I1.1.g(在FTO股玳拓板上切作不同大小的做造桢对列佚利的京建图像F(e)APMMA些板上制迪的REM1.At制片X紫外校阅化的做透慢跳列(0夏合为遭愤冏列的结构Rr图6国内各高校对于集成成像的研窕2.2 扫描光场显示扫描光场显示的系统配置一般由高速电机、旋转的散射屏及高速投影仪组成，如图7所示，高帧率投影仪将图像投射到旋转的屏幕上,在空间中构建360

16、。三维图像，利用人眼视觉暂留特性，实现光场显示的效果。高速投影单元相对屏幕进行移动扫描可以构建连续的光场分布，通常采用屏幕转动而投影机静止的方式，为了保证观看质量，屏幕的旋转速度需超过25转/秒。扫描光场三维显示设备可以提供较好的图像质量，和投影阵列相比结构简单，成本低廉，不需要对系统进行校准。但目前由于存在机械扫描结构和运动部件，显示屏尺寸不能太大，因此比较适合中等尺寸的光场显示。2007年，南加州大学采用了一台高速数字光处理(DigitaI1.ightProcessing.D1.P)投影单元将图像投射到高速旋转的光场屏上，当醉幕转到不同位置时，投影仪投射出对应视点的图像，实现了360。的水

17、平光场显示，系统有288个水平光场图像，刷新频率达到20Hz37J,如图8（八）。2009年，南加州大学的学者们进一步将人脸实时重建技术引入扫描光场显示系统，但此系统只能显示单色图像38。为了实现便于交互的彩色扫描光场显示，日本Takaki等在2014年提出用视角扫描的方式构建桌面显示装置，由于每个投影机仅显示种颜色，因此需要用多个投影机合成彩色39,如图8(b).(b)使用小型投影仪阵列实现的彩色三维显示系统M图8早期的扫描光场显示系统2013年,浙江大学使用高速D1.P投影单元和水平旋转的反射屏，采用背投影方式，实现了可探入式的悬浮式彩色光场扫描桌面显示14,但是只能品示半色调3D图像。2

18、014年在上述系统的基础上，将反射屏改为投射屏，减少了环境光的影响，并且改进了手势交互方法15,如图9（八）、(b)2015年实现了计算机到显示系统的实时海量光场数据的生成和传输，系统具有.600个水平光场图像，每个光场图像分辨率1024x768,传输速率为20fps4002016年,将几种最新的半色调方法应用于扫描光场显示的灰度增强，提高了图像细节412019年，使用两台360。全兔摄像机获取显示器周围观察者面部的准确位置，用于绘制具有垂直视差的图像，使观看者可以在不同位置观察到没有任何串扰的3D图像42,图9(C)和(d)是有无面部追踪装置，观众看到的图像。(C)没有追踪装置观察？?看到的

19、用像506mmi64.6o图9浙江大学构建的光场扫描装置2.3 投影阵列光场显示投影阵列光场显示由多台投影仪组成的投影阵列和散射屏构成,屏上的每一个像素点有多个方向的发光光线，每根光线由后面的对应的投影单元单独控制43-44。投影阵列在空间上高密度叠加：维图像信息，是现有技术条件卜提高显示信息量的一个技术F段。投影阵列本身体积较大，比较适合于构建大型的光场显示设备，满足众人同时观看，具有较强的沉浸感和强烈的视觉冲击力45)。图10（八）是匈牙利Ho1.ografika公司在2005年提出的由96台投影仪组成的HoIoVizio三维显示的原型机，次年将三维分辨率提升到50M(平面分辨率乘以角度分

20、辨率)，之后不断提升系统的性能，目前的显示分辨率为平面分辨率1280x768,三维分辨率73M像素数,显示屏幕183Cm43,46-49.2013年，韩国三星公司构建了254cm的光场投影显示系统，探究了投影仪阵列的排布对画面的影响50同年，美国南加州大学耨投影仪换成超薄投影仪以减小间距，在一个反射式屏幕上构建了一个视角达到110的光场显示装置20,如图10(b)。为了实现更具真实感的三维效果，2016年Y。Shida使用锥型背投散射屏和环形排列的投影仪阵列组合出名为“isin”的桌面式360。三维显示系统,可以显示5cm高的3D彩色图像22,如图Io(C)O2020年，Yoshida为了解决

21、因提高清晰度和连续性而增加的投影仪数量导致的装置体积过大的问题，将柱面镜引入到系统中，提高了近10倍的图像密度51。图10国外对于投影阵列光场显示的研究2009年，北京邮电大学、深圳泛彩溢和国防科技大学合作，利用投影机阵列和全息光场屏幕，提出了光场图像实时拍摄和显示的方案，构建了1.8m1.3m,视角为45。的光场显示装置52J,并在2009年深圳国际全息显示会议上进行了展示。2013年，淅江大学提出了环形分布的投影阵列和柱形光场屏幕的光场显示装置，利用多个投影仪和定向漫散射器实现大尺寸三维光场显示系统，如图11（八）,系统采用了一百个投影单元和直径接近2m的圆柱形散射屏，实现了竖宜和水平方向

22、上的运动视差53,并且讨论了产生360。光场的特定图像的合成算法，有利于在投影仪数量有限的情况下获得更好的总体性能54,图11(b)是该装置的示意图。2018年，浙江大学在之前的基础上，将系统全面升级，屏幕的直径扩大到6米，高为1.8米，采用了360台投影单元和4台高性能计算机。因为屏幕巨大，所以设计了一个透镜来扩大投影仪图像在屏幕上的尺寸，提出了一种校准方法来解决透镜带来的非线性失真，实现360。视角的光场显示，分辨率从640x480提升到80060055,图11(C)是该装置的显示效果2021年，使用9个投影仪和全息功能屏组成空间复用立体像素屏幕系统,如图11(d),并且用于桌面3D显示器

23、，观看视角达到96o96o,视点数达到44100个56,满足了宽视角和高视点密度的要求。()懂里投影仪阵列的实验装置和蜒形定向般，|“(b)Z投影光场显示的示意图Im图11国内对于投影阵列光场显示的研窕2.4 层叠光场显示层叠光场显示基于像素复用的原理通过堆登多层液晶屏幕进行空间光调制，三维数据经过处理被送到各个面板上，光源产生的光经过各层面板的调制，最终以特定规律形成空间光场分布，模拟目标连续的光场，达成三维显示效果。层趣光场显示可以实现中小尺寸的光场三维设备，具有更好的便携性，适合单人观看，在移动或个人便携式设备上有广阔的应用前景。但是，层登光场显示需要在平板显示器上集成光线方向控制器，这

24、要求现有平板显示具有更高的集成度或分辨率。2011年麻省理工学院的Gordon等人提出基于多层平面显示器的光场显示概念57-58,如图12（八）、(b)。该方法根据三维物体在各个方向上的光场投影数据，优化计算得到相对应的每层平面显示器上的图像，从而构建光场三维图像，图12(C)是优化前后的图像对比。为了提高显示效果，一般以一定的间距堆登半透明显示介质，然后使用背光源照明。虽然不同光线会经过某一层介质的相同像素,但是在下一层介质必定经过不同的像素，通过多层信息的桎加获得最终的信息。该团队将图案打印在丙烯胶片上，打印分辨率为300每英寸点数(DOtSPer1.nch,DPI),然后按一定间隔桎放，

25、实现了在水平和垂宜方向均为5。视角的光场显示。之后团队又提出了压缩光场显示的方法59。(“观有极用大.观看r(b)结构图(C)依拉光场的视图图的对比”之间可以游离很远M图12利用层桎光场制造的显示器2.5 矢置光场显示矢量光场显示用光波导来控制像素的发光方向和发散角度，利用带有方向的光束来重构空间三维物体。矢量光场显示的像素小，显著提高了显示分辨率，并且可视角度大、体积小、能耗低。2013年美国惠普实验室利用光波导和微结构实现了不同方向的光发射，利用光波导作为背光源放在液晶显示面板下方，每个波导微结构和每个液晶面板中的像素对应，实现了像素发光角度的控制，从而实现光场三维显示，该显示装置分辨率为

