AR視覺補償系統在動態HUD上的應用

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姓名

林鈺霖(Yu-Lin Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

AR視覺補償系統在動態HUD上的應用
(Application of AR Vision Compensation System in Dynamic HUD)

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摘要(中)

本研究利用ZEMAX軟體來設計AR所需之光學系統(HUD模型)，再透過MATLAB臉部識別與追蹤技術進行視覺補償，並在文中詳細列出ZEMAX軟體的模擬步驟，有利於初學者進行學習。
透過ZEMAX我們可以模擬出視覺上位置所造成的誤差(約15~18%)，而MATLAB軟體的即時追蹤使影像隨觀測者視角進行移動，再進行程式參數調整來進一步縮小誤差，使觀測者有更好的AR體驗。

摘要(英)

This research uses ZEMAX software to design the optical system (HUD model) required for AR, and then uses MATLAB face recognition and tracking technology to perform parallax compensation, and detailed ZEMAX software simulation steps and simple ZEMAX example operations are listed in the article. For beginners to learn. Through ZEMAX we can simulate the error caused by the visual position(about 15~18%), and the real-time tracking of MATLAB software makes the image move with the observer′s perspective, and then adjust the program parameters to further reduce the error, so that the observer has a better AR experience.
With the help of TracePro, you can clearly see the light trace and irradiance map, while ZEMAX can see the spot size and imaging distortion and use the software′s internal optimizer to optimize the image.

關鍵字(中)

★ 模擬
★ HUD
★ 人臉識別

關鍵字(英)

★ simulation
★ HUD
★ face recognition

論文目次

目錄
中文摘要 i
AbStract ii
誌謝 iii
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xiii
一、緒論 1
1-1 論文貢獻 1
1-2 研究背景 1
1-3 研究動機 1
1-4 論文架構 2
二、理論 3
2-1 軟體簡介 3
2-1-1 ZEMAX簡介 3
2-1-2 MATLAB簡介 4
2-2 幾何光學 4
2-2-1 費馬原理 5
2-2-2 反射定律 6
2-2-3 高斯成像 8
2-2-4 拉格朗日不變量以及放大倍率 10
2-2-5 偏移孔徑(Decenter)及偏置光場(Off-axis) 11
2-3 像差理論 11
2-3-1 像散(Astigmatism) 12
2-3-2 慧差(Coma) 13
2-3-3 場曲(field curvature) 15
2-3-4 畸變(Distortion) 16
2-4 光度學 17
2-4-1 光通量（Luminous Flux） 17
2-4-2 發光強度（Luminous Intensity） 18
2-4-3 照度（Illuminance） 19
三、研究方法 21
3-1 研究內容 21
3-1-1 投影系統 21
3-1-2 MATLAB人臉識別與追蹤系統 23
3-2 研究方法 24
3-2-1使用ZEMAX模擬誤差 25
3-2-2利用MATLAB進行視覺補償 27
四、實驗部分 29
4-1 投影系統 29
4-1-1 ZEMAX設計流程概述 30
4-1-2 反向設計的詳細步驟說明 31
4-1-3 MATLAB優化流程概述 57
4-1-4 投影系統結果分析 63
4-2 結果討論 66
五、結論與未來展望 66
5-1 結論 66
5-2 未來展望 67
六、參考文獻 67
七、附件：預投稿論文 70

參考文獻

六、參考文獻
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[2] Totan Chand,Sanjit K. Debnath,Shravana Kumar Rayagonda, Vinod Karar, “Design of refractive head-up display system using rotational symmetric aspheric optics,” optic-International Journal for Light and Electron Optics, vol. 131,p.p.515-519(2017).
[3] 林詩豪，”高階自由曲面之光學設計與優化” ，國立中央大學，碩士論文，2016年7月
[4] W. Wen, B. Fabian, Y. Jie, Thomas, “A prototype of landmarkbased car navigation using a full-windshield head up display system”, Proceedings of the 2009 Workshop on Ambient Media Computing
[5] 林宸生，” 使用ZEMAX®於鏡頭設計、優化和分析” ，逢甲大學，碩士論文，2004年5月
[6] 方長壽，” 以Tracepro輔助科學研究的視覺化” ，國立交通大學，碩士論文，2012年7月
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[13] 張詩意，”高功率白光LED之混光實驗、模組設計及模擬優化” ，國立臺灣科技大學，碩士論文，2005年7月
[14] 陳瑞章，”自由曲面透鏡應用於LED車頭燈照明系統之設計” ，明道大學，碩士論文，2009年7月
[15] AR光學解析：耐德佳自由曲面發展史,
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http://forum.zemax.com/7775/
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[21] Hecht, Eugene, Optics 4th, United States of America: Addison Wesley: pp. 106–111, 141, 2002
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[24] 李功賀，” 光學像差對於全像儲存系統的影響” ，國立交通大學，碩士論文，2011年7月

指導教授

張榮森(Rong-Seng Chang)

審核日期

2021-7-9

推文