Light Efficient and Foveated Head-Worn Displays
Işığı Verimli Kullanan ve Foveated Gözlük Mimarileri
- Tez No: 611466
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN ÜREY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Arttırılmış gerçeklik gözlükleri geleceğin ekran teknolojisi olarak görülmektedir. Arttırılmış gerçeklik gözlüklerine görüntü oluşturma görevi gören uzaysal ışık modülatörleri ve bunun yanısıra optik mimariler güncel gözlüklerin performansını kısıtlayan temel bileşenlerdir. Hayal edilen arttırılmış gerçeklik deneyimi için yüksek çözünürlüklü ve insan gözünün görüş açısının geniş bir kısmını kaplayan görüntüler oluşturulmalıdır. Günümüz teknolojisi ile geniş görüntü açısı ve düşük çözünürlüklü görüntü veya dar görüş açısı ve yüksek çözünürlüklü görüntü sağlanabilmektedir. Bu ödünleşme arttırılmış gerçeklik gözlüklerinin tasarımında temel sorunlardan birisidir. İnsan gözünün yalnızca merkezi görüş açısında dar bir bölgeyi net ve yüksek çözünürlükte, geri kalan bölgeleri bulanık gördüğü düşünüldüğünde çok daha verimli ve insan gözüne benzer özellikte görüntü üreten optik sistemler üretilmesi mümkündür. Gözün net gördüğü bölgeye yüksek çözünürlüklü, geri kalan bölgelere düşük çözünürlüklü görünüler sağlayan sistemlere foveated display denilmektedir. Foveated displayler gözün gerçek zamanlı takibini ve görüntüyü gözün başış açısı içinde uygun yere kaydırabilecek özel optik mimarilere ihtiyaç duymaktadır. Bu tezde bu işlevi yerine getirebilen üç farklı optik mimari anlatılmaktadır. Bunun yanı sıra hızlı ve güvenilir göz takip algoritmamız da anlatılmaktadır. İğne deliği kamerası ilkesi ile çalışan AR gözlük mimarimizde, bu tekniğin doğası gereği tek nokta olan görüntü penceresi ışık kaynağı dizini kullanılarak genişletilmiştir. Işık dizinindeki her LED gözün gerçek zamanlı yerine bağlı olarak uygun şekilde açılmaktadır bu sayede görüntü penceresi genişletilmektedir. 37° görüş açısı olan ve yalnızca 0.42 lumenlik LED ile 360 cd/m2 parlaklığında görüntü elde edilmiştir. Tek LED için 1mm olan görüntü penceresi 14x10 mm kadar genişletilmiştir. Gözlüğümüz iğne deliği kamerası ilkesi sayesinde ışığı çok verimli kullanarak parlak görüntüler oluşturmaktadır. Dönen yarı-ayna tabanlı holografik gözlük mimarimizde sabit olarak 7x4° görüş açısı sağlayabilen SLM'in sanal görüntüsü göz açısına bağlı olarak yarı-aynalar yardımıyla gezdirilmektedir. Bu sayede küçük açılı görüntü sürekli gözün önünde oluşarak daha büyük bir ekran etkisi yaratmaktadır. Bu teknik ile görüş açısı 37x4° ye çıkarılmıştır. Gözlüğümüz literatürde göz pozisyonun bağlı olarak geri beslemeli olarak çalıştırılan ilk foveated holografik gözlüktür. Bir diğer mimarimiz ise SLM'in gözün dönme merkezine optik olarak görüntülenmesi ile oluşturulmuştur. Bu sayede göz nereye bakarsa baksın otomatik olarak SLM'in görüntüsü gözde oluşmaktadır. Hiçbir hareketli parça içermeyen bu mimari SLM üstündeki hologramın değiştirilmesitle fovea üzerine yüksek çözünürlüklü görüntü oluşturmaktadır. Oluşturulan görüntü tek bir bakış açısı için 28x28° görüş açısına sahip olup, gözün hareketleri 60x40° lik bir aralıkta otomatik olarak takip edilmektedir.
