3D显示视觉感知特性研究
LDV激光测振与3D视觉传感技术融合的实践与展望
LDV激光测振与3D视觉传感技术融合的实践与展望严建伟(浙江舜宇智能光学技术有限公司，浙江省杭州市310000)摘要：随着LDV激光测振技术与3D视觉技术的迅猛发展，两项应用性技术的有效结合及融合发展的产品已广泛应用于各行业.同时衍生出应用于不同领域、具有各种特殊功能性的科技产品.着重介绍相关产品的研发实践过程和产品展望.关键词：3D视觉；激光测振1引言随着智能化产业的高速发展，3D视觉技术与LDV 测振技术融合的产品，已广泛应用于工、农、医和物联网等产业，并呈落地之势。
本文以应用实例，全面论述了融合技术的产品发展过程和未来产品趋向。
2振动概述2.1振动起源在大自然、人们日常生活中，振动是常见的一种自然现象。
古代，智慧的劳动人民就已发现釆用振动的方式可以清理掉衣物表面上的尘埃。
17世纪初，伽利略开始了研究单摆周期和物体振动；17世纪中叶，荷兰物理学家克里斯蒂安•惠更斯(Christiaan Huygens)从系统理论上对振动展开了深入研究。
2.2振动分类振动可分为宏观振动和微观振动。
在大规模机械加工过程中，不良振动会导致机械加工件表面光洁度不合格，影响产品质量。
在加工过程中，过度的不良振动会对机床寿命、刀具的磨损度产生直接影响。
交通运输上，航空飞行器上出现的机翼猛烈振动，会导致机毁人亡事故。
建筑工程上出现的失控振动，将导致建筑物墙体开裂及整体倒塌。
2.3振动的基本参数及相关公式可用于正弦或余弦函数描述的振动过程称为简谐振动,振动的参数有位移、速度和加速度。
振动位移X=^sin(®r+^>)(1)振动速度V=—=Aa)sin\ot+<Z>+—|(2)d/I2)振动加速度a==Aa)2sin^coT+0+n)(3)式中，&为振动的最大值，称为振幅；®为园频率。
振动三要素为振幅4、频率/和相位角0。
2.4振动检测分类在工农业生产过程及人们日常生活中，振动的安全检测控制甚为重要。
3D显示技术原理及发展(比较全面)
透镜阵列显示器及其合成原理
微透镜投影：将图像投影到由微透镜组成的显 微透镜投影 示屏上，经过有微透镜折射产生相差来达到立 体成像。
为透镜投影显示器
微位相差板法： 微位相差板法：微位相差板法是台湾光电研究院研 究成功的一种裸眼立体显示技术。使用微位相差板 改变光的偏极态来达到左、右视图的分离。微位相 差板立体显示器不需要戴眼镜，但是视角很小，需 要和头部跟踪装置配合使用
光分法显示图解
圆偏振 光的形 成
3D图 像的 形成
采用交错偏光片的 3D 液晶电视
偏光片眼镜
时分法：(快门法)通过提高屏幕刷新率把图 像按帧一分为二，形成左右眼连续交错显示 的两组画面，通过快门式3D眼镜的配合，使 得这两组画面分别进入左右双眼，最终在大 脑中合成3D立体图像。
快门式3D眼镜
3D Display
3D显示技术 3D显示技术
讲解内容
什么是3D显示技术 3D显示技术的种类 3D显示技术的原理 3D显示技术的优劣 3D显示技术的发展 3D显示技术的展望
3D显示 3D显示
3D显示技术就是利用一系列的光学方法 使人左右眼产生视差从而接受到不同的 画面，在大脑形成3D（3Dimensions） 立体效果的技术。
透射式全息显示图像： 透射式全息显示图像：透射式全息显示图像属于一种 最基本的全息显示图像。记录时利用相干光照射物体， 物体表面的反射光和散射光到达记录干板后形成物光 波；同时引入另一束参考光波（平面光波或球面光波） 照射记录干板。对记录干板曝光后便可获得干涉图形， 即全息显示图像。再现时，利用与参考光波相同的光 波照射记录干板，人眼在透射光中观看全息板，便可 在板后原物处观看到与原物完全相同的再现虚像。
综观以上的技术，目前所提出的各种方式都仍有其 优缺点，但随着时间的进步，这些问题也渐渐的被解 决，正如当初的彩色显示器代替了黑白显示器，液晶 显示器代替CRT显示器一样，随着显示技术的革新， 没有辅助设备的三维显示技术代替平面显示技术将是 必然趋势
人类视觉感知和认知过程探究
人类视觉感知和认知过程探究人类作为一种高度发达的生物，在感知和认知上具有独特的优势。
