[實用新型]一種基于往復式圖像掃描的體三維顯示裝置

有效

• 申請號: 201820171832.3
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN207799248U
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 韓東成;張亮亮;范超;李正軍;黃志剛
• 申請（專利權）人: 安徽省東超科技有限公司
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G03B21/56
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 婁岳

本實用新型提供一種基于往復式圖像掃描的體三維顯示裝置，包括真空殼體、置于真空殼體內的顯示模塊和直線往復運動機構、超短焦高速投影裝置、運動頻率檢測裝置、真空度檢測裝置、運動控制模塊以及上位機。本實用新型運動部件均位于真空環境中，可極大地降低風阻系數，可以在更高的掃描頻率下工作，增加三維成像分辨率，同時裝置的機械振動和噪聲更小，延長裝置的使用壽命；運動頻率檢測裝置實時檢測裝置的真實運動頻率，上位機根據刷新頻率實時更新高速投影裝置的顯示圖像，避免圖像畸變而影響顯示效果；真空度檢測裝置可實時檢測出真空殼體真空度信息，為系統提供最佳運動頻率，從而實現裝置的最佳立體顯示效果。

技術領域

本實用新型涉及真三維顯示技術和自動控制技術領域，具體涉及一種用于基于往復式圖像掃描的體三維顯示裝置。

背景技術

近年來，隨著計算機軟硬件和多媒體產業的高速發展，計算機立體視覺系統已經日益成為下一代顯示領域的主流發展方向。與二維顯示技術相比，三維顯示更符合人們日常的雙目觀察習慣，能夠帶來更好的觀看和沉浸式體驗，在軍事、醫學、航空、廣告、娛樂等行業得到了越來越廣泛的應用。

目前三維立體顯示技術共可分為分光立體眼鏡(Glasses-based Stereoscopic)、自動分光立體顯示(Autostereoscopic Displays)、全息技術(Hologram)和體三維顯示(Volumetric 3-D Display)4大類。前兩種一般通過佩帶專用的眼鏡和其他輔助設備，運用雙目視差來實現三維效果，但這種三維方式只有心理景深，沒有物理景深，就好像看三D電影一樣，不論從哪個角度看，觀眾看到的圖像都是一樣的，沒有真正的立體感。而全息技術目前雖然應用較為廣泛，但一般都是只用45度的玻璃來呈現飄在空中的圖像，并不是真正的三維圖像，只是因為圖像本身的明暗關系加上投影在半空中，會讓人覺得似乎是立體的，稱之為偽全息。體三維顯示技術則是在一個真正具有寬度、高度和深度的真實三維空間內進行圖像信息再現的技術。展現的三維物體既有心理景深，又有物理景深，可以實現多個觀察者在不使用任何輔助設備條件下，就可以從多個角度直接觀察三維物體，是計算機立體視覺系統中最新的研究方向。

體三維顯示的基本單位是體素(Voxel)，如同二維顯示中的像素一樣，是展現三維圖像的最基本單元。相同時間三維空間中激活的體素越多，所成三維圖像的細節越豐富，效果越好。在平面顯示器中，通過對顯示器的周期性的掃描(如逐行掃描、隔行掃描)來激活像素，從而達到顯示圖像的目的。同樣，在真三維立體顯示系統中，也需要某種方式來掃過整個三維空間，使之能刷新空間的體素來顯示圖象。根據激活體素方式的不同，體三維顯示可分為動態掃描式和靜態發光式。前者一般采用顯示面的周期性機械運動來創建三維圖像空間，后者則不依賴于機械運動而采用特殊介質來展現圖像空間。動態掃描式體三維顯示技術根據掃描運動又可分為直線運動和旋轉運動兩種。

相對于屏幕旋轉運動的體掃描方式來說，平面型平移往復運動掃描沒有無法顯示的中心軸和死區，且圖像處理模型比較簡單，數學特性更易理解，在每個運動周期可以產生更多的體素，成像質量和系統簡易程度都更為令人滿意。其成像原理如圖3所示。

動態平移體掃描顯示在成像時，顯示模塊做高頻直線往復運動掃描整個顯示空間，運動的幅度決定了成像空間的景深，超短焦高速投影裝置以同樣頻率將三維物體切片層的二維圖像投影至顯示模塊相應的位置，當掃描頻率高于一定數值，由于人眼的視覺暫留即可獲得全視角裸眼三維圖像，頻率越高，人眼看到的三維圖像越平滑穩定。但屏幕直線往復運動兩個很大的問題：第一是其風阻系數很大，高頻運動時會帶來較大的噪聲和阻力；第二是直線往復運動是一個需要不停加減速的過程，對于顯示屏和支撐機構的負荷都比較重，從而影響整個系統的性能。

實用新型內容

本實用新型提供一種基于直線往復式圖像掃描的體三維顯示裝置，以提高三維顯示效果和用戶觀看體驗。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：