Özet (Çeviri)
Augmented reality (AR) displays in eyeglass form are seen as the future of information displays. The image generation unit within the AR glasses, which is called a spatial light modulator (SLM), and optical architectures are among the major limitations of current AR displays. For the ultimate AR experience, the viewer should see high resolution images that cover a large portion of their viewing angle. With the current SLM technology either large viewing angle with low resolution images or high resolution images with small viewing angle can be provided. This trade-off is one of the key limitations of AR glass technology. Considering that the human eye has high resolution only at its central vision and the rest of the view gradually seems blurred towards the periphery, more efficient displays can be designed by mimicking the human eye. These architectures that show sharp images only to the central vision and low resolution images to the rest of the viewing angle are known as foveated displays in the literature. Foveated displays require eye tracking and special optical architectures that can change the position of the high resolution image within the larger viewing angle of the user, depending on the user's viewing direction. In this thesis, we present three different foveated AR glass architectures and a fast, reliable and computationally light pupil tracker algorithm that we developed for foveated display architectures. In our pinhole display we extended the eyebox using an array of light sources (LEDs), which are individually turned-on based on the pupil position in real-time. We demonstrated a 37° circular field-of-view (FOV) with a luminance of 360 cd/m2 using an LED with only 0.42 lumen output. We achieved an extended eyebox of 14x10 mm in size with 1 mm static eyebox per LED and the static eyeboxes are spaced 2 mm apart. The resulting display is super light-efficient as most of the LED light is captured by the eye. In our holographic display with rotating beam splitters, a static 7x4° instantaneous FOV is mechanically steered in sync with the rotations of the eye, so that the viewer always sees a high resolution image at the central vision. We demonstrated 37x4° extended FOV, which is the first holographic foveated head-worn display that works in closed-loop with a pupil tracker in the literature. In our eye-centric design, we eliminated the moving parts by imaging the SLM to the rotation center of the eye. With this architecture, the SLM automatically follows the central vision by design and the holographic image is projected on to fovea by updating the hologram on the SLM. We demonstrated 28x28° instantaneous FOV, which is extended to 60x40°.
Benzer Tezler
- Light harvesting and efficient energy transfer in boron dipyrrin (bodipy) functionalized perylene diimide dyads
Boron-dipirin fonksiyonlu perilendiimid türevlerinde ışık toplanması ve etkili enerji transferi
MAHMUT DENİZ YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. ENGİN UMUT AKKAYA
- Light harvesting and efficient energy transfer in boron dipyrrin dyads and derivatization for potential utility in dye-sensitized solar cells
Boron dipirin türevlerinde ışık hasatı ve etkin enerji transferi ve boyar madde uyarımlı güneş pillerinde potansiyel kullanıma yönelik türevlendirme
GÖKHAN BARIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Enerjiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEnerji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENGİN UMUT AKKAYA
- Spectrally efficient hybrid radio frequency and visible light communication based on hermitian symmetery free with direct current biasing
Doğru akım eğilimiyle ücretsiz hermit simetrisine dayalı spektral olarak verimli hibrit radyo frekansı ve görünür ışık iletişimi
ZAHRAA MUSTAFA ZAIDAN ZAIDAN
Doktora
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ BAYAT
- Visible light communication assisted secure and efficient architecture for autonomous platoon
Görünür ışık ile iletişim destekli güvenli ve verimli otonom taşıt grubu mimarisi
SEYHAN UÇAR
Doktora
İngilizce
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKoç ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİNEM ÇÖLERİ ERGEN
DOÇ. DR. ÖZNUR ÖZKASAP
- Rational molecular design enables efficient organic solar cells and organic light emitting devices
Verimli organik güneş pilleri ve organik ışık yayan cihazlar için akılcı molekülerin tasarımı
EDA ALEMDAR YILMAZ
Doktora
İngilizce
2022
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÇIRPAN
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE