專利名稱：真三維圖像顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及真三維顯示技術(shù)，尤其涉及一種真三維圖像顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
真三維(True3D Volumetric Display Technique)是一種立體顯不技術(shù)，被顯不圖像每個(gè)三維像點(diǎn)(voxel)具有真實(shí)的表面特性和物理深度，觀察者不需要任何輔助設(shè)備，就可以從多個(gè)方向觀察被顯示物體，呈現(xiàn)立體效果。光場(chǎng)是描述物體在某一區(qū)域發(fā)光特性的一個(gè)函數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，光場(chǎng)函數(shù)G(x，y，z，a，i3，t)，其為六維函數(shù)，其中(x，y，z)描述發(fā)光點(diǎn)三維位置，(α，β )描述發(fā)光方向，t是時(shí)間。如果考慮到光線的各種特性(比如極性，相位等)，光場(chǎng)函數(shù)還會(huì)更復(fù)雜。從光場(chǎng)理論出發(fā)，真三維顯示系統(tǒng)的目標(biāo)，就是盡可能真實(shí)地重構(gòu)并再現(xiàn)真實(shí)物體所生成的光場(chǎng)，從而使觀察者得到與看到真實(shí)物體相似的三維感知。參考圖1，由于真實(shí)物體生成的光場(chǎng)函數(shù)是空間和角度的連續(xù)函數(shù)，如果用多個(gè)視場(chǎng)(multiview)來(lái)模擬，則需要無(wú)限個(gè)數(shù)的視場(chǎng)，無(wú)限個(gè)的視場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行工程實(shí)現(xiàn)。光場(chǎng)三維顯示系統(tǒng)的工作原理是，用有限個(gè)視場(chǎng)(如視場(chǎng)a-Ι)來(lái)近似連續(xù)分布的光場(chǎng)。由于人眼對(duì)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(lái)說(shuō)，無(wú)需重構(gòu)連續(xù)分布的光場(chǎng)函數(shù)。對(duì)連續(xù)分布的光場(chǎng)函數(shù)分別沿空間、角度和時(shí)間軸進(jìn)行離散采樣，用有限個(gè)數(shù)的視場(chǎng)來(lái)模擬光場(chǎng)函數(shù)，是光場(chǎng)三維顯不技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)。圖2a和圖2b為現(xiàn)有技術(shù)中采用多個(gè)投影儀來(lái)產(chǎn)生立體顯示效果的原理圖。參考圖2a，圖2a為一種采用多個(gè)投影儀進(jìn)行正投影來(lái)生成三維顯示效果的系統(tǒng)示意圖，每個(gè)投影儀Ia對(duì)應(yīng)每個(gè)視場(chǎng)生成相應(yīng)的圖像并投射到柱面鏡陣列2a上，根據(jù)柱面鏡的光學(xué)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)3a上，然后向?qū)?yīng)的投影儀Ia的方向反射回去。實(shí)際上光線透過(guò)柱面鏡兩次，第一次柱面鏡將光線聚焦在反射散射屏3a上，第二次同一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(chǎng)就可以看到與其位置相應(yīng)的投影儀投射的圖像，獲得三維顯示的視覺(jué)效果，達(dá)到真三維顯示的目的。參考圖2b，與圖2a中的系統(tǒng)原理基本相似，圖2b中的三維顯示系統(tǒng)采用雙柱面鏡陣列2b設(shè)置在反射散射屏3b的兩側(cè)，采用多個(gè)投影儀Ib對(duì)應(yīng)多個(gè)視場(chǎng)生成相應(yīng)的圖像并投射在一側(cè)的柱面鏡陣列2b上，光束被聚焦到反射散射屏(即平板顯示屏幕)3b上，然后通過(guò)另一側(cè)的柱面鏡陣列2b的擴(kuò)散，觀眾可從投影儀Ib的對(duì)面觀察到圖像，實(shí)現(xiàn)了背投影。上述的三維顯示系統(tǒng)只能產(chǎn)生水平方向的視差。參考圖3，現(xiàn)有技術(shù)還提出一種能夠產(chǎn)生水平方向和垂直方向視差的三維顯示系統(tǒng)，，包括多臺(tái)投影儀4a組成的二維投影儀陣列4、以及由密布的微型球面透鏡5a排列組成的顯示屏幕5，二維投影儀陣列4發(fā)出的圖像光束投射到顯示屏幕5上，顯示屏幕5的每一個(gè)微型球面透鏡5a顯示圖像中的一個(gè)像素，由于微型球面透鏡的光學(xué)特性，使得每一個(gè)投影儀4a投射到某一個(gè)微型球面鏡5a上的光束，都會(huì)從特定方向上出射，各個(gè)投影儀4a投射光束的方向都不相同，觀察者可以從顯示屏幕5上看到真三維顯示圖像，并且有水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)視差。