[實用新型]真三維圖像顯示系統

有效

• 申請號: 201220586268.4
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN202854480U
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 耿征
• 申請（專利權）人: 耿征
• 主分類號: G03B35/18
• 分類號: G03B35/18;G02B27/22;H04N13/04
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所 11353
• 代理人: 雷志剛;潘士霖

技術領域

本實用新型涉及圖像顯示技術，尤其涉及一種真三維圖像顯示系統。

背景技術

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。

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,α,β,t)，其為六維函數,其中(x,y，z)描述發光點三維位置(α，β)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生成的光場，從而使觀察者得到與看到真實物體相似的三維感知。

參考圖,11，由于真實物體生成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-l）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，是光場三維顯示技術的出發點。

現有真三維圖像顯示技術主要包括：圖12所示的采用遮攔光柵的多視場光場三維顯示系統和圖13所示的采用柱面鏡陣列的多視場光場三維顯示系統。這兩種技術在現有平板顯示屏幕表面加上一層特殊的光學結構生成具有多視場的光場三維顯示效果。

圖12所示的系統包括一層刻有光柵孔徑122的遮攔物121，位于不同水平位置的觀察者可以透過光柵孔徑122看到與其觀察位置（如視場a1-a8）相對應的視場圖像。

圖13所示的系統包括一層柱面鏡陣列131，柱面鏡陣列131包括多個柱面鏡132，位于不同水平位置的觀察者可以透過各柱面鏡132的折射，看到與其觀察位置（如視場b1-b5）相對應的視場圖像。

上述系統的主要缺陷是圖像清晰度低。現有平面顯示器的圖像清晰度有限，假定其水平方向的分辨率為N。為了生成k個視場的顯示效果，上述系統在水平方向上的分辨率被降低為N/k。這使得圖像質量大大降低，不能達到觀眾可以接受的程度。

現有技術中還提出了一種應用多投影儀的多視場三維圖像顯示技術。

參考圖14a，圖14a為一種現有的采用多個投影儀進行正投影來生成三維顯示效果的系統示意圖。每個投影儀141a對應每個視場生成相應的圖像并投射在柱面鏡陣列142a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）143a上，然后向對應的投影儀141a的方向反射回去。實際上光線透過柱面鏡兩次,第一次柱面鏡將光線聚焦在反射散射屏143a上,第二次同一個柱面鏡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。

參考圖14b，與圖14a中的系統的原理基本相似，圖14b中的三維顯示系統采用雙柱面鏡陣列142b設置在反射散射屏143b的兩側，采用多個投影儀141b對應多個視場生成相應的圖像并投射在一側的柱面鏡陣列142b上，光束被聚焦到反射散射屏（即平板顯示屏幕）143b上，然后通過另一側的柱面鏡陣列142b的擴散，觀眾可從投影儀141b的對面觀察到圖像，實現了背投影。

與圖12和圖13所示的系統相比,圖14a和14b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。

然而這種技術的也有其缺點：

其一，各個視場的投影圖像很容易交叉干擾，致使圖像模糊；

其二，對應每個視場都設置投影儀，成本較高；

其三，這種系統要求各投影儀的圖像都準確校準，難度較大。

實用新型內容