真三維顯示系統及真三維顯示方法
【專利摘要】提供了一種真三維顯示系統和真三維顯示方法，用于將K個視場圖像光束對應射向K個視場，各視場圖像光束包括多列光束。該系統包括：成像屏幕，具有M組區域，每組區域包括H個小區域；M個投射裝置，放置在成像屏幕的一側，分別生成H套三維圖像光束集，每套三維圖像光束集包括K個視場圖像光束的其中一列光束；以及M個光學壓縮裝置，每個光學壓縮裝置設于一個投射裝置和成像屏幕的對應的一組區域之間；以及光學器件，設置在成像屏幕的另一側，包括M＊H個組成部分，每個組成部分對應成像屏幕的一個小區域。M、N、H、K均為大于1的整數。本發明的真三維顯示系統和方法可形成分辨率高的圖像并避免了由于視場圖像交叉產生的圖像模糊的問題。
【專利說明】真三維顯示系統及真三維顯示方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像顯示技術，尤其涉及一種真三維顯示系統以及真三維顯示方法。【背景技術】
[0002]所謂“真三維顯示”是指被顯示的三維物體之間的相對位置關系也被真實地體現，構成真正意義上的三維空間圖像，具有真實物理深度和圖像質量的表面特性，觀察者不需要任何輔助設備就可以從多個方向任意觀察被顯示物體，感知最真實、完整的三維信息。真三維顯示技術從根本上更新了圖像顯示的概念，使顯示的圖像栩栩如生，向觀看者提供了完備的心理和生理上的三維感知信息，為理解三維圖像和其中物體之間的空間關系提供了獨特的手段。
[0003]光場是描述物體在某一區域發光特性的一個函數。一般說來，光場函數G(x，y，z，a，b，t)，其為六維函數，其中(x，y，z)描述發光點三維位置，(a，b)描述發光方向，t是時間。如果考慮到光線的各種特性(比如極性，相位等)，光場函數還會更為復雜。從光場理論出發，真三維顯示系統的目標，就是盡可能真實地重構并再現真實物體所產生的光場，從而使觀察者得到與看到真實物體相似的三維感知。
[0004]參考圖5，由于真實物體產生的光場函數是空間和角度的連續函數，如果用多個視場(multiview)來模擬，則需要無限個數的視場。無限個數的視場無法進行工程實現。光場三維顯示系統的工作原理是，用有限個視場(如視場a-Ι)來近似連續分布的光場。由于人眼對空間和角度的分辨率是有限的，從感知和顯示效果的角度來說，無需重構連續分布的光場函數。對連續分布的光場函數分別沿空間、角度和時間軸進行離散采樣，用有限個數的視場來模擬光場函數，是光場三維顯不技術的出發點。
[0005]現有技術中提出了一種應用多投影儀的多視場三維圖像顯示技術。
[0006]參考圖6a，圖6a為一種現有的采用多個投影儀進行正投影來產生三維顯示效果的系統示意圖。每個投影儀61a對應每個視場產生相應的圖像并投射在光學器件62a上。根據柱面鏡的光學特性，在水平方向上，光線被聚焦到反射散射屏(即平板顯示屏幕)63a上，然后向對應的投影儀61a的方向反射回去。實際上光線透過光學器件兩次，第一次光學器件將光線聚焦在反射散射屏63a上，第二次光學器件則將光線原路反射回去。這樣，觀察者在不同的水平視場就可以看到不同的投影儀投射出的圖像。如果這些投影儀分別投射出三維物體相應于該視場的圖像，觀察者便可以獲得三維顯示的視覺效果，到達真三維顯示的目的。
[0007]參考圖6b,與圖6a中的系統的原理基本相似，圖6b中的三維顯不系統米用兩個光學器件62b設置在反射散射屏63b的兩側，采用多個投影儀63b對應多個視場產生相應的圖像并投射在一側的光學器件62b上，光束被聚焦到反射散射屏(即平板顯示屏幕)63b上，然后通過另一側的光學器件62b的擴散，觀眾可從投影儀61b的對面觀察到圖像，實現了背投影。
[0008]圖6a和6b所示的系統采用多個投影儀，可以保留每個視場的分辨率，無需被視場個數來進行分割。然而這種技術也有其缺點:各個視場的投影圖像很容易交叉干擾，致使圖像模糊。
【發明內容】
[0009]在下文中給出關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0010]本發明的一個主要目的在于提供一種圖像清晰的真三維顯示系統及真三維顯示方法。
