專利名稱：一種自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置和方法。
背景技術(shù)：
三維顯示技術(shù)以其逼真地提供立體信息而深受人們歡迎，近年來學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都對能產(chǎn)生深度信息的三維顯示技術(shù)進行了巨大投入。現(xiàn)有商業(yè)化的三維顯示技術(shù)主要為基于左右眼視差圖像的體視三維顯示技術(shù)，這種技術(shù)能產(chǎn)生較高分辨率的視差圖像，但是過高的觀賞要求和徒增索然的輔助眼鏡限制了其發(fā)展?；谡蠔攀交蛑R式的多視角自體視三維顯示技術(shù)成為目前裸眼三維顯示研究的重點。得益于二維顯示單元陣列的迅猛發(fā)展，通過二維顯示單元陣列配合模塊化的光學(xué)元件構(gòu)造裸眼三維顯示裝置成為一種具有集成化、模塊化優(yōu)勢的顯示技術(shù)。然而成像原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制帶來的問題包括有限的視角數(shù)和有限的深度范圍，更高的分辨率、更細膩的視角間隔、更廣的觀察范圍和深度信息是人們對視覺享受的要求。分辨率和視角數(shù)可以通過增加信息量在一定程度上得到彌補，因此尋求一種在現(xiàn)有技術(shù)條件下實現(xiàn)具有更大深度的顯示范圍成為裸眼三維顯示技術(shù)發(fā)展的重點研究方向通常情況下，基于二維顯示單元陣列和光學(xué)元件陣列的投影式裸眼三維顯示裝置，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)大多是固定。二維顯示單元陣列上的像素區(qū)域往往嚴(yán)格對應(yīng)相應(yīng)的光學(xué)成像元件，在指定的區(qū)域內(nèi)匯聚光線成像。由此，最佳成像區(qū)域的顯示空間深度信息是非常有限的，并且當(dāng)過大的深度信息交互設(shè)計應(yīng)用于顯示裝置時，會帶來圖像拼接錯誤、成像失真等一系列顯示效果問題。另一方面，多視角拼接的顯示方案無法在兼顧顯示圖像分辨率的同時保證視角過渡的連續(xù)，即往往不能同時提供雙目視差和運動視差，對于多人同時觀看的裸眼三維顯示技術(shù)而言，具有較大深度信息的運動視差更為重要。投影式三維顯示以其較集成化的裝置結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大視場和較大觀看圖像的特性得到廣泛關(guān)注。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多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要大量的投影機和控制電路。另外，大多數(shù)的組合投影式視差型顯示裝置雖然采用了二維顯示單元陣列和自組裝透鏡構(gòu)造投影顯示單元，但需要設(shè)置孔闌陣列作為投影顯示單元的出瞳，如專利號為ZL201110178701，專利名稱為“基于多屏拼接的體視三維顯示裝置”的專利，其采用二維顯示單元陣列像素區(qū)域分割的方式并保證顯示器陣列的每一塊顯示區(qū)域都與正前方的一個投影鏡頭和孔闌構(gòu)成一臺投影機，所有投影機在縱向上錯位排列并把其對應(yīng)顯示區(qū)域的預(yù)想投影到定向散射屏同一位置以在弧形屏幕前方成像，該發(fā)明能在很大市場范圍內(nèi)實現(xiàn)橫向視差的三維立體。其中所述的孔闌為整個投影機的出瞳，這樣的孔闌往往事先設(shè)計并加工為固定的結(jié)構(gòu)，大小和排布方式都不具備可調(diào)節(jié)性，也無法保證與透鏡中心的對準(zhǔn)精度，對系統(tǒng)整體參數(shù)的要求較高。并且顯示裝置和參數(shù)一旦確定，將只能作為一種特定三維顯示方案的應(yīng)用，具體應(yīng)用場合有限。