上述的三維顯示系統(tǒng)主要存在兩個(gè)問(wèn)題:第一，成本較高，因?yàn)樾枰捎枚鄠€(gè)投影儀，無(wú)論采用正投影還是背投影，或者二維投影儀陣列，價(jià)格都比較昂貴；第二，校準(zhǔn)困難，因?yàn)檫@樣的顯示系統(tǒng)要求每個(gè)投影儀的圖像都準(zhǔn)確校準(zhǔn)，難度較大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的一個(gè)主要目的在于提供一種成本較低、校準(zhǔn)難度低的真三維圖像顯示系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種真三維圖像顯示系統(tǒng)，包括:光源，用于生成照明光束；二維聲光調(diào)制器，用于使照明光束產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)；顯示屏幕；成像裝置，具有對(duì)應(yīng)于多個(gè)視場(chǎng)的多個(gè)成像區(qū)域，成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域用于接收對(duì)應(yīng)的圖像光束并從不同的角度將接收的圖像光束成像到顯示屏幕；數(shù)字光處理裝置，用于接收經(jīng)二維聲光調(diào)制器偏轉(zhuǎn)后的照明光束并對(duì)所述照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，將所述圖像光束反射到成像裝置的成像區(qū)域。本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)，通過(guò)光源生成照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)，之后經(jīng)數(shù)字光處理裝置調(diào)制生成圖像光束，并由成像裝置將圖像投影到顯示屏幕上，由于投射到顯示屏幕的光線的虛擬光學(xué)中心都不一樣，因此可以生成類似于多個(gè)投影儀系統(tǒng)生成的多視場(chǎng)三維圖像顯示，并且具有兩個(gè)不同方向的運(yùn)動(dòng)視差，只需單個(gè)光源即可實(shí)現(xiàn)三維顯示，校準(zhǔn)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中以有限個(gè)視場(chǎng)來(lái)近似連續(xù)分布的光場(chǎng)的示意圖。圖2a為現(xiàn)有技術(shù)中采用多個(gè)投影儀進(jìn)行正投影的三維顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2b為現(xiàn)有技術(shù)中采用多個(gè)投影儀進(jìn)行背投影的三維顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中采用二維投影儀陣列進(jìn)行投影的三維顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)中數(shù)字處理裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。圖6為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第三種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第四種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第五種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第六種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示方法第一種實(shí)施例的流程圖。圖12為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示方法第二種實(shí)施例的流程圖。圖13為本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示方法第三種實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例。在本實(shí)用新型的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或者更多個(gè)其他附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚目的，附圖和說(shuō)明中省略了與本實(shí)用新型無(wú)關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。本實(shí)用新型提供一種真三維圖像顯示系統(tǒng)，包括:光源，用于生成照明光束；二維聲光調(diào)制器，用于使照明光束產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)；顯示屏幕；成像裝置，具有對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)視場(chǎng)的多個(gè)成像區(qū)域，該成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域用于接收對(duì)應(yīng)的圖像光束并從不同的角度將接收的圖像光束成像到所述顯示屏幕；數(shù)字光處理裝置，用于接收經(jīng)二維聲光調(diào)制器偏轉(zhuǎn)后的照明光束并對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，將圖像光束反射到成像裝置的成像區(qū)域。