[0011]為實現上述目的，本發明提供了一種真三維顯示系統，用于將K個視場圖像光束對應射向K個視場，各視場圖像光束包括多列光束，包括:
[0012]成像屏幕，具有M組區域，每組區域包括H個小區域；
[0013]M個投射裝置，放置在成像屏幕的一側，每個投射裝置用于生成H套三維圖像光束集，M個投射裝置生成的每套三維圖像光束集包括K個視場圖像光束的其中一列光束；
[0014]M個光學壓縮裝置，每個光學壓縮裝置設于M個投射裝置中的對應的一個投射裝置和成像屏幕的對應的一組區域之間，用于對對應的投射裝置投射的H套三維圖像光束集進行壓縮并將壓縮后的H套三維圖像光束集輸出至成像屏幕的對應的H個小區域；以及
[0015]光學器件，設置在成像屏幕的另一側，所述光學器件包括M * H個組成部分，每個組成部分對應所述成像屏幕的一個小區域，所述光學器件每個組成部分用于對應地將投射至所述成像屏幕的各小區域中的三維圖像光束集中的K列光束分別射向K個視場中。上述M、N、H、K均為大于I的整數。
[0016]為實現上述目的，本發明還提供了一種真三維顯示方法，利用上述的真三維顯示系統將K個視場圖像對應投射至K個視場，其特征在于，包括:
[0017]步驟一:M個投射裝置同時投射各自生成的H套三維圖像光束集；
[0018]步驟二:各光學壓縮裝置對對應的投射裝置投射的H套三維圖像光束集進行壓縮，并將壓縮后的H套三維圖像光束集輸出至成像屏幕的對應的H個小區域；
[0019]步驟三:光學器件的每個組成部分對應地將投射至成像屏幕的各小區域中的三維圖像光束集中的K列光束分別射向K個視場中。
[0020]本發明的真三維顯示系統及方法采用M個投射裝置生成多套三維圖像光束集，采用光學壓縮裝置對生成的三維圖像光束集進行壓縮，每套所三維圖像光束集包括K個視場圖像光束的其中一列，則當每個投射裝置生成多套三維圖像光束集時，可在成像屏幕上產生分辨率較高的圖像，而且，由于各視場之間沒有圖像交叉干擾，避免了圖像模糊的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]參照下面結合附圖對本發明實施例的說明，會更加容易地理解本發明的以上和其它目的、特點和優點。附圖中的部件只是為了示出本發明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術特征或部件將采用相同或類似的附圖標記來表示。
[0022]圖1為本發明的真三維顯示系統的實施例1的結構示意圖。[0023]圖2為位圖1中的投射裝置生成三維圖像光束集以及對該三維圖像光束集進行壓縮的示意圖。
[0024]圖3為本發明的真三維顯示系統的實施例2的結構示意圖。
[0025]圖4為本發明的真三維顯示方法的一種實施例的流程圖。
[0026]圖5為現有技術中以有限個視場來近似連續分布的光場的示意圖。
[0027]圖6a為現有技術中采用多個投影儀進行正投影的三維顯示系統的結構示意圖。
[0028]圖6b為現有技術中采用多個投影儀進行背投影的三維顯示系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面參照附圖來說明本發明的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特征相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0030]本發明提供了 一種真三維顯示系統，用于將K個視場圖像光束對應射向K個視場，各視場圖像光束包括多列光束，包括:
[0031 ] 成像屏幕，具有M組區域，每組區域包括H個小區域；
[0032]M個投射裝置，放置在成像屏幕的一側，每個投射裝置用于生成H套三維圖像光束集，M個投射裝置生成的每套三維圖像光束集包括K個視場圖像光束的其中一列光束；