而諸多研究和文獻也表明，在投影式三維顯示中，出瞳的參數(shù)和設(shè)計往往對最終成像效果產(chǎn)生重要影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的顯示空間深度信息非常有限，并且當(dāng)過大的深度信息交互設(shè)計應(yīng)用于顯示裝置時，會帶來圖像拼接錯誤、成像失真等一系列顯示效果問題，提出一種自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置和方法。一種自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置，所述三維顯示裝置包括沿光路方向依次設(shè)置的二維單元顯示陣列、透鏡陣列、和定向散射屏，還包括位于所述透鏡陣列與所述散射屏之間的帶有光開關(guān)的自適應(yīng)孔闌陣列，每個孔闌對應(yīng)一個可控光開關(guān)，且二維顯示單元陣列中的每個顯示單元均對應(yīng)多個透鏡和孔闌；以及分別與所述自適應(yīng)孔闌陣列與所述二維顯示單元陣列相連的控制部件。所述的自適應(yīng)孔闌陣列是由一系列孔闌和光開關(guān)一一對應(yīng)組成的陣列；所述控制部件還包括控制二維顯示單元陣列中顯示圖像的切換的裝置和控制光開關(guān)陣列中光開關(guān)選擇性通光的裝置。所述的定向散射屏是在橫向或縱向具有特定散射角度要求的屏幕結(jié)構(gòu)，其形狀是平面或弧面的。所述的二維顯示單元陣列是單個二維顯示單元陣列或多個二維顯示單元陣列組成的陣列。一種自適應(yīng)孔闌的三維顯示方法，包含如下步驟(I)確定要顯示場景在空間的深度位置，將被顯示的三維場景進行三維立體空間描述，解析成一系列顯示所需的投影圖像，組合成顯示圖像送入二維顯示單元陣列，作為投影顯示單元的圖像源；(2)控制部件控制打開自適應(yīng)孔闌陣列相應(yīng)的光開關(guān)，作為投影顯示單元的出瞳；(3) 二維顯示單元陣列的各投影顯示單元顯示圖像通過對應(yīng)的透鏡、孔闌、光開關(guān)組合，向定向散射屏匯聚投影，并成像于空間指定位置，形成一系列拼接的豎條或方塊影像，實現(xiàn)三維顯示；(4)判斷是否需要顯示不同深度的圖像，如果是則重復(fù)步驟1)_3)，否則結(jié)束。其中步驟(I)中，通過控制部件控制二維顯示單元陣列中顯示圖像的切換，實現(xiàn)不同深度位置的三維顯示。所述步驟⑵中，控制部件調(diào)節(jié)自適應(yīng)孔闌陣列中光開關(guān)選擇性通光，通過改變自適應(yīng)孔闌陣列中各光開關(guān)通光性，可以實現(xiàn)一部分孔闌關(guān)閉，另外一部孔闌開啟，從而使光路通過不同的孔闌在不同的位置成像。本發(fā)明的主要優(yōu)點在于提出了一種具備普適性的、可用于多種視場拼接的基于自適應(yīng)孔闌的空間三維顯示裝置及系統(tǒng)。，它包括具備較高拓展性的投影式三維顯示裝置、透鏡陣列及自適應(yīng)孔闌系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于可以通過切換顯示圖像及調(diào)節(jié)自適應(yīng)孔闌陣列光開關(guān)通光性，改變投影圖像空間匯聚點，從而實現(xiàn)不同深度的顯示，可廣泛用于基于多投影顯示或分時顯示拼接原理的體三維顯示裝置。


