Novel Full-Color High Frame Rate 3D Projector for Multiview 3D Displays

用于多视图 3D 显示的新型全彩高帧率 3D 投影仪

基本信息

  • 批准号:
    8590494
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2015-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The physical world around us is three-dimensional (3D), yet most existing display systems can handle only two-dimensional (2D) images that lack the third dimension (depth) information. This fundamental restriction greatly limits human being's capability of perceiving and understanding the complexity of real world objects and high dimensional data. Uses of true 3D displays in biomedical research would lead to efficient, effective and accurate visualization and interaction on high dimensional cell structure, molecular, genomic medicine, and image data. Uses of true 3D display to clinical applications, such as image guided radiation therapy (IGRT), could eliminate the directional bias during the diagnosis, planning and interventions. Other examples of 3D applications include ophthalmology, endoscopy, bio-analysis, microscopy, & robotic surgeries. There are three classes of true 3D display technologies, namely multiview, volumetric, and computer generated hologram (CGH) displays. This SBIR project deals with multiview 3D display. Many multiview 3D display systems were developed, but all uses multi projectors. These systems could produce impressive visual results, BUT they are very expensive due to costs of multiple (up to 256) projectors. Xigen team takes an entirely new approach to the multiview 3D display design. Instead of relying on multiple projectors, we use single projector and clever opto-mechanical scanning mechanism to produce multiple virtual projectors for generating multiviews. This revolutionary single projector multiview (SPM) technique promises to reduce cost and complexity of a 3D display to a level comparable with that of existing 2D display. There are many technical challenges in the SPM design and implementation. We are not able to address all the technical issues in a single SBIR project. Instead, in this SBIR, we will focus on a criticl technical challenge for the SPM display, namely the high-frame-rate (HFR) image projector. To achieve high degree of 3D fidelity, large number of views is needed, requiring HFR. For example, at a standard 24Hz of 3D image refreshing rate, a sequential 128-view 3D display would need 128x24=3,072 Hz grey-scale (8-bit) images. To the best of our knowledge, no single projector exists that can achieve such a HFR, at any cost. Therefore, the primary objective of this SBIR proposed herein is to develop the novel HFR projector technology to facilitate the full color HFR multiview 3D display. Phase 1 specific aims are: Aim 1: Design and test a single color high frame rage (HFR) projector 1.1. Design intensity filter wheel (IFW) and explore electronic control technique for LIM. 1.2. Synchronize LIM with DLP's timing to produce 8-bit grey scale image. Aim 2: Design a full-color (24-bit) HFR projector 2.1. Select light source. 2.2. Design the TIR prism and projection optics. 2.3. Integrate three-chip DLPs into the assembly, alignment etc. Aim 3: Build a prototype of the HFR full-color projector 3.1. HFR projector integration. 3.2. Perform tests and evaluations on the prototype. Aim 4: Integrate HFR projector into a multiview 3D display testbed for evaluation 4.1. Integrate the HFR projector into a multiview 3D display testbed available at Xigen. 4.2. Preliminary evaluation of 3D display for clinical applications, prepare Phase 2 plan. HFR projector is a platform technology that can benefit other types of 3D displays as well: both volumetric and holographic 3D display requires HFR projector to achieve high resolution full color 3D display. Thus the success of this SBIR would significantly advance the state-of-the-art of the entire true 3D display field. The true 3D display is a fundamentally new technology platform that facilitates a broad range 3D/4D visualization applications in biomedical research and clinical applications. With the high performance (24-bit full-color with over 3,072Hz frame rate) and low-cost solution proposed in this SBIR, the true 3D display technology could serve as a viable tools to provide a new level of realism and add a new dimension (literally and figuratively) to the visualization tool available for biomedical research and clinical practices. It has broad impact on various aspects of healthcare practices, ranging from 3D/4D image visualization, image guided intervention, telemedicine, surgical replays, microscope/endoscope visualization, education, training, etc.
描述(由申请人提供):我们周围的物理世界是三维(3D),但是大多数现有的显示系统只能处理缺乏第三维(深度)信息的二维(2D)图像。这种基本限制极大地限制了人类感知和理解现实世界对象和高维数据的复杂性的能力。 在生物医学研究中的真实3D显示器的使用将导致在高维细胞结构,分子,基因组医学和图像数据上有效,有效,准确的可视化和相互作用。在临床应用中使用真实的3D显示器,例如图像引导放射疗法(IGRT),可以消除诊断,计划和干预期间的方向偏差。 3D应用的其他示例包括眼科,内窥镜检查,生物分析,显微镜和机器人手术。 True 3D显示技术有三类,即多视图,体积和计算机生成的全息图(CGH)显示器。该SBIR项目涉及多视3D显示。开发了许多多视3D显示系统,但所有显示器都使用多投影仪。这些系统可能会产生令人印象深刻的视觉效果,但是由于多个(256个)投影仪的成本,它们非常昂贵。 Xigen Team采用了全新的方法,用于Multiview 3D显示设计。我们不依赖多个投影仪,而是使用单个投影仪和巧妙的光学机械扫描机制来生成多个虚拟投影仪来生成多视图。这种革命性的单投影仪多视图(SPM)技术有望将3D显示屏的成本和复杂性降低到与现有2D显示屏相当的水平。 SPM设计和实施中存在许多技术挑战。我们无法在单个SBIR项目中解决所有技术问题。取而代之的是,在此SBIR中,我们将重点介绍SPM显示器的评论家技术挑战,即高帧速率(HFR)图像投影仪。为了获得高度的3D保真度,需要大量的视图,需要HFR。例如,以3D图像刷新速率的标准24Hz,一个顺序的128-View 3D显示屏需要128x24 = 3,072 Hz Grey-Scale(8位)图像。据我们所知,没有任何单个投影仪可以不惜一切代价实现这种HFR。因此,本文提出的SBIR的主要目标是开发新型的HFR投影仪技术,以促进全彩色HFR Multiview 3D显示屏。第1阶段的特定目的是:目标1:设计和测试单个颜色高框架愤怒(HFR)投影仪1.1。设计强度滤光轮(IFW)并探索LIM的电子控制技术。 1.2。将LIM与DLP的时间同步,以产生8位灰度图像。 AIM 2:设计全彩(24位)HFR投影仪2.1。选择光源。 2.2。设计TIR棱镜和投影光学。 2.3。将三芯片DLP集成到组件,对齐等。目标3:构建HFR全彩投影仪的原型3.1。 HFR投影仪集成。 3.2。对原型进行测试和评估。 AIM 4:将HFR投影仪集成到评估4.1的多视图3D显示器测试床上。将HFR投影仪集成到Xigen上可用的多视图3D显示器测试床上。 4.2。对临床应用的3D显示的初步评估,准备第2阶段计划。 HFR投影仪是一种平台技术,也可以使其他类型的3D显示屏受益:体积和全息3D显示器都需要HFR投影仪来实现高分辨率全彩3D显示屏。因此,该SBIR的成功将大大推动整个True 3D显示字段的最新时间。 True 3D显示器是一个从根本上新的技术平台,可在生物医学研究和临床应用中促进范围3D/4D可视化应用。具有高性能(24位全彩,具有超过3,072Hz的帧速率)和在此SBIR中提出的低成本解决方案,真正的3D显示技术可以用作可用的工具,以提供新的现实水平并添加新的现实感可视化工具的维度(从字面上和形象上讲)可用于生物医学研究和临床实践。它对医疗保健实践的各个方面具有广泛的影响,范围从3D/4D图像可视化,图像引导干预,远程医疗,手术重播,显微镜/内窥镜可视化,教育,培训等。

项目成果

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