CC BY
30
Раздел II Информационные технологии
в медицине
ТРЕХМЕРНЫЕ ДИСПЛЕИ С ОБЪЕМНЫМ ЭКРАНОМ ДЛЯ ТОМОГРАФИИ
А.Л. Андреев, Ю.П. Бобылев, И.Н. Компанец. Е.П. Пожидаев, В.М. Шошин Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН E-mail: kompan@sci.lebedev.ru А.В. Алюшкин М.В. Алюшкин, С.А. Гончуков Московский инженерно-физический институт (Государственный университет)
E-mail: gonchukov@mephi.ru
Создание дисплея, наиболее адекватно отображающего в реальном времени окружающий нас трехмерный мир, всегда было актуальной задачей. В отличие от автостереоскопических и голографических дисплеев, использующих двумерный экран и формирующих лишь иллюзию объемного изображения, трехмерный (ЗМ) дисплей с объемным экраном формирует объемный световой макет трехмерного объекта (сцены), который могут рассматривать одновременно многие наблюдатели с разных сторон и с разного расстояния, без очков и контроля положения головы (глаз), без скачков в восприятии изображения, а потому без усталости и ограничения времени наблюдения.
Более того, объемно-экранный (volumetric) ЗМ-дисплей работает как «ясновидящий»: им отображаются, т.е. визуализируются все элементы трехмерного изображения; иначе, объект просматривается как бы насквозь, причем степень прозрачности может регулироваться программно. Вследствие этого дисплей применим для решения многих задач, прежде всего, в науке и технике, где желательна или необходима визуализация внутренней пространственной структуры объекта (сцены) и заднего (бокового) плана, а именно: в медицине (прежде всего, в томографии) и биологии, в геофизике, сейсмологии и разведке природных ресурсов, в атмосферных и океанических исследованиях, в аэро- и космической навигации, в компьютерном конструировании и моделировании, в охранных, инспекционных и пр. системах.
Понятно, что в дисплее с объемным экраном в том же реальном времени (за 1/25 с) необходимо отобразить в Nz раз больше двумерных картин, чтобы сформировать из них Nz сечений объекта форматом Nx-Ny каждый. Эта задача требует в Nz раз большей скорости ввода сигналов в объемный экран и большего в Nz раз быстродействия его среды по сравнению с двумерной. В докладе рассмотрены подходы к реализации ЗМ-дисплеев на объемных носителях информации, в том числе с перемещением носителя в свободном пространстве, на основе люминесценции среды в результате ее ИК-оптической накачки, плазменной эмиссии в воздушной среде при ее лазерном прожиге.
Авторы используют новый метод создания дисплея, а именно, на основе стопы быстродействующих светорассеивающих жидкокристаллических (ЖК) модуляторов света и компактного двумерного сканера, отклоняющего лазерный луч в плоскости ЖК-модулятора с включенным рассеянием света. Рассмотрены особенности и достоинства метода, главными из которых являются простота адресации элементов экрана, отсутствие механических перемещений, малый уровень интенсивности лазерного пучка. ЗМ-изображение может быть монохромным и полноцветным.
В модуляторах света на основе сегнетоэлектрических ЖК впервые достигнуты: прозрачность 98%, оптический контраст более 100:1 и общее время включения-выключения светорассеяния менее 0,4 мс, что позволяет создавать ЗМ-дисплеи уже со 100 и более планами по глубине экрана. Изготовлен и описан лабораторный макет дисплея со стопой ЖК-модуляторов и быстродействующим акустооптическим лазерным сканером на основе парателлурита. Эксперименты показали работоспособность и перспективность нового метода создания ЗМ- дисплея.
Проанализированы особенности и возможные параметры ЗМ-дисплея, предназначенного для отображения томографической информации.