26、127DPI,光线方向为200个，视角90。60.2016年，苏州大学提出了一种使用光刻高效制作相位板的方法，利用纳米光栅曝光设备，在液晶显示面板上制作微纳光栅来控制每个像素的发光方向，实现了没有串扰和重影的光场三维显示，图13（八）是该系统的原理图，(b)是其结构示意图。对于只有水平视差的9视点3D图像，分辨率为400DPI,视角大小为40。;对于具有全视差的64视点3D图像，分辨率为160DPI,视角大小为5061o2021年，将多级闪耀光栅覆盖在屏幕上，与4K投影仪组合，提出一种新的矢量光场显示器62,如图13(C)O同年，为了解决视角和分辨率的矛盾，利用二维超构光栅调制入射光线，使中心

27、视场分配较多的视点数量，实现了160。水平视角的全彩3D显示器63。2022年，在之前的基础上，通过将交错式灰度衍射透镜与液晶显示器结合，研究了其光学性能，提高了景深，有着更远的观看距离64,图13(d)是其观看效果。(b)矢*光场Si示设着(d)从不同用核观察到的图像a(C)WIf化多级内域光事小急阳*：加W飞9.U-害-R图13苏州大学制作的多视点3D显示器2.6 近眼光场显示近眼光场显示是利用近眼设备实现光场显示的效果，需要对近眼显示原理、近眼光学显示结构、光学器件、内容算法等多方面进行研究。视网膜投影技术是一种通过光束扫描的方式直接向用户视网膜投射图像的新型光场显示技术。视网膜投影技术

28、无需实体显示面，且只产生和调制所需的像素点，通常与近眼显示设备，如眼镜或头盔等结合，将图像投射到用户的眼睛内，非常适合增强现实(AR)、混合现实(MR)、虚拟现实(VR)等近眼显示场景。2009年，Magic1.eap公司基于视网膜投影技术实现增强现实效果，利用Imm宽9mm长的光纤投射得到的高清图像。为了显示分辨率更高的图像，同时保持帧率和像素密度，Magic1.eap使用了光纤阵列拼接的形式,将多个光纤装配到二维阵列中，由扫描光纤显示模块产生无缝拼接的组合图像。国内北京理工大学的王涌天团队在相关领域做了很多有代表性的工作65-78。2014年，针对近眼光场显示系统。提出了利用微结构阵列实现

29、近眼光场显示的方法，能够提供正确的聚焦线索165,并且缓解了传统方法中辐辕与调节的矛盾66。2018年又提出离散微透镜阵列的方法，实现透过式的近眼光场显示效果6刀。在2017年，针对虚拟视网膜投影近眼光场显示技术提出利用MEMS投影仪和凹面反射镜的方法，实现了双目视网膜近眼投影系统。另外，对于近眼光场显示中的光学设计部分，其团队利用臼由曲面技术抑制了近眼显示系统中光波导的杂散光68),如图14（八）,采用同轴反射形式实现了对角线视角为110、厚度为30mm的沉浸式近眼光学:显示系统，利用镜片拼接的方式实现了大视角近眼光场显示系统69-70J,图14(b)是该系统的实验装置图。基于随机针孔构建近

30、眼显示光场的方法，打破元素图像的周期性，消除了莫尔条纹71-72,如图14(c)O照明不均匀是造成基于几何波导的显示器图像性能降低的重要因素之一，2019年，为了解决照明不均匀的问题，提出了一种包括双层照明补偿器的波导结构，并且对不同部分反射镜的涂层进行优化，将均匀性提高到了70%76,图14(d)是该结构的原型。2020年，设计了一种具有宽视场角和大出射光瞠的双层波导显示器，如图14(e),将两个不同参数的波导平行放置，每个波导负贡视野的不同部分，在瞳孔扩展方向上的观看视角为62。,在眼间距为18mm的情况下，出射光睡的直径为10mm78=2.7 悬浮光场显示悬浮光场显示是一种将显示内容悬浮

31、呈现在空气中的光场显示技术。目前已经有多种利用薄膜和水雾投影等方法实现的空中成像技术，但这些方法仍依嵬其它介质作为承接屏进行成像，无法将显示内容直接投影在空气中。日本Asukanet公司提出了ASKA3D-P1.ate空气悬浮成像方案，该方案通过多镜而反射原理可以将空中的光重新聚集,实现无介质的空气成像791北京邮电大学的桑新柱团队根据人眼的视觉特性以及悬空成像距离，计算得到超精密光学微结构的面形分布,基于瞳孔光线积分原理实现的光场显示，可以让观看者感受到3D物体悬浮于空中80-81。该面形能够将二维显示器发出的光线以确定的方向汇聚到达人眼瞳孔处，积分为一张完整的连续图像，让观看者感受到空气成

