知识点解析：
1. FPGA硬件技术基础
FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可以通过软件编程改变其硬件逻辑功能的半导体设备。FPGA以其高灵活性、高性能和低功耗的特点，在现代电子系统设计中扮演重要角色。FPGA可以执行并行计算，这使得它在需要大量并行处理的场合中具有优势。
2. 自由立体显示系统概念
自由立体显示技术（Auto-stereoscopic Display）指的是无需佩戴3D眼镜等辅助设备即可观看立体影像的技术。它利用人眼的位置信息，通过向每个眼睛提供不同的图像，从而产生立体效果。自由立体显示技术是现代显示技术发展中的一个重要方向，它克服了传统3D显示对辅助设备的依赖，提高了观看的便利性和舒适度。
3. 光学引擎的设计与实现
光学引擎是自由立体显示系统中的核心部分，负责控制显示面板以产生立体视觉效果。在本篇文献中提到的光学引擎采用了FPGA作为主控制器，通过RS232串口通信与DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）进行瞳孔位置数据交换，实现了依据瞳孔坐标和液晶面板同步信号控制LED阵列进行指向性照明。这种设计提高了光学引擎的精确度和同步性，从而优化了整个显示系统的稳定性和可升级性。
4. 瞳孔跟踪技术在立体显示中的应用
瞳孔跟踪技术（Pupil Tracking）能够实时监测观察者的眼睛位置，从而为立体显示系统提供精确的瞳孔坐标信息。瞳孔位置信息用于指导光学引擎控制LED阵列，实现对观察者左眼和右眼的分别照明。这样每个眼睛只接收到对应视角的图像信息，从而避免了图像的重叠和错觉，使人眼能够接收到自然的深度感。
5. LED阵列的控制与背光技术
LED阵列作为背光光源，通过精确控制每个LED的亮度和开关状态，可以实现对光线方向和分布的精细调控。在本系统中，高亮度LED阵列的指向性背光技术允许根据瞳孔位置信息准确地将光线投射到观察者的左右眼中，从而生成所需的立体效果。这种技术不仅提高了显示效果，也大大增强了系统对环境的适应能力和场景再现的自然度。
6. 可升级性与兼容性的提升
在与基于单片机的光学引擎系统的对比中，本文提到的系统具有更好的可升级性，这意味着它可以通过更换或增加硬件模块来提高性能或扩大规模，而不会导致成本大幅上升。另外，系统还能够兼容传统的2D平面显示模式，使得显示设备在不同应用场景下都具有广泛的应用前景。
7. 系统的视场角（Field of View, FOV）
系统设计中提到了±30度的视场角，这是指用户在一定角度范围内仍然能够看到清晰的立体图像。在设计自由立体显示系统时，视场角是评估用户体验的重要指标之一。较大的视场角可以提供更自然的观看效果和更宽广的观影视野。
总结：
本篇文献介绍了一种基于FPGA控制的自由立体显示系统光学引擎的设计与实现。通过FPGA控制的高亮度LED阵列和瞳孔跟踪技术的结合，实现了无需辅助设备即可观看的全高清3D影像。同时，该系统在成本增加有限的情况下，实现了对时序的精确控制和提高了系统的同步性、可扩展性和稳定性。该系统的设计对于未来3D显示技术的发展具有重要意义，并为其他类似的显示技术设计提供了宝贵的参考。