[0033]M個光學壓縮裝置，每個光學壓縮裝置設于所述M個投射裝置中的對應的一個投射裝置和成像屏幕的對應的一組區域之間，用于對對應的投射裝置投射的H套三維圖像光束集進行壓縮并將壓縮后的H套三維圖像光束集輸出至成像屏幕的對應的一組區域；以及
[0034]光學器件，設置在成像屏幕的另一側，光學器件包括M * H個組成部分，每個組成部分對應成像屏幕的一個小區域，光學器件每個組成部分用于對應地將投射至成像屏幕的各小區域中的三維圖像光束集中的K列光束分別射向K個視場中。上述M、N、H、K均為大于I的整數。
[0035]可選地，光學器件為柱面鏡陣列，柱面鏡陣列包括多個柱面鏡，各柱面鏡作為光學器件的各組成部分。
[0036]可選地，光學器件為光柵，光柵的各柵孔作為光學器件的各組成部分。
[0037]可選地，光學壓縮裝置包括折射鏡組件、反射鏡組件或衍射元件組件。
[0038]可選地，M個投射裝置生成的不同三維圖像光束集中的對應列為相同視場圖像光束的不同列光束。
[0039]真三維顯示系統的實施例1
[0040]參考圖1，本發明的真三維顯示系統的實施例1包括M個投射裝置010、M個光學壓縮裝置012、成像屏幕014、以及光學器件016。
[0041]成像屏幕014被劃分為對應該M個投射裝置010的M個大區域，如圖1中的大區域R，每個大區域R被劃分為H個小區域。
[0042]M個投射裝置010放置在成像屏幕014的一側，各投射裝置010可為，例如投影儀。各投射裝置010對應該成像屏幕014的一個大區域R。
[0043]光學器件016設于成像屏幕014的另一側,本實施例中，光學器件016為柱面鏡陣列，該柱面鏡陣列包括M * H個柱面鏡，每個柱面鏡作為光學器件016的組成部分，且與成像屏幕014的一個小區域相對應。
[0044]也就是說，每個投射裝置覆蓋光學器件016的H個組成部分，即H個柱面鏡。
[0045]各投射裝置010生成H套圖像光束集，每個圖像光束集中具有K個視場圖像光束的其中一列光束，即，各投射裝置010生成H套圖像光束集，每套圖像光束集的第一列為對應第一視場的圖像，第二列為對應第二視場的圖像，以此類推，第K列為對應第K個視場的圖像。
[0046]各投射裝置010生成的各套圖像光束集經對應的光學壓縮裝置進行壓縮后投射至成像屏幕014上對應的小區域中，圖像光束集中的各圖像光束經對應的柱面鏡折射至對應的視場中，處于該視場中的觀眾即可觀察到三維圖像。
[0047]本實施例中，光學壓縮裝置012將對應的投射裝置010投射出的各三維圖像光束集的水平寬度壓縮至對應的柱面鏡的寬度。
[0048]本實施例中，如果柱面鏡寬度為W，投射裝置010投射出的圖像在水平方向的光束個數為N，則每個投射裝置010覆蓋的光學器件的組成部分的個數(即柱面鏡)為N/K，投射裝置010所投影的圖像的寬度為L=H * W0如果N=800，K=32，則柱面鏡的個數為800/32=25個，各投射裝置010的投影圖像的寬度L為25 * l=25mm。在這個例子中，每個投影裝置010生成25套圖像光束集，每套圖像光束集具有32列視場圖像，分別為32個視場圖像的第ith列。因此，每個視場的圖像分辨率為25列。
[0049]參考圖2，本實施例中，不同三維圖像光束集的對應列為相同視場圖像光束中的不同列光束，例如:
[0050]第一個投射裝置010生成的第一圖像光束集至第二十五圖像光束集，第一圖像光束集依次包括第一個視場圖像的第一列、第二個視場圖像的第一列……第K個視場圖像的第一列；第二圖像光束集依次包括第一個視場圖像的第二列、第二個視場圖像的第二列……第K個視場圖像的第二列……；第二十五圖像光束集依次包括第一個視場圖像的第二十五列、第二個視場圖像的第二十五列……第K個視場圖像的第二十五列；
[0051]第二個投射裝置010生成的第二十六至第五十圖像光束集，第二十六圖像光束集依次包括第一個視場圖像的第二十六列、第二個視場圖像的第二十六列……第K個視場圖像的第二十六列；第二十七圖像光束集依次包括第一個視場圖像的第二十六、第二個視場圖像的第二十六列……第K個視場圖像的第二十六列……；第五十圖像光束集依次包括第一個視場圖像的第五十列、第二個視場圖像的第五十列……第K個視場圖像的第五十列。
