單人球幕的投影光路設(shè)計(jì)和研究.pdf

1、單人球幕系統(tǒng)是近年來興起的一種投影技術(shù)，基于大空間立體角的觀影球幕與多媒體技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)畫面視角大、分辨率高、沉浸感強(qiáng)等特點(diǎn)，給使用者帶來印象深刻的觀影體驗(yàn)，可應(yīng)用在科教、娛樂、模擬仿真、遠(yuǎn)程控制、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。此外單人投影球幕系統(tǒng)具備系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移植性好的特點(diǎn)，具備廣闊的商業(yè)前景。國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究較少。相較大型球幕系統(tǒng)，單人球幕投影系統(tǒng)有兩大設(shè)計(jì)難點(diǎn)：小型球幕的近距離投影顯示成像和水平180°的大視場(chǎng)。
　　本文通

2、過研究單人球幕投影系統(tǒng)的相關(guān)理論，提出從光路優(yōu)化方面實(shí)現(xiàn)球幕投影系統(tǒng)的小型化。根據(jù)擬定的設(shè)計(jì)目標(biāo)（水平180°視域，豎直100°視域，平均像素分辨率不高于3arcmin/pixels，像素分布均勻），本文分別對(duì)正投和背投兩種球幕系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究。對(duì)于背投球幕系統(tǒng)，先根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)明確以柱幕為基礎(chǔ)的異形幕參數(shù)，并合理設(shè)定通道數(shù)量和投影儀的位置。據(jù)此，采用二維幾何構(gòu)造法計(jì)算得到投影反射鏡面的參數(shù)。根據(jù)已有參數(shù)，利用三維建模軟件和 Trace

3、Pro通過建模仿真驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)的合理性。對(duì)于普通正投系統(tǒng)（豎直視域50°），重新設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)模型，經(jīng)與背投系統(tǒng)相同的方法進(jìn)行了光路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證，初步固定了系統(tǒng)參數(shù)。根據(jù)計(jì)算仿真得到的參數(shù)加工了自由曲面反射鏡和接收屏幕，搭建了正投球幕測(cè)試系統(tǒng)并進(jìn)行性能測(cè)試。分別從圖像清晰度、亮度和對(duì)比度三個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)投影性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，對(duì)于成像質(zhì)量采用客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)價(jià)兩種方式，客觀評(píng)價(jià)得到光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的截止頻率為37lp/mm，并進(jìn)行了基于人眼特性