摘要
液晶材料的电各向异性和光学双折射效应，使其可以实现对光的电控调制。液晶透镜作为一种具有自适应光学特性的新型元件，它具有电控调焦能力和小巧轻便的特点，在成像领域得到了广泛应用。尤其在增强现实和景深扩展等领域等，体现出其独有的优势与应用前景。本文将液晶透镜引入到增强现实和景深扩展中，发挥器件优势提高了系统性能。本文主要的研究内容如下： 增强现实系统虚像的深度与物体的深度往往不一致，导致观察者使用过程中的眼睛不适。针对该问题，本文提出了一种结合新型大口径液晶透镜的增强现实投影系统。采用大口径液晶透镜结构，获得更多的进光量，增强投影效果。结合液晶透镜的电控调焦特性，推导系统的物像关系，实现电控切换虚像深度。搭建近距离投影系统，虚像可以在观察者前方218cm和96cm两个位置切换；搭建远距离投影系统，虚像可以在观察者前方10.1m和0.5m两个位置切换。为增大投影物上可以被成虚像的面积，本文提出改进的双透镜系统，将虚像呈现在观察者前方10.0m处或2.2m处。为改善虚像边缘畸变的问题，将物方远心镜头引入到双透镜系统中，将虚像投影在距离观察者10.0m或0.5m处。实现了增强现实系统的虚像深度调节功能，并取得了较好的视觉效果。 图像融合法是景深扩展方法中常用的一种手段，要求系统采集一组多聚焦图像，需要其具有调焦能力。传统调焦系统需要机械移动，但这也会增加系统的复杂度并加快器件老化，而液晶透镜的电控调焦可以用于解决该问题。针对现有液晶透镜获取扩展景深图像的方法需要较长时间的问题，本文提出了一种基于物距和景深的图像选择算法，提升液晶透镜扩展景深融合效率，可以缩短获取扩展景深图像的时间。通过液晶透镜的正负转换，可以实现对图像的连续捕捉。通过考虑每个图像的景深，减少融合所需要的图像数量，从而缩短了图像处理的时间。与现有基于液晶透镜的景深扩展技术相比，本实验的图像使用数量减少至31.17%，计算时间减少至34.38%，效率显著提升。所得的扩展景深图像质量，在主观与客观评价上，均获得了较好的实验效果。
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