对于人类而言，视觉是最主要的感知方式之一，能够提供关于外界环境的丰富信息。
本文将探究人类的视觉感知和认知过程，从视觉的本质到视觉信息的处理模式，以期深入了解人类视觉系统的工作原理。
视觉作为一种感知方式，是通过眼睛接收光线，通过大脑加工处理而形成的。
光线首先进入眼睛的角膜，然后通过晶状体、虹膜和瞳孔进一步聚焦，在眼底的视网膜上形成倒置的图像。
随后，视网膜上的感光细胞——视杆和视锥将光信号转化为神经脉冲，通过视神经传递到大脑的视觉皮层。
人类的视觉皮层被分为多个层次，包括初级视觉皮层、中级视觉皮层和高级视觉皮层。
初级视觉皮层主要负责图像的局部特征提取，比如边缘、方向和颜色等。
中级视觉皮层则更关注图像的全局特征，例如形状、运动和深度等。
最高级的视觉皮层则负责对感知信息的整合和认知处理。
这种分层模型使得人类的视觉系统能够在细节和整体之间进行有效的切换，并且能够快速识别和解释复杂的视觉环境。
人类视觉感知的过程是一个高度动态和交互式的过程。
视觉感知不仅仅是简单地接受外界的刺激，还包括了对刺激的选择性、注意力分配和意义解析等过程。
在视觉感知中，选择性是指人类对于视觉刺激的选择性关注。
根据人们的兴趣、目标和情境等因素，大脑会有选择性地关注某些刺激，而忽略其他刺激。
注意力分配是视觉感知的关键环节，它使得人类能够集中注意力于某个区域或者物体，并有效地对其进行处理和分析。
意义解析是指人脑对于视觉信息进行整合和理解的过程，也是对于视觉感知最为重要的部分之一。
通过对已有知识的引用和背景经验的运用，人类能够解释和理解所看到的物体、场景和情境，并赋予其相应的意义和语义。
在人类视觉的认知过程中，注意力的作用不容忽视。
注意力是指人类有意识地将对某个刺激进行集中处理的能力。
人类的注意力资源是有限的，因此在面对复杂的视觉环境时，人们需要通过选择性注意和分配注意力的方式，筛选出重要的刺激，并对其进行更加深入和准确的处理。
视觉和显示器件成像原理-tanzhanao(下载10次)
∞
λ
0
发光强度 I
• 发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的光 通量的空间分布的物理量，在数值上等于点光源在 单位立体角中发出的光通量，即：I = d Φ dΩ 式中dΩ是点光源在某一方向上所张的立体角元。 在球坐标系中，∵ d Ω = sin θ d θ d ϕ ， 即：d Φ = I θ ,ϕ d Ω = I θ ,ϕ sin θ d θ d ϕ ∴由点光源所发出的总光通量为： Φ = ∫ d Φ = ∫ d ϕ ∫ I sin θ d θ 对于均匀发光体，I 不随 θ、ϕ 而变化，则： π π Φ = I ∫ d ϕ ∫ sin θ d θ = I ⋅ 2π ⋅ 2 = 4π I 。 总光通量Φ 表征光源的特性，对于指定的发光 体，光具组不能增加光通量，而只起把光通量重新 分配的作用。
2. 与显示相关的视觉特性
亮度的感觉
亮度是显示器件的最重要质量指 标之一。眼睛对光线强弱产生的 明暗感觉与光线的波长有关，不 同波长的可见光具有不同的视觉 灵敏度。 由于视网膜含有两种不同的感光 细胞，在不同照明水平时视觉函 数会发生变化。当亮度大于 3cd/m2时，为明视觉，锥体细胞 起主要作用，峰值对应的波长为 555nm；当亮度小于0.03cd/m2 时，为暗视觉，杆体细胞起主要 作用，峰值对应的波长为 507nm。
光通量 Φ
光通量表示光源表面的客观辐射通量对人眼所引起 的视觉强度，它正比于辐射通量和视觉函数。 • 在某一波长附近对于波长间隔为dλ的单色光来讲， 其光通量为： d Φ λ ∝ υ ( λ ) d ε λ • • • 式中 k (λ ) = k m v (λ ) 。 • k (λ) 称为光谱光视效能 ，k m 为最大光视效能，也称最 大光效率。 • 光通量的单位是流明（lumen），简称流，符号：lm。
3d技术的原理和应用
3D技术的原理和应用1. 概述现如今，3D技术在各个领域中被广泛运用，例如电影、游戏、虚拟现实等。
本文将介绍3D技术的原理和应用。
