[發(fā)明專利]基于拼接光場的橫向大視場三維顯示方法及系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210039156.1
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN102591124A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李海峰;彭祎帆;劉旭;鐘擎
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G03B35/18
• 分類號: G03B35/18;G02B27/22;H04N13/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維顯示方法，尤其涉及一種基于拼接光場的橫向大視場三維顯示方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

顯示技術(shù)正朝著高清晰、三維全景顯示的方向發(fā)展。三維顯示區(qū)別于傳統(tǒng)二維顯示就是通過各種方法給觀看者帶來視覺上的深度感知，使其自然與不自然地獲得畫面中的第三維度信息。國內(nèi)外眾多三維顯示技術(shù)一般可分為全息三維顯示和非全息三維顯示兩種。全息三維顯示因其是真三維的信息記錄和顯示而被譽(yù)為未來理想的三維顯示方式，但在動態(tài)顯示方面需要高分辨的空間光調(diào)制器以及超高速的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，這兩個因素極大地限制了這種技術(shù)的進(jìn)步使其不能很好地進(jìn)入實際應(yīng)用，目前僅適用于靜態(tài)圖像的攝取和顯示。因此非全息三維顯示是目前的主流顯示技術(shù)，而實現(xiàn)非全息三維顯示技術(shù)一般又可分為體三維顯示、集成成像三維顯示、體視三維顯示等。體三維顯示和體視三維顯示目前都已有較好的顯示設(shè)備出現(xiàn)，然而基于體三維顯示的顯示裝置大都依靠轉(zhuǎn)動屏幕來滿足全視角觀看的需求，所以顯示裝置結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜造價也較高；裸眼自體視三維顯示雖然具有可觀的商業(yè)前景，但大多僅提供在有限視角范圍內(nèi)實現(xiàn)高分辨三維顯示。傳統(tǒng)的集成成像三維顯示技術(shù)則在視角數(shù)目、圖像串?dāng)_、顯示區(qū)域深度和大小等方面存在很多需要解決的問題。

目前已經(jīng)投入產(chǎn)業(yè)化的投影式裸眼三維顯示裝置大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要大量的投影機(jī)和控制電路，往往是大成本和復(fù)雜結(jié)構(gòu)換來橫向有限的觀察視場，因此缺乏具體的實際應(yīng)用。并且單個裸眼立體顯示器顯示的圖像分辨率低、視角少而不連續(xù)、縱深感不夠等問題，更使其在虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域應(yīng)用缺乏創(chuàng)新。本發(fā)明的主要目的在于構(gòu)建一個拓展性強(qiáng)、成本可控，并且具有很大視場范圍的空間三維顯示裝置，且滿足多人多視角觀看的訴求。其優(yōu)點在于可以產(chǎn)生在平面定向散射屏屏幕前觀看到具備細(xì)膩的橫向視差的三維圖像懸浮效果。細(xì)膩的視角間隔，會給觀察者帶來連續(xù)無跳變的三維感知，減少常規(guī)三維顯示中視角不連續(xù)帶來的疲憊感。平面光場拼接投影顯示單元及平面定向散射屏幕的結(jié)構(gòu)在大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大了橫向視場。同時利用模塊化多屏拼接的方式實現(xiàn)橫向投影視場的擴(kuò)展，可大大增加三維圖像的橫向空間尺度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)和顯示方法的不足，提供一種基于拼接光場的橫向大視場三維顯示方法及系統(tǒng)。

基于拼接光場的橫向大視場三維顯示方法的步驟如下：

1)將被顯示的三維場景使用空間光場追跡的方法進(jìn)行三維立體空間描述，解析成一系列沿橫向不同視點位置正對平面定向散射屏觀看所需的平行投影圖像源；

2)使用沿同一平面橫向布置的多投影顯示單元投影，將對應(yīng)視點觀看所需的圖像源正對平面定向散射屏投影到平面定向散射屏的背側(cè)，形成一系列豎條影像；

3)多投影顯示單元正對投影的影像成像于空間指定位置，觀察區(qū)域內(nèi)任一視點所處的位置，觀察者只能觀看到由人眼視角范圍內(nèi)的一部分投影顯示單元正對投影的豎條影像拼接而成的三維場景橫向一部分，沿觀察區(qū)域橫向移動不同視點位置，觀察者可以觀看到不同投影顯示單元正對投影的豎條影像拼接而成的三維場景橫向不同部分，實現(xiàn)橫向大視場三維顯示。

基于拼接光場的橫向大視場三維顯示系統(tǒng)包括多個在同一平面沿直線布置呈模塊化拼接的投影三維顯示單元、平面定向散射屏和控制計算機(jī)，其中，投影顯示單元包括依次設(shè)置的二維顯示單元陣列、透鏡陣列和孔闌陣列，控制計算機(jī)與二維顯示單元陣列相連接；多個投影顯示單元中顯示單元顯示的圖像通過對應(yīng)的透鏡陣列、孔闌陣列均正對平面定向散射屏投影到平面定向散射屏背側(cè)成像，供觀察區(qū)域的橫向多個視點同時觀看，在任一視點位置觀看到的圖像由投影三維顯示單元中一部分顯示單元提供。

所述的平面定向散射屏是透射式柱面光柵或具有相同縱向散射特性的光學(xué)全息屏幕，透射式柱面光柵柵線方向為橫向。所述的二維顯示單元是LCD、LCOS、PDP、LED、CRT、OLED或投影機(jī)。所述的透鏡陣列單元可以是單片透鏡或多片透鏡組合或其他光學(xué)成像器件。

本發(fā)明可以構(gòu)建一個拓展性強(qiáng)、成本可控，并且具有很大視場范圍的空間三維顯示裝置，且滿足多人多視角觀看的訴求。其優(yōu)點在于可以產(chǎn)生在平面定向散射屏屏幕前觀看到具備細(xì)膩的橫向視差的三維圖像懸浮效果。細(xì)膩的視角間隔，會給觀察者帶來連續(xù)無跳變的三維感知，減少常規(guī)三維顯示中視角不連續(xù)帶來的疲憊感。平面光場拼接投影顯示單元及平面定向散射屏幕的結(jié)構(gòu)在大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大了橫向視場。同時利用模塊化多屏拼接的方式實現(xiàn)橫向投影視場的擴(kuò)展，可大大增加三維圖像的橫向空間尺度。

附圖說明