[發明專利]一種寬視角的集成成像三維顯示系統

有效

• 申請號: 201410333935.1
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104104939B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 王曉蕊;于碩;劉鑫;張建磊;董維科;劉德連
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N13/00
• 分類號: H04N13/00;H04N13/04;G02B27/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及三維立體顯示技術，尤其是涉及一種寬視角的集成成像三維立體顯示系統，可用于廣播電視，電影，虛擬現實等領域。

背景技術

集成成像三維顯示技術是一種裸眼立體顯示技術，傳統集成成像三維顯示包括獲取和重構兩個主要環節，如附圖1所示。在三維場景信息1的獲取過程中，采用由許多透鏡單元整齊排布構成的微透鏡陣列2來采集三維空間物體的立體信息，并通過透鏡陣列后端的記錄介質來記錄。由于每個透鏡單元都會從不同方位獲取各自的圖像信息——單元圖像，最終，所有的單元圖像整齊排布形成單元圖像陣列被記錄在記錄設備3上。在重構階段，通常采用與獲取端參數相同的透鏡陣列來再現三維物體像。單元圖像陣列被輸入到顯示系統4，顯示器前端放置透鏡陣列5，根據光路可逆原理，透鏡陣列將單元圖像發出的光線重新匯聚6，從而在透鏡陣列所在平面之外的一定范圍內重構出三維物體的立體像7。

集成成像三維顯示技術可以提供全彩色，準連續視差立體圖像，并且不需要輔助觀看設備，如立體眼鏡等，無需相干光源，便可實現空間成像，符合人眼生理習慣，避免了其他立體顯示方式帶來的視覺疲勞。

集成成像三維顯示在獲取端通過相機陣列或計算機渲染生成技術往往可以獲得高分辨率的單元圖像陣列，但是在重構端受到顯示器件的制約，單元圖像的分辨率通常不能較好滿足集成成像三維顯示的性能要求，極大的限制了顯示系統的可觀看角度和觀看效果，成為制約集成成像三維顯示發展的一個因素。

為了改善集成成像三維顯示系統的視場角，學者們提出了多種解決方案，主要分為以下三類：1、通過改變顯示面板及微透鏡陣列的形狀來提升可觀看角度，如Yunhee?Kim，Jae-Hyeung?Park等人在“Wide-viewing-angle?integral?three-dimensional?imaging?system?by?curving?a?screen?and?a?lens?array”(APPLIED?OPTICS?Vol.44，No.4)提出了使用彎曲顯示面板和透鏡陣列的集成成像三維顯示系統，但是基于目前的加工制造水平，彎曲的顯示面板及透鏡陣列成本高昂，不易實現。2、使用分時復用技術，通過在不同時刻遮擋不同的微單元透鏡來擴大可觀看角度，如Sungyong?Jung，Jae-Hyeung?Park等人在“Wide-viewing?integral?three-dimensional?imaging?by?use?of?orthogonal?polarization?switching”(APPLIED?OPTICS?Vol.42，No.14)中使用了分時復用與偏振光相結合的方法改善了集成成像三維顯示系統的視場角，但是由于使用了分時復用技術，導致了顯示系統的顯示亮度降低，而且系統的結構、控制復雜。3、通過改變微單元透鏡的形狀，使某個方向上的可觀看角度得到提升，但是這種方法犧牲了三維顯示的橫向分辨率，而且只能使可觀看角度得到小幅度的提升。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，通過使用偏振器件與微單元透鏡陣列耦合來擴大微單元圖像的顯示面積，以提供一種高分辨率、大視場角的三維立體顯示系統。

為了實現上述目的，本發明提供一種寬視角的集成成像三維顯示系統，包括：正交偏振顯示設備、偏振片陣列和微透鏡陣列，偏振片陣列平行放置于正交偏振顯示設備前方，微透鏡陣列貼緊放置于偏振片陣列之后，單元偏振片與單元微透鏡對齊；其中正交偏振顯示設備將兩幀對應于不同微單元透鏡的單元圖像陣列以不同的偏振態重疊顯示，顯示圖像的光線經過偏振片陣列過濾之后到達微透鏡陣列，經過微透鏡陣列的光學變換之后顯示出三維像。

所述的正交偏振顯示設備用于顯示微單元圖像陣列，必須能夠同時顯示偏振方向相互正交的線偏振光，且不同偏振方向的顯示圖像能夠獨立控制，所顯示的微單元圖像陣列以正交偏振態重疊顯示，對應于奇數列微單元透鏡的微單元圖像偏振態與奇數列偏振片的偏振態相同，對應于偶數列微單元透鏡的微單元圖像偏振態與偶數列偏振片的偏振態相同。其微單元圖像的面積為微單元透鏡面積的兩倍，其寬度是微單元透鏡寬度的兩倍，高度與微單元透鏡的高度相同，且微單元圖像的中心與所對應微單元透鏡的中心對齊。