2. 3D技术的原理要了解3D技术的原理，首先需要了解几个基本概念：2.1 立体视觉立体视觉是人眼通过两只眼睛同时观察到的一种视觉效果，通过不同的左右眼观察角度来产生深度感，即我们能够感知到物体的立体性。
2.2 视差视差是指同一物体在不同视角下产生的位移量。
人眼通过两只眼睛观察到物体时，由于两只眼睛的位置不同，物体会在眼睛中的位置产生一定的差异，从而产生视差。
2.3 成像原理3D技术利用了人眼的立体视觉和视差的原理，通过在不同的角度和位置对物体进行拍摄或渲染，使得观众在观看时能够感受到物体的立体效果。
3. 3D技术的应用3D技术在各个领域中有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用领域：3.1 电影3D电影利用了3D技术，通过在电影拍摄和制作过程中采用立体摄像机和立体显示技术，使得观众在观影时能够感受到物体的立体效果。
这种体验更加逼真和沉浸式，大大提升了观众的观影体验。
3.2 游戏3D游戏是目前游戏行业中的一大热门。
利用3D技术，游戏开发者可以制作出更加逼真的游戏场景和角色模型，给玩家带来更加身临其境的游戏体验。
玩家可以通过3D眼镜或者3D显示设备来获得更加立体的游戏画面。
3.3 虚拟现实虚拟现实是一种基于计算机技术的仿真体验系统，通过使用3D技术，可以在虚拟环境中模拟出真实世界的场景和物体，并使用户能够与之进行交互。
这种技术在游戏、教育、医疗等领域中广泛应用，为用户带来沉浸式的体验。
3.4 工程设计3D技术在工程设计中也有广泛的应用。
通过使用3D建模软件，工程师可以将设计草图转化为三维模型，并对其进行可视化和模拟。
这样可以更加直观地了解设计效果，提高设计的准确性和效率。
3.5 教育在教育领域，3D技术也发挥着重要的作用。
通过使用3D技术，教师可以制作出生动有趣的教学资源，使学生更好地理解抽象的概念。
3D显示屏及贴合方法研究
3D显示屏及贴合方法研究发布时间：2021-10-09T08:12:12.886Z 来源：《科技新时代》2021年7期作者：陈义[导读] 裸眼3D显示器受到消费者青睐【1】。
本文研究推导光栅贴合精度范围，通过产品实验验证。
（东莞市德普特电子有限公司）【摘要】随着科技的发展，人们希望逼真还原现实世界信息。
3D显示技术可以带来良好视觉效果。
现有3D显示技术必须佩戴专用眼镜，将观看画面转换为3D显示效果，播放3D效果不明显。
研究提出视差液晶光栅贴合控制参数设计规则，得出设计控制关键因素，根据贴合允许最大倾角推导最大允许误差，实践表明研究理论可用于裸眼3D液晶显示光栅贴合控制设计。
【关键词】3D显示屏；贴合方法；影像技术视觉是人类获得信息的首要途径，显示是社会重点发展的信息技术。
20世纪后显示技术不断创新，从标清到超清，每次变革给人们带来新的视觉体验。
三维立体显示技术具有响应速度快等特点。
近年来人们对液晶光栅关注度增强，液晶光栅广泛运用于三维图像显示等领域。
裸眼3D液晶光栅式显示器不需佩戴特殊眼镜，裸眼3D显示器受到消费者青睐【1】。
本文研究推导光栅贴合精度范围，通过产品实验验证。
1.立体显示技术的发展助视3D技术需借助眼镜等设备获得立体观看效果，双目视差是人眼存在瞳距，双眼视网膜接收图像存在差别，常见助视3D显示技术包括偏光式，分色式等技术。
传统图像只能表现风景内容，人类通过眼镜观察生活中的物体，获得物体空间深度信息。
传统显示设备为二维图像载体，不能传达图像层次。
液晶显示设备日新月异，电视设备经历很多技术演变，随着电子技术的发展，需要更多获得显示物体的空间立体感觉。
目前立体显示技术有很多成熟的产品走向市场。
2D视频图像分为单目视图像与存在视差双目视频图像。
目前合成处理裸视多视角图像方法包括输入端为2D影像与对应深度信息，DIBR技术具有高效率传送优点，DIBR中需2D影像，较原始2D图像资料不会增加过多储存容量。
3D技术简介
的定义就比较模糊，欧美业界 的观点是：通过3D引擎实时生 成的、能够随时间流逝而自动
改变的、能够和物力引擎互动
产生变化的（比如飞机飞过云 雾散开），才能称为体积云/体 积雾。
