專利名稱：基于鏡像序列的體積成像方法及其顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維圖像顯示技術(shù)，尤其涉及一種基于鏡像序列的體積成像方法及其顯示裝置。
背景技術(shù)：
與基于立體圖像對的顯立體示方式不同，體積顯示方式是通過控制一幅快速運(yùn)動(dòng)并作同步刷新的二維圖像，在三維空間的不同縱深處制造發(fā)光點(diǎn)，借助視覺暫留效應(yīng)，使觀察者看到具有物理景深的三維圖象。
目前，關(guān)于體積顯示的發(fā)明大多集中在與旋轉(zhuǎn)屏幕相關(guān)的一些裝置上。它們雖然實(shí)施方便，但其體素的大小與分布都不均勻，而是從轉(zhuǎn)軸向外沿半徑方向線性增長。正因如此，這些裝置比較適合散亂數(shù)據(jù)或模糊點(diǎn)集的三維顯示，并不適合工程對象的精確顯示。此外，由于屏幕厚度的影響，在觀察視野中會(huì)形成暗影。
除基于旋轉(zhuǎn)屏幕的顯示裝置外，也有個(gè)別文獻(xiàn)涉及到移動(dòng)屏幕的。基于移動(dòng)屏幕的體積顯示裝置可以做到體素的大小一致與分布均勻，這是基于旋轉(zhuǎn)屏幕的顯示裝置所不能比擬的。但基于移動(dòng)屏幕的體積顯示裝置有兩個(gè)難以克服的困難第一，屏幕與投影儀之間的距離是不斷變化的，要使屏幕上獲得清晰圖像，就必須解決動(dòng)態(tài)調(diào)焦問題，而這是難以實(shí)施的。
第二，為了減輕屏幕厚度帶來的暗影，屏幕必須做得足夠薄。與此同時(shí)，為了形成視覺暫留，屏幕必須快速調(diào)頭，此時(shí)它將承受慣性帶來的彎曲載荷，這就要求屏幕做得足夠厚。很顯然，這兩個(gè)要求是相互矛盾的。加之屏幕必須采用半透明的光學(xué)材質(zhì)這一限制，屏幕的選材在實(shí)際上幾乎不可能實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既可獲得大小一致且分布均勻的體素、又可克服基于移動(dòng)屏幕的體積顯示裝置所固有的困難、同時(shí)還可消除屏厚暗影的體積成像方法及其顯示裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下1、一種基于鏡像序列的體積成像方法將數(shù)字化投影儀射出的同步刷新的二維圖像投影到一個(gè)靜止不動(dòng)的背投屏幕上，經(jīng)一個(gè)沿法線方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的前表面反光鏡的反射后，形成一個(gè)連續(xù)的鏡像序列，借助視覺暫留效應(yīng)，該鏡像序列被觀察者感知為一個(gè)具有物理景深的三維圖像。
2、一種基于鏡像序列的體積成像方法的顯示裝置，它包括1)機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括從動(dòng)件、第一滾輪、第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌、配重從動(dòng)件、齒輪、凸輪、花鍵軸、配重凸輪、第二滾輪、第三滾輪和第四滾輪各兩件，它們分別對稱布置在光學(xué)成像系統(tǒng)的兩側(cè)；兩個(gè)從動(dòng)件之間安裝有前表面反光鏡；花鍵軸上從內(nèi)向外依次裝有凸輪、配重凸輪和齒輪，齒輪接動(dòng)力源，凸輪與配重凸輪具有相同的曲線輪廓但呈180°反相安裝；從動(dòng)件通過安裝于其上的第一滾輪和第二滾輪與凸輪接觸；從動(dòng)件與第一導(dǎo)軌構(gòu)成滑動(dòng)副；配重從動(dòng)件通過安裝于其上的第三滾輪和第四滾輪與配重凸輪接觸，并跨過花鍵軸與第二導(dǎo)軌構(gòu)成滑動(dòng)副；2)光學(xué)成像系統(tǒng)包括前表面反光鏡、觀察視窗、數(shù)字化投影儀、背投屏幕、第一反光平面、第二反光平面；數(shù)字化投影儀射出的光線依次經(jīng)過第一反光平面、與其相互垂直的第二反光平面、投射到垂直的背投屏幕；前表面反光鏡與背投屏幕相平行，與觀察視窗成45°。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是1)采用了靜止不動(dòng)的背投屏幕，從而完全避免了動(dòng)態(tài)調(diào)焦問題，并且為屏幕的實(shí)施提供了很大的自由度。
