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近年来,随着3D技术的迅猛发展,人们对3D视觉的需求也日益增长,裸眼3D显示必将成为未来的主流显示技术之一。本文研究了一种侧面发光光纤定向背光裸眼3D显示系统,该系统可以获得全分辨率裸眼3D显示。论文首先介绍了目前主流的三种基于视差方式裸眼3D显示的实现方法,对比分析了三种方法的优缺点。其中定向背光式裸眼3D显示因亮度高,观看较舒适,实现立体显示效果较容易,是一种较理想的裸眼3D显示技术。本文针对传统裸眼3D显示分辨率损失,定向背光源制作困难等问题,通过发明一种利用激光打标技术和刀切散射点技术制备的侧面均匀发光聚合物光纤(POF),提出了一种基于侧面发光光纤背光源定向背光裸眼3D显示解决方案。通过建立激光打标凹形散射点的POF均匀发光模型,推导了POF均匀发光的散射点坐标计算公式。对设计的凹形散射点参数用SolidWorks软件构建侧面发光光纤模型,用TracePro软件进行光线追迹仿真。结果表明,散射点长度半圆心角(用于表征凹形散射点的深度和横向长度)的微小变化对发光亮度均匀度影响较大,而凹形散射点轴向宽度的微小变化对POF侧面发光均匀度影响很小。当设计优化后的参数为POF半径R=0.25mm,凹形散射点宽度d=0.15mm,散射点长度半圆心角θ=15°,POF长度L=600mm,TracePro软件仿真得到POF侧面发光亮度均匀度为87.5%。根据设计优化后的参数采用激光打标机进行激光雕刻POF表面散射点,得到单根POF的侧面发光亮度均匀度为80.90%。将100根侧面发光POF紧密排布成面光源,得到面光源发光亮度均匀度为88.91%,满足裸眼3D显示器指向性背光源设计的要求。利用SOPC技术设计了一种基于FPGA开发平台的裸眼3D显示时分驱动系统,实现了SD卡左右视差图片通过VGA输出与侧面发光光纤背光阵列刷新的同步,确保了LCD左右眼图像与相应的侧面发光光纤背光同步输出。另外,介绍了一种基于双CCD的汇聚式3D立体图片拍摄方案,并给出相应的拍摄参数计算方法。通过matlab对多视点3D图片和左右格式3D图片的采集,处理,合成和储存,还设计了GUI界面方便用户使用。论文最后设计了一套全分辨率裸眼3D显示原型进行验证,实验首次用侧面发光光纤背光源产生了指向性光束,与传统的裸眼3D显示器相比,基于侧面发光光纤背光源的定向背光的全分辨率裸眼3D显示器提供了厚度、串扰和2D/3D模式切换的显著改进。更重要的是,紧凑型裸眼3D显示屏幕的厚度仅为18mm。另外在侧面发光光纤末端带有球形透镜的耦合方式用于提高LED与侧面发光光纤之间的耦合效率,此方式比直接耦合效率提高300%。并且侧面发光光纤定向背光模块的亮度均匀性达到89.3%,串扰率总体低于10%,在观看区域内的最小串扰可达2.2%,可以使观察者获得舒适的3D视觉。