[0052]第M個投射裝置010生成的第M * 25+1至(M+1) * 25圖像光束集，第M * 25+1圖像光束集中，依次包括第一個視場圖像的第M -k 25+1列、第二個視場圖像的第M -k 25+1列……第K個視場圖像的第M * 25+1列；……，第(M+1) * 25圖像光束集中，依次包括第一個視場圖像的第(M+1)* 25列、第二個視場圖像的第(M+1)* 25列……第k個視場圖像的第(M+1) * 25列。
[0053]也就是說，所有圖像光束集中，各視場圖像的第一列可通過第一個柱面鏡折射到該K個視場(#1-#k)中，各視場圖像的第二列通過可通過第二個柱面鏡折射到該k個視場中，以此類推，各視場圖像的第M * H列可通過第M * H個柱面鏡折射到該K個視場中。[0054]本實施例中，光學壓縮裝置012可包括折射鏡組件，如圖1中的凸透鏡和凹透鏡組成的折射鏡組件。光學壓縮裝置012也可包括其它光學組件，例如反射鏡組件或衍射元件組件，只要能對光束進行壓縮即可。
[0055]本實施例中，M、N、H、K均為大于I的正整數。
[0056]真三維顯示系統的實施例2
[0057]參考圖3，本發明的真三維顯示系統的實施例2包括M個投射裝置030、M個光學壓縮裝置032、成像屏幕034、以及光學器件036。
[0058]本發明真三維顯示系統的實施例2中的各部件及其結構關系與實施例1的對應部件及其結構關系基本相同，區別僅在于:
[0059]在實施例2中，光學器件036為光柵,該光柵上設有多個柵孔，光柵的各柵孔作為該光學器件036的各組成部分，用于通過衍射的方式將對應的三維圖像光束集中的K列光束射向對應的視場中。
[0060]真三維顯示方法的實施例
[0061]參考圖4，本發明還公開了一種真三維顯示方法，利用上述真三維顯示系統，以將K個視場圖像光束對應射向K個視場，其一種實施例包括以下步驟:
[0062]步驟S041:該M個投射裝置同時投射各自生成的H套三維圖像光束集；
[0063]步驟S043:各光學壓縮裝置對對應的投射裝置投射的H套三維圖像光束集進行壓縮，并將壓縮后的H套三維圖像光束集輸出至成像屏幕的對應的H個小區域；以及
[0064]步驟S045:光學器件的每個組成部分對應地將投射至成像屏幕的各小區域中的三維圖像光束集中的K列光束分別射向K個視場中。
[0065]可選地，步驟S045包括:光學器件的各組成部分將對應的三維圖像光束集中的K列光束折射至對應的視場。
[0066]可選地，步驟S045包括:光學器件的各組成部分將對應的三維圖像光束集中的K列光束衍射至對應的視場。
[0067]可選地，在步驟S041中，M個投射裝置生成的不同三維圖像光束集中的對應列為相同視場圖像光束的不同列光束。
[0068]例如，在步驟S045中，可通過例如柱面鏡陣列或其它折射器件將各三維圖像光束集中的K列光束分別折射至K個視場中，也可通過例如光柵或其它衍射器件將各三維圖像光束集中的K列光束分別衍射至K個視場中。
[0069]可選地，在步驟S043中，各光學壓縮裝置可通過折射、反射或衍射的方式對對應的投射裝置生成的H套三維圖像光束集進行壓縮。
[0070]本實施例中，M、N、H、K均為大于I的正整數.[0071]本實施例所依據的原理以及具體的工作方式在對真三維顯示系統的實施例1、2中已有記載，不再贅述。
[0072]本發明的真三維顯示系統及方法采用M個投射裝置生成多套三維圖像光束集，采用光學壓縮裝置對生成的三維圖像光束集進行壓縮，每套所三維圖像光束集包括K個視場圖像光束的其中一列，則當每個投射裝置生成多套三維圖像光束集時，可在成像屏幕上產生分辨率較高的圖像，而且，在對應于單個組成部分的成像屏幕的各小區域中投射多個清晰的視場圖像，各視場之間沒有圖像交叉干擾，避免了圖像模糊的問題。[0073]在本發明的裝置和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應視為本發明的等效方案。同時，在上面對本發明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。