2)設(shè)計(jì)了沿法線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的前表面反光鏡，用于形成背投屏幕上同步刷新的二維圖像的連續(xù)鏡像序列。由于反光鏡的工作表面是前表面，其背面并不工作，所以在具體實(shí)施時(shí)，可以在背后采用筋板結(jié)構(gòu)以提高其彎曲強(qiáng)度，并可以采用高強(qiáng)度的非光學(xué)材質(zhì)經(jīng)前表面鍍膜而成。這樣，無論在材質(zhì)上還是結(jié)構(gòu)上，其實(shí)施都有很大的可選空間。
3)構(gòu)造了一個(gè)觀察視窗，用以限制觀察視角，確保觀察者只能看到鏡像，而看不到背投屏幕上的實(shí)像。由于空間圖像僅由連續(xù)的鏡像序列構(gòu)成，所以消除了屏厚帶來的暗影。
4)由四個(gè)等徑凸輪構(gòu)成的組合凸輪機(jī)構(gòu)，對稱安裝并同步運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了慣性力與慣性力矩的平衡，從而在具體實(shí)施時(shí)可以作成臺(tái)式機(jī)。
由于上述特點(diǎn)，本發(fā)明特別適合三維對象的精確顯示，在工業(yè)設(shè)計(jì)、科學(xué)研究、教學(xué)演示、機(jī)場調(diào)度、醫(yī)學(xué)CT分析、分子結(jié)構(gòu)仿真等涉及三維對象的領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明機(jī)械系統(tǒng)的剖視示意圖；圖3是本發(fā)明光學(xué)成像系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的光學(xué)成像原理圖。
圖中1.從動(dòng)件，2.前表面反光鏡，3.觀察視窗，4.第一滾輪，5.第一導(dǎo)軌，6.第二導(dǎo)軌，7.配重從動(dòng)件，8.齒輪，9.凸輪，10.花鍵軸，11.配重凸輪，12.第二滾輪，13.第三滾輪，14.數(shù)字化投影儀，15.背投屏幕，16.第一反光平面，17.第二反光平面，18.第四滾輪，19.鏡像序列。
具體實(shí)施例方式
如圖1～圖4所示，本發(fā)明包括1)機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括從動(dòng)件1、第一滾輪4、第一導(dǎo)軌5、第二導(dǎo)軌6、配重從動(dòng)件7、齒輪8、凸輪9、花鍵軸10、配重凸輪11、第二滾輪12、第三滾輪13和第四滾輪18各兩件；它們分別對稱布置在光學(xué)成像系統(tǒng)的兩側(cè)；兩個(gè)從動(dòng)件1之間安裝有前表面反光鏡2；對稱安裝的兩個(gè)齒輪8接同一動(dòng)力源，同步轉(zhuǎn)動(dòng)；花鍵軸10上從內(nèi)向外依次裝有凸輪9、配重凸輪11和齒輪8，凸輪9與配重凸輪11具有相同的曲線輪廓但呈180°反相安裝；從動(dòng)件1通過安裝于其上的第一滾輪4和第二滾輪12與凸輪9接觸；從動(dòng)件1與第一導(dǎo)軌5構(gòu)成滑動(dòng)副，在凸輪9的驅(qū)動(dòng)下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了表面反光鏡2的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；配重從動(dòng)件7通過安裝于其上的第三滾輪13和第四滾輪18與配重凸輪11接觸，并跨過花鍵軸10與第二導(dǎo)軌6構(gòu)成滑動(dòng)副，在配重凸輪11的驅(qū)動(dòng)下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用以實(shí)現(xiàn)慣性力與慣性力矩的平衡。
2)光學(xué)成像系統(tǒng)包括前表面反光鏡2、觀察視窗3、數(shù)字化投影儀14、背投屏幕1、第一反光平面16、第二反光平面17；數(shù)字化投影儀14射出的光線經(jīng)過第一反光平面16以及與其相互垂直的第二反光平面17的反射，投射到垂直的背投屏幕15，并在其上形成可視的二維圖像，該圖像經(jīng)復(fù)運(yùn)動(dòng)的前表面反光鏡2的反射，形成一個(gè)連續(xù)的鏡像序列19。借助視覺暫留效應(yīng)，鏡像序列19被觀察者感知為一個(gè)具有物理景深的三維圖像，該三維圖像可通過觀察視窗3看到。
