Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование мобильных средств наблюдения с трехмерным отображением и оптической защитой зрения

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
стереоскопическое изображение, трехмерное изображение, стереоочки, виртуальная реальность, дополненная реальность, жидкокристаллический дисплей, светозащитный фильтр

Цель проекта:
Комплексное исследование путей решения проблем недостаточной оптической защищенности зрения и недостаточных функциональных возможностей в мобильных (нашлемных и наголовных) систем трехмерного (3D) отображения путем разработки и исследования нашлемного дистанционного бинокулярного фильтра (ДБФ), локально-адаптивного светозащитного фильтра (ЛАСФ) в форме ЛАСФ-очков и нашлемного устройства (НУ) дополненной реальности с встроенными микродисплейным блоком (МкДБ) и ЛАСФ.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Планируемые результаты
• Компьютерное моделирование различных жидкокристаллических (ЖК) структур для оптимизации разработки оптических частей ДБФ и ЛАСФ
• Создание экспериментальных образцов (ЭО) ДБФ, ЛАСФ и НУ с ЛАСФ и МкДБ
• Разработка лабораторного технологического регламента (ЛТР) на выполнение ЖК модуляторов на неплоских оптических подложках (ЖКМ-НПОП)
• Разработка проектов технических заданий (ПТЗ) на опытно-конструкторские работы (ОКР) по программно-аппаратным комплексам (ПрАК): ДБФ, ЛАСФ-очков и НУ с ЛАСФ и МкДБ

2. Планируемые технические характеристики
• ЭО1 ДБФ: размер апертуры 125 х 50 мм, величина сепарации ракурсов (контраст) не менее 100:1, частота переключения не менее 120 Гц, толщина каждой оптической подложки не более 0,55 мм
• ЭО2 ЛАСФ-очков: размер каждого окна 45 х 25, число зон локальной адаптации в каждом окне не менее 9, динамический диапазон изменения оптического затухания не менее 600:1, время изменения оптического затухания 10 мс
• ЭО3 НУ с ЛАСФ и МкДБ: размер апертуры не менее 125 х 50, число зон локальной адаптации не менее 60, динамический диапазон изменения оптического затухания не менее 600:1, время изменения оптического затухания 10 мс, разрешение в изображении встроенной микродисплейной системы, не менее 640 х 480
• ЭО4 ЖКМ-НПОП: размер апертуры не менее 100 х 50 мм, динамический диапазон изменения оптического затухания при использовании бесполяроидной структуры не менее (4÷40):1 при оптической эффективности соответственно не хуже 50%÷40%, время изменения оптического затухания 10 мс, угол обзора изображения 60-120 градусов по горизонтали.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечные продукты
• Разработанный нашлемный ДБФ с оптической частью на ЖКМ-ПОП и электронным блоком управления, работающим от электронного сигнала синхронизации видеопроектора, реализующего попеременное воспроизведение изображений двух ракурсов отображаемой 3D сцены, обеспечивает безочковое наблюдение стереоизображения 3D сцены, обеспечивая тем самым расширение функциональных возможностей системы стереоотображения (в которой используется серийный стереоскопический видеопроектор, изначально предназначенный для работы с стереоочками)
• Разработанные ЛАСФ-очки обеспечивают защиту зрения от излишне яркого света внешней сцены (от солнца) при сохранении четкого зрительного восприятия остальных объектов наблюдаемой сцены, характеризующихся средней и малой яркостью
• Разработанный НУ с МкДБ и ЛАСФ обеспечивает просмотр реальной сцены одновременно с просмотром изображений от встроенного МкДБ при оптической защите (с помощью ЛАСФ) зрения и канала оптической связи "зрение - встроенный дисплей" от излишне яркого света просматриваемой реальной сцены
• Разработанный лабораторный технологический регламент (ЛТР) для ЖКМ-НПОП совместно с изготовленным (в соответствии с ЛТР) ЭО ЖКМ-НПОП обеспечивают предпосылки для изготовления перспективных оптических частей ДБФ и ЛАСФ с расширенным углом обзора и с обеспечением эргономичного вписывания в неплоские окна шлемов

2. Новизна
• Созданы два технических решения на уровне изобретения по ДБФ и ЛАСФ (поданы патентные заявки)
• Впервые в РФ и СНГ создана технология выполнения ЖКМ-НПОП

3. Сопоставление
• ДБФ является единственным в мире техническим решением, который обеспечивает формирование безочкового стереоизображения с полноэкранным разрешением в изображении каждого ракурса 3D сцены (все известные безочковые стереоидисплеи обеспечивают не более половины такого разрешения)
• ЛАСФ является интеллектуальным светозащитным фильтром, аналоги которого отсутствуют в светозащитных средствах, представленных на мировом рынке