• 6.体积光 （Volumetric Light ） 先来看下面一个现实 世界的光线图，在3D 图形中要实现这种效 果就是体积光 （Volumetric Light）。 目前的游戏都是在 DX10下才有体积光效 果，看来是得益于 DX10的渲染架构的改 进，使体积光这种高 级特效得以更容易地 在游戏中实现。
全息技术
•全息技术是利用光波的干涉和衍射原理记录 并再现物体的真实感的一种成像技术。
•全息技术再现的图像立体感强，具有真实的 视觉效应。除用光波产生全息图外，现在 已发展到可用计算机产生全息图，然而需 要的计算量极其巨大。
•全息术应该是3D显示的终极解决方案，但目 前还有很多技术问题有待解决，短期内难 有成熟产品量产。
偏光式3d也细分出了很多种类比如应用于投影机行业的偏光式3d需要两台以上性能参数完全相同的投影机才能实现3d效果而应用于电视行业的偏光式3d技术则需要画面具有240hz或者480hz以上的刷新率最新3d视觉效果技术动态模motionblur景深depthoffield软阴影softshadow次表面散射subsurfacescattering体积云雾volumetriccloudsfog体积光volumetriclight主要技术特点1
3D显示技术原理简介
主要有以下三种： • 立体图像对技术 • 体显示技术 • 全息技术
立体图像对技术
• 其原理是：先产生场景的两个视图或多个视图， 然后用某种机制（如佩戴眼镜）将不同视图分别 传送给左右眼，确保每只眼睛只看到对应的视图 而看不到其他视图 ，从而产生立体视觉。
立体电影(3D电影)
立体电影（3D电影）一、立体显示的原理要了解立体电影的原理，首先要了解人眼观察事物的过程。
人眼在观察外界物体时，不仅能看到物体的外形，还能够辨认物体的距离、物体之间的前后位置和取向等，这与人眼的三维视觉特性有关。
这些立体视觉信息大致可分为单眼信息和双眼信息。
他们由许多不同的感知线索组成，其中单眼信息的感知线索就包含有眼球的调节、视网膜上成像的相对大小、透视感、照明状况、单眼运动视差、视野等。
在这些线索中，除了眼球的调节是生理活动外，其他线索一般认为是心理感知。
心理感知多是通过人的习惯产生的，比如通过物体的近大远小、近明远暗、前后遮挡以及光线阴影等关系来感知立体影像。
很多图片和绘画作品就是利用这一特点让观众在平面作品上产生强烈的立体感。
由于亮眼具有约65mm的瞳距，因而人们用双眼观察物体时，物体在左右两眼视网膜上的成像是略有差异的，即双眼视差，它是立体视觉的重要线索。
另外，当物体成像不在左右两眼视网膜的对应点上时，所看到的便是两重像（复像），需要通过眼球的旋转运动（称为辐辏）并经眼外肌的张力调节而使两重像重合（称为融合），这个过程也为立体视觉提供重要信息。
一般来说，人们在观看立体图像时，如果辐辏与调节超出平衡范围，就会引起视觉疲劳。
单眼信息有时会出现偏差，而双眼信息的感知是比较真实的。
立体电影就是利用人的双眼视差来产生立体感的。
人在观察外界事物时，左右眼各看见三维景物的左侧和右侧的细节，在视网膜上形成有水平视差的两个相似的二维图像，这两个二维像经过复现，就形成了三维立体图像。
立体电影就是模拟人眼三维图像的形成过程，先把左右眼的单眼图像分别记录下来，通过放映机和相应的立体放映设备，让观众的左右眼分别看到相应的单眼图像，再经过大脑复现成三维立体图像。
在技术上，就是要实现左右双画面放映并分别映入观众的左右眼。
上述原理早在19世纪中期就被人们认识到了，所以在胶片电影发明后不久，有人就在尝试以各种方式和形式拍摄和放映立体电影，早期是利用红蓝（绿）眼镜来看立体电影，后来又发展到用偏振技术放映、观看立体电影。
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3D显示视觉感知特性研究
人们的日常生活中从外界接收的信息有80%是通过视觉系统获得的。随着信
息技术的迅猛发展,人们自然而然地将图像传递作为信息传输的主体。3D显示技
术不仅能够为观众提供更逼真震撼的视觉体验,也能为需要立体显示的行业和环