權(quán)利要求
1.一種基于鏡像序列的體積成像方法，其特征在于將數(shù)字化投影儀射出的同步刷新的二維圖像投影到一個(gè)靜止不動(dòng)的背投屏幕上，經(jīng)一個(gè)沿法線方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的前表面反光鏡的反射后，形成一個(gè)連續(xù)的鏡像序列，借助視覺暫留效應(yīng)，該鏡像序列被觀察者感知為一個(gè)具有物理景深的三維圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鏡像序列的體積成像方法的顯示裝置，其特征在于它包括1)機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括從動(dòng)件(1)、第一滾輪(4)、第一導(dǎo)軌(5)、第二導(dǎo)軌(6)、配重從動(dòng)件(7)、齒輪(8)、凸輪(9)、花鍵軸(10)、配重凸輪(11)、第二滾輪(12)、第三滾輪(13)和第四滾輪(18)各兩件，它們分別對稱布置在光學(xué)成像系統(tǒng)的兩側(cè)；兩個(gè)從動(dòng)件(1)之間安裝有前表面反光鏡(2)；花鍵軸(10)上從內(nèi)向外依次裝有凸輪(9)、配重凸輪(11)和齒輪(8)，齒輪(8)接動(dòng)力源，凸輪(9)與配重凸輪(11)具有相同的曲線輪廓但呈180°反相安裝；從動(dòng)件(1)通過安裝于其上的第一滾輪(4)和第二滾輪(12)與凸輪(9)接觸；從動(dòng)件(1)與第一導(dǎo)軌(5)構(gòu)成滑動(dòng)副；配重從動(dòng)件(7)通過安裝于其上的第三滾輪(13)和第四滾輪(18)與配重凸輪(11)接觸，并跨過花鍵軸(10)與第二導(dǎo)軌(6)構(gòu)成滑動(dòng)副；2)光學(xué)成像系統(tǒng)包括前表面反光鏡(2)、觀察視窗(3)、數(shù)字化投影儀(14)、背投屏幕(15)、第一反光平面(16)、第二反光平面(17)；數(shù)字化投影儀(14)射出的光線依次經(jīng)過第一反光平面(16)、與其相互垂直的第二反光平面(17)、投射到垂直的背投屏幕(15)；前表面反光鏡(2)與背投屏幕(15)相平行，與觀察視窗(3)成45°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于鏡像序列的體積成像方法及其顯示裝置。其方法是在背投屏幕上同步刷新的二維圖像，經(jīng)一個(gè)沿法線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的前表面反光鏡的反射后，形成一個(gè)連續(xù)的鏡像序列。借助視覺暫留效應(yīng)，該鏡像序列被觀察者感知為一個(gè)具有物理景深的三維圖像。該三維圖像由大小一致、分布均勻的體素構(gòu)成并且沒有屏幕厚度造成的暗影。該顯示裝置由機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與光學(xué)成像系統(tǒng)構(gòu)成，光學(xué)成像系統(tǒng)位于中間，用以形成連續(xù)的鏡像序列；機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位于兩側(cè)，用以實(shí)現(xiàn)前表面反光鏡的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明特別適合三維對象的精確顯示，在工業(yè)設(shè)計(jì)、科學(xué)研究、教學(xué)演示、機(jī)場調(diào)度、醫(yī)學(xué)CT分析、分子結(jié)構(gòu)仿真等涉及三維對象的領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G03B25/00GK1527130SQ0315121
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者李立新 申請人:浙江大學(xué)