4 Пути достижения заявленных результатов
• компьютерное моделирование электрооптических характеристик ЖКМ позволяет оптимизировать процесс их разработки
• экспериментальное исследование образцов ЖКМ позволяет осуществить отбор наиболее подходящих ЖК структур в качестве рабочих слоев оптических частей разрабатываемых ДБФ, ЛАСФ
• ограниченный выбор анизотропных красителей не позволяет достаточно широко исследовать возможность реализации бесполяроидных ЖКМ на эффекте "гость-хозяин" ("guest-host") для реализации оптических частей ЛАСФ с максимальным начальным оптическим пропусканием.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения
• ДБФ для безочкового просмотра стереоизображений:
- в визуальных 3D видеосистемах авиационных тренажеров,
- в компьютерной видеосистеме 3D Vision nVidia с увеличением яркости изображения по сравнению с использованием стереочков (патентная заявка № 1)
• ЛАСФ-очки для интеллектуальной оптической защиты зрения от солнца в дневное время и мешающего света в ночное время суток (от фар встречного транспорта):
- пилотов и водителей всевозможных воздушных, наземных и наводных средств (авиапилотов, водителей автомобилей, мотоциклов, катеров)
- путешественников и спасателей в пустынной, горной и прибрежной (пляжной) местности, посетителей авиашоу, работников внешней службы аэропортов
• ЛАСФ для интеллектуальной оптической защиты приборных видеосенсоров в робототехнических системах для наблюдения «против» солнца (патентная заявка № 2)
• НУ с ЛАСФ и МкДБ для реализации оптически защищенных устройств дополненной реальности, например, с целью:
- обеспечения пиктографических «подсказок» при работе с сложными объектами (сборка, ремонт) в технике, при обслуживании пациентов в медицине
- обеспечения ситуационной информированности в авиации (замена «индикатора-на-лобовом-стекле» - ИЛС), на поле наземных действий (спецназ)

2. Перспективы практического внедрения
• ДБФ в визуальных системах авиационных тренажеров для реализации безочкового стереоизображения с использованием серийных стереоскопических видеопроекторов и для безочкового просмотра стереоизображений в компьютерной видеосистеме 3D Vision фирмы NVidia с увеличенной яркостью по сравнению с использованием стереоочков nVidia
• ЛАСФ для создания интеллектуальных светозащитных специальных и потребительских очков
• НУ с ЛАСФ и МкДБ для реализации устройств дополненной реальности

3. Прогнозы на развитие исследований в рамках международного сотрудничества
• К ДБФ для безочкового просмотра стереоизображений с улучшенной яркостью в системе 3D Vision проявила большой интерес фирма 3D TV Corp. (США) для целей международного сотрудничества (поиска международного инвестора).

Текущие результаты проекта:
• Проведено компьютерное моделирование электрооптических характеристик (контраста С, начального оптического пропускания Т, хроматических характеристик) ЖКМ, позволившее выбрать оптимальные ЖК структуры: для ДБФ - с 270-градусной закруткой ЖК молекул, для ЛАСФ - с 90-градусной закруткой
• Разработан ЭО1 НУ с ДБФ (рис. 2) с ЖК модулятором на тонких (0,55 мм) плоских оптических подложках с контрастом C = 246:1, быстродействием 2,2 мс, Т = 27% с электронным программируемым блоком управления
• Разработаны и протестированы ключевые компоненты ЭО2 ЛАСФ-очков – ЖК модуляторы с электронным блоком управления для сквозного управления элементами реализации оптического затухания от выхода фотоприемника с реализацией квазистатического контраста до 600:1 и быстродействия порядка 10 мс
• Разработаны и протестированы ключевые компоненты ЭО3 НУ с неплоским ЛАСФ (ЭО4) с радиусом кривизны до 150 мм и МкДБ для реализации 3D отображения с разрешением 640х480 для каждого ракурса
• Разработан ЛТР на изготовление ЖКМ-НПОП на тонких (толщиной ≤ 0,55 мм) стеклянных подложках
• Разработаны ПТЗ на ОКР по ПрАК: ДБФ, ЛАСФ-очков и НУ с ЛАСФ и МкДБ
• Полностью выполнены все требования ТЗ на состав, технические параметры и функциональные возможности разрабатываемых ЭО и технологического регламента
• Полностью выполнены все запланированные показатели и индикаторы, включая подачу двух заявок на изобретение и публикацию 3-х статей.