32、像的效果，图15(C)是该显示器的示意图和显示效果图。2019年，利用自由曲面反射镜减小了成像畸变,实现了高质量的空气成像显示效果。2020年，为了同时实现高图像质量和宽视角，提出了一种由3D光场显示单元和浮动显示单元组成的基于空间数据重建算法的悬浮光场显示器，抑制了像差，实现了60。的观看视角82。2021年，在不牺牲观看视角的前提下，使用远心逆向反射器，抑制逆向反射光，改善了3D图像源。图15(d)和(e)是改善前后的对比图，实现了悬浮高度为70mm、观看视角为50。的悬浮3D图像83。研究的显示装置参加了第四届和第五届军民融合高技术装备展览。(O双屈ItV好IK中小发的康Jf1.rVtM

33、显示川Twr三nRtt(d)粒超光学系统的独布C)平面渡呼口示的示意沼W使用它拍舞的图片a图14北京理工大学对于近眼显示的研究（八）360o光场3D显示示意图(b)系统结构(0从不同位置观察到的茶壶的3D图像(d)使用传统反射器和未优化的图像源(C)使用远心逆向反射器并且优化图像源M1.图15北京邮电大学对于悬浮光场显示的研究803总结与展望光场三维显示作为一种新兴三维显示技术，通过模拟三维物体表面的发光特性来重建三维场景各个视场的信息,它不仅可以真实再现三维场景的空间特性，还能够正确表现不同物体的相互遮挡关系，是一种更符合人们观看习惯的三维显示技术，已经成为近年来的研究热点。文章介绍了七种具

34、有代表性的光场显示技术的原理及应用，分析了各种技术的优点和可能存在的问题。集成成像光场显示无需佩戴助视设备和相干光源，能为观看者提供水平与竖直方向的视差和连续平滑的视点信息，较真实地呈现三维光场显示效果，是当下最具有发展前景的3D显示技术之一；但集成成像光场显示的分辨率、视角、景深相互制约，无法同步提升，显示细赋程度较低。光场扫描显示采用高速电机和机械运动部件使屏幕进行旋转，结构相对简单，成本相对低廉，容易实现360环绕显示，可以提供较好的图像质量：由于光场扫描存在机械结构，显示屏尺寸不能太大，且要求图像源有较高的刷新率，只适合中等尺寸的光场显示。投影阵列光场显示与集成成像光场显示相似，用多台

35、投影仪组成的阵列替代集成成像中的微透镜阵列，在空间上采集高密度叠加二维图像信息；此外，投影阵列光场显示通过增加投影仪数量来提高系统的性能参数，但是会导致系统体积过大，校准困难，且价格昂贵。层叠光场显示具有较好的视场连续性，在移动设备方面的应用有着广阔的前景，可以通过堆叠液晶屏来增加景深：但会造成系统的体积庞大不适合携带，而且视场角较小。矢量光场显示可视角度大、体积小、能耗低；由于制作精度为纳米级别，因此对工艺有很高的要求。近眼光场显示具有很强的沉浸感和良好的交互体验，有望成为下一代的移动通信平台；但目前快速生成计算全息图的技术不够成熟。悬浮光场显示与AR技术相比，不需要佩戴助视设备即可观看到悬浮在空中的3D图像：但存在离屏距离小，显示图像模糊等缺点。近几年来，腐着计算机科学技术等相关领域的发展，在国家的大力支持下，我国的光场显示技术已在裸眼多视点立体显示、集成成像三维显示、光场显示材料、结构、器件、显示设备和系统集成等方面取得了一定科研成果，研发的裸眼3D光场显示设备在尺寸、视角、景深等关键参数上有重大突破。国内在光场显示方面的起步稍晚，但近几年经过多家单位的大力发展，已具备了较好的成果积累，在国际上奠定了一定的地位，继续发展将有望达到国际先进水平。