圖I是基于自適應(yīng)孔闌的空間三維顯示裝置結(jié)構(gòu)示意圖2是自適應(yīng)孔闌陣列排布和選擇性開關(guān)示意圖；圖3是任一視點位置觀看到的拼接圖像示意圖；圖4是本發(fā)明自適應(yīng)孔闌的三維顯示方法流程示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步的闡述。如圖I所示，一種基于自適應(yīng)孔闌的空間三維顯示裝置包括順次設(shè)置的二維顯示單元陣列I、透鏡陣列2、自適應(yīng)孔闌陣列3、定向散射屏4，以及位于所述透鏡陣列2與所述定向散射屏4之間的帶有光開關(guān)的自適應(yīng)孔闌陣列3，每個孔闌對應(yīng)一個可控光開關(guān)，且二維顯示單元陣列I中的每個顯示單元均對應(yīng)多個透鏡和孔闌；以及分別與所述自適應(yīng)孔闌 陣列3與所述二維顯示單元陣列I相連的控制部件5。所述的自適應(yīng)孔闌陣列3是由一系列孔闌和光開關(guān)一一對應(yīng)組成的陣列；所述控制部件5還包括控制二維顯示單元陣列I中顯示圖像的切換的裝置，以及控制光開關(guān)陣列中光開關(guān)選擇性通光的裝置。所有透鏡和自適應(yīng)孔闌依次在縱向上錯位排列，為充分利用二維顯示單元陣列I的顯示區(qū)域空間，且保證透鏡陣列2和自適應(yīng)孔闌陣列3布置的一致性和可操作性，本實施例中采用縱向錯位1/3的方式進行排布。如圖2所示。所述的二維顯示單元陣列I是單個二維顯示單元或多個二維顯示單元組成的陣列，其中，二維顯示單元陣列是LCD、LCOS、PDP, LED、CRT、OLED或投影機。所述的自適應(yīng)孔闌陣列3是由一系列孔闌和光開關(guān)一一對應(yīng)組成的陣列，光開關(guān)是液晶開關(guān)、電致變色開關(guān)或機械結(jié)構(gòu)開關(guān)。所述的定向散射屏4是在橫向或縱向具有特定散射角度要求的屏幕結(jié)構(gòu)，其形狀是平面或弧面的。如圖4所示，一種使用所述裝置的基于自適應(yīng)孔闌的空間三維顯示方法的流程如下I)確定要顯示場景在空間的深度位置，將被顯示的三維場景進行三維立體空間描述，解析成一系列顯示所需的投影圖像，組合成顯示圖像送入二維顯示單元陣列1，作為投影顯示單元的圖像源。通過控制部件控制二維顯示單元陣列中顯示圖像的切換，實現(xiàn)不同深度位置的三維顯示。2)控制部件5控制打開自適應(yīng)孔闌陣列3相應(yīng)的光開關(guān)，作為投影顯示單元的出
ρμ ι
瞳；如圖2實線和虛線所示，通過改變自適應(yīng)孔闌陣列中各光開關(guān)通光性，可以實現(xiàn)一部分孔闌關(guān)閉，另外一部孔闌開啟，從而使光路通過不同的孔闌在不同的位置成像。3) 二維顯示單元陣列I的各投影顯示單元顯示圖像通過對應(yīng)的透鏡、光開關(guān)組合，如圖2實線或虛線孔闌所示，向定向散射屏4匯聚投影，并成像于空間指定位置A或B，形成一系列拼接的豎條或方塊影像，如圖3所示，實現(xiàn)三維顯示。4)判斷是否需要顯示不同深度的圖像，如果是則重復(fù)步驟1)_3)，否則結(jié)束。當(dāng)需要顯示不同深度的圖像時，控制部件5控制二維顯示單元陣列I中顯示圖像.的切換與自適應(yīng)孔闌陣列3中光開關(guān)選擇性通光，實現(xiàn)匯聚投影成像于空間另一個深度位置，則實現(xiàn)了連續(xù)不同深度圖像的三維顯示。具體流程可歸納為，根據(jù)所需顯示的圖像空間深度，改變自適應(yīng)孔闌陣列3中各光開關(guān)通光性，組合成不同的自適應(yīng)孔闌，使具有特定深度信息的圖像源通過透鏡陣列2中相應(yīng)的透鏡組合，投影匯聚到空間中不同深度位置，再經(jīng)過定向散射屏4的散射作用提供完整的視圖及足夠的觀察范圍，定向散射屏4的作用在于保證所有孔闌圖像在橫向上拼接、在縱向上展開。雖然這里是通過示意和舉例的方式對本發(fā)明進行進一步描述的，但應(yīng)該認識到，本發(fā)明并不局限于上述實施方式和實施例，前文的描述只被認為是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出多種變換或修改，只要沒有離開所附權(quán)利要求中所確立的范圍和精神實質(zhì)，均視為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置，所述三維顯示裝置包括沿光路方向依次設(shè)置的二維單元顯示陣列、透鏡陣列、和定向散射屏，其特征在于 