境提供极大的便利和支持,例如3D远程手术,3D地图等。3D显示是一个比较广泛
的研究领域,涉及到3D显示设备的设计和3D内容的制作等。
对3D显示效果的评价也多集中于显示参数的提高和优化,如超高分辨率,超
大视角,高清晰度等等。然而3D显示的最终受众是人类,并且3D技术发展的目标
是逼真准确的再现真实场景,因此,应该在提高3D显示性能的同时关注人眼对3D
显示的视觉感知特性,使3D显示更符合人的生理视觉特点,从而让这一技术真正
的被大众接纳,进而有更长远的发展。本文针对3D显示视觉感知特性进行研究,
主要研究内容和创新点如下:(1)基于3D显示环境的视觉感知特性研究研究要点
1:在观看3D内容时,观看者总是处于一种特定的观看环境中,包括观看距离、观
看角度、屏幕大小,以及室内的光线设置等。视觉刺激的参数也复杂多变,如色彩
亮度、3D内容的复杂程度等。
在以往的研究中这些因素对立体视觉感知的影响通常是由被试者的主观感
受得出(如问卷调查),这种方法虽然在一定程度上可以反映观看环境设置对视觉
感知系统的影响,但被试者心理或经验方面的差异会对统计结果造成一定的影响。
针对这个问题本文首次提出了用垂直视差的融合能力作为定量评估指标,快速便
捷的评估外界观看环境(包括光照、观看距离、屏幕尺寸)以及视觉刺激参数设置
(包括背景亮度、3D内容复杂度)对人眼视觉系统造成的影响。通过分析各个因
素间的相关性及对视觉感知能力影响的显著性,为优化3D显示环境提供更贴近
实际显示情况的参考。研究要点2:以往研究中给出的关于垂直视差对立体视觉
感知影响的取值范围比较笼统,并没有充分考虑观看环境对人眼垂直视差融合能
力的影响。
本文根据在研究要点1中找出的观看环境对人眼感知造成影响的关键因素
(亮度和视网膜成像大小),进行了数据拟合建模,从而使对垂直视差融合能力的
预测更贴近真实测试情况,使评估更具有针对性。(2)人眼对多视点裸眼3D显示
器深度信息感知阈值的研究研究要点3:在日常生活中,人眼接收到的视点数是
趋于无穷大的,而在很多穿戴式3D显示器上,人眼只能看到两个视点。这种视点
数的差异对人眼深度信息感知能力的影响还有待研究。本文利用多视点裸眼3D
显示器,对比了人眼在2视点和28视点时的深度信息感知阈值,并且考虑了不同
视觉刺激(轮廓立体图和随机点立体图)对深度信息感知能力的影响。
实验结果表明视点数的增加可以有效的提高深度信息感知阈值,并且人眼对
轮廓立体图和随机点立体图的深度信息感知能力在裸眼3D显示器上具有显著差
异。研究要点4:对于分光式3D显示器,人眼始终聚焦在显示屏幕上,而辐辏功能
会跟随视差的变化而发生变化,这与真实情况中聚焦和辐辏跟随物体同步变化是
不一致的,即辐辏调节冲突。这种辐辏调节冲突通常会造成人眼视觉系统感知特
性的变化。本文将3D目标物体置于显示屏幕位置,通过改变背景在深度中的位置,
使辐辏和调节在深度上的位置达到一致,从而减弱辐辏调节冲突对立体感知的影
响,进而对比了在上述两种情况下人眼深度信息感知阈值变化。
结果表明,减弱裸眼3D显示器上的辐辏调节冲突并不会显著提高静态立体
视觉感知能力。(3)人眼对于3D深度运动信息的感知特性研究要点5:生活中的
三维立体感包括人眼对物体之间静态深度关系的判断以及对物体在深度空间中
运动状态的感知。而以往研究表明认知系统对静态和动态立体信息的处理机制并
不相同。拥有正常静态立体感知能力的观看者并不一定具备同样的动态立体信息
识别能力。
本文首次测试了没有视觉经验的被试者对动态随机点在深度运动中的感知
情况,并且通过一系列的感知训练方法对这些被试者进行视觉训练,有效的提高
了被试者对深度运动方向的感知能力(正确率提高54.8%),验证了视觉经验对深
度运动感知能力的重要影响。研究要点6:3D视觉刺激的设计对人眼是否能够正
确舒适的感知3D深度运动具有重要作用。本文通过设置不同的视觉刺激参数,
测量被试者在不同条件下对深度运动方向的感知能力变化(参考物设置、对比度、
相对视差等),通过数据分析对比找出了影响人眼深度运动感知的关键参数。研究
结果为今后进行3D视觉刺激的合理设计提供了有效参考。