[0074]應該強調，術語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。
[0075]雖然已經詳細說明了本發明及其優點，但是應當理解在不超出由所附的權利要求所限定的本發明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領域內的普通技術人員從本發明的公開內容將容易理解，根據本發明可以使用執行與在此所述的相應實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結果的、現有和將來要被開發的過程、設備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權利要求旨在在它們的范圍內包括這樣的過程、設備、手段、方法或者步驟。
【權利要求】
1.一種真三維顯不系統，用于將K個視場圖像光束對應射向K個視場,各視場圖像光束包括多列光束，其特征在于，包括: 成像屏幕，具有M組區域，每組區域包括H個小區域； M個投射裝置，放置在所述成像屏幕的一側，每個投射裝置用于生成H套三維圖像光束集，所述M個投射裝置生成的每套三維圖像光束集包括所述K個視場圖像光束的其中一列光束； M個光學壓縮裝置，每個光學壓縮裝置設于所述M個投射裝置中的對應的一個投射裝置和所述成像屏幕的對應的一組區域之間，用于對對應的投射裝置投射的H套三維圖像光束集進行壓縮并將壓縮后的H套三維圖像光束集輸出至所述成像屏幕的對應的一組區域；以及 光學器件，設置在所述成像屏幕的另一側，所述光學器件包括M * H個組成部分，每個組成部分對應所述成像屏幕的一個小區域，所述光學器件每個組成部分用于對應地將投射至所述成像屏幕的各小區域中的三維圖像光束集中的K列光束分別射向K個視場中， 其中，所述M、N、H、K均為大于I的整數。
2.根據權利要求1所述的真三維顯示系統，其特征在于，所述光學器件為柱面鏡陣列，所述柱面鏡陣列包括多個柱面鏡，各所述柱面鏡作為所述光學器件的各組成部分。
3.根據權利要求1所述的真三維顯示系統，其特征在于，所述光學器件為光柵，所述光柵的各柵孔作為所述光學器件的各組成部分。
4.根據權利要求1所述的真三維顯示系統，其特征在于，各所述光學壓縮裝置包括折射鏡組件、反射鏡組件或衍射元件組件。
5.根據權利要求1所述的真三維顯示系統，其特征在于，所述M個投射裝置生成的不同三維圖像光束集中的對應列為相同視場圖像光束的不同列光束。
6.一種真三維顯示方法，其特征在于，利用權利要求1-4任一項所述的真三維顯示系統將K個視場圖像對應投射至K個視場，其特征在于，包括: 步驟一:所述M個投射裝置同時投射各自生成的H套三維圖像光束集； 步驟二:各所述光學壓縮裝置對對應的投射裝置投射的H套三維圖像光束集進行壓縮，并將壓縮后的H套三維圖像光束集輸出至所述成像屏幕的對應的H個小區域； 步驟三:所述光學器件的每個組成部分對應地將投射至所述成像屏幕的各小區域中的三維圖像光束集中的K列光束分別射向K個視場中。
7.根據權利要求6所述的真三維顯示方法，其特征在于，所述步驟三包括: 所述光學器件的各組成部分將對應的三維圖像光束集中的K列光束折射至對應的視場。
8.根據權利要求6所述的真三維顯示方法，其特征在于，所述步驟三包括: 所述光學器件的各組成部分將對應的三維圖像光束集中的K列光束衍射至對應的視場。
9.根據權利要求6所述的真三維顯示方法，其特征在于，各所述光學壓縮裝置通過折射、反射或衍射的方式對對應的投射裝置生成的H套三維圖像光束集進行壓縮。
10.根據權利要求6所述的真三維顯示方法，其特征在于，所述M個投射裝置生成的不同三維圖像光束集中的對應列為相同視場圖像光束的不同列光束。
【文檔編號】G02B27/09GK103809367SQ201210443924
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優先權日:2012年11月8日
【發明者】耿征 申請人:耿征