所述三維顯示裝置設(shè)置有位于所述透鏡陣列與所述散射屏之間的帶有光開關(guān)的自適應(yīng)孔闌陣列，每個孔闌對應(yīng)一個可控光開關(guān)，且二維顯示單元陣列中的每個顯示單元均對應(yīng)多個透鏡和孔闌；以及分別與所述自適應(yīng)孔闌陣列與所述二維顯示單元陣列相連的控制部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置，其特征在于所述的自適應(yīng)孔闌陣列是由一系列孔闌和光開關(guān)一一對應(yīng)組成的陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置，其特征在于所述控制部件還包括 控制二維顯示單元陣列中顯示圖像的切換的裝置； 控制光開關(guān)陣列中光開關(guān)選擇性通光的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置，其特征在于所述的定向散射屏4是在橫向或縱向具有特定散射角度要求的屏幕結(jié)構(gòu)，其形狀是平面或弧面的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置，其特征在于所述的二維顯示單元陣列是單個二維顯示單元陣列或多個二維顯示單元陣列組成的陣列。
6.一種自適應(yīng)孔闌的三維顯示方法，其特征在于，包含如下步驟 (1)確定要顯示場景在空間的深度位置，將被顯示的三維場景進行三維立體空間描述，解析成一系列顯示所需的投影圖像，組合成顯示圖像送入二維顯示單元陣列，作為投影顯示單元的圖像源； (2)控制部件控制打開自適應(yīng)孔闌陣列相應(yīng)的光開關(guān)，作為投影顯示單元的出瞳； (3)二維顯示單元陣列的各投影顯示單元顯示圖像通過對應(yīng)的透鏡、孔闌、光開關(guān)組合，向定向散射屏匯聚投影，并成像于空間指定位置，形成一系列拼接的豎條或方塊影像，實現(xiàn)三維顯示； (4)判斷是否需要顯示不同深度的圖像，如果是則重復(fù)步驟1)_3)，否則結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)孔闌的三維顯示方法，其特征在于，步驟⑴包括控制部件控制二維顯示單元陣列中顯示圖像的切換，實現(xiàn)不同深度位置的三維顯示。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)孔闌的三維顯示方法，其特征在于，步驟⑵包括控制部件調(diào)節(jié)自適應(yīng)孔闌陣列中光開關(guān)選擇性通光，通過改變自適應(yīng)孔闌陣列中各光開關(guān)通光性，可以實現(xiàn)一部分孔闌關(guān)閉，另外一部孔闌開啟，從而使光路通過不同的孔闌在不同的位置成像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)孔闌的三維顯示裝置及方法，所述三維顯示裝置包括沿光路方向依次設(shè)置的二維顯示單元陣列、透鏡陣列、自適應(yīng)孔闌陣列和定向散射屏，以及分別與所述自適應(yīng)孔闌陣列與所述二維顯示單元陣列相連的控制部件。將需要顯示的三維場景解析成投影圖像，組合成顯示圖像送入二維顯示單元陣列，作為投影顯示單元的圖像源；調(diào)節(jié)二維顯示陣列中顯示圖像的切換和調(diào)節(jié)自適應(yīng)孔闌陣列中各光開關(guān)通光性，對定向散射屏匯聚投影，并成像于空間不同位置。本發(fā)明利用帶有光開關(guān)的自適應(yīng)孔闌陣列組成自適應(yīng)孔闌，實現(xiàn)不同深度的三維顯示。
文檔編號G03B21/60GK102621796SQ201210079528
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者劉旭, 彭祎帆, 李海峰, 鐘擎 申請人:浙江大學(xué)