本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)，通過(guò)光源生成照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)，之后經(jīng)數(shù)字光處理裝置調(diào)制生成圖像光束，并由成像裝置將圖像投影到顯示屏幕上，由于投射到顯示屏幕的光線的虛擬光學(xué)中心都不一樣，因此可以生成類似于多個(gè)投影儀系統(tǒng)生成的多視場(chǎng)三維圖像顯示，并且具有兩個(gè)不同方向的運(yùn)動(dòng)視差，只需單個(gè)光源即可實(shí)現(xiàn)三維顯示，校準(zhǔn)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低?？蛇x地,光源為激光光源?？蛇x地，還包括光束調(diào)整元件，光源生成的照明光束經(jīng)過(guò)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)，受偏轉(zhuǎn)的照明光束通過(guò)光束調(diào)整元件進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整后的照明光束投射到數(shù)字光處理裝置。可選地，本實(shí)用新型的真三維圖像顯示系統(tǒng)還包括投射角度調(diào)整裝置，用于對(duì)數(shù)字光處理裝置反射出的圖像光束在兩個(gè)不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，以使圖像光束投射到成像裝置對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域?？蛇x地，成像裝置包括多個(gè)反射鏡，平面反射鏡的反射面對(duì)應(yīng)地形成成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域，成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域從不同角度接收的圖像光束反射到顯示屏幕上進(jìn)行顯示?？蛇x地，成像裝置為投影鏡頭陣列，包括投影鏡頭或透鏡組合，投影鏡頭或透鏡組合為成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域，投影鏡頭或透鏡組合用于將接收到的圖像光束投射至所述顯示屏幕進(jìn)行顯示?？蛇x地，還包括設(shè)置于顯示屏幕與成像裝置之間的分段投影鏡頭陣列，用于將成像裝置的對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域所接收的圖像光束投射到顯示屏幕上進(jìn)行顯示。真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例1參考圖4，在實(shí)施例1中，本實(shí)用新型的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例1包括光源101、成像裝置102、數(shù)字光處理裝置103、顯示屏幕104以及二維聲光調(diào)制器105。光源101可以為激光光源,該激光光源生成照明光束。二維聲光調(diào)制器105能夠?qū)φ彰鞴馐a(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)，例如水平方向和垂直方向，二維聲光調(diào)制器105由兩個(gè)一維聲光調(diào)制器組合而成，兩個(gè)一維的聲光調(diào)制器的偏轉(zhuǎn)方向成90度正交。本實(shí)施例中的成像裝置102包括多個(gè)反射鏡102a，該多個(gè)反射鏡102a的反射面對(duì)應(yīng)的形成成像裝置的多個(gè)區(qū)域，該多個(gè)反射鏡102a可首尾相接成圓弧狀，或者其他任意空間曲線形狀。多個(gè)成像區(qū)域之間可首尾相接，部分連接，也可以互不關(guān)聯(lián)。如圖5所示，數(shù)字光處理裝置103包括多個(gè)微鏡片103a組成的陣列，微鏡片為精密的、微型的反射鏡，每一個(gè)微鏡片控制投影圖像中的一個(gè)像素，這些微鏡片在數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下能迅速的改變角度，一旦接收到相應(yīng)的信號(hào)，微鏡片就會(huì)傾斜± 12度，從而使入射光的反射方向改變，處于投影狀態(tài)的微鏡片被視為“0N”(開(kāi))，并隨數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)傾斜-12度；如果微鏡片103a處于非投影狀態(tài)，則被示為“OFF”(關(guān))，并傾斜+12度；假設(shè)入射光為24度，如果微鏡片處于投影狀態(tài)，即微鏡片處于-12度，則入射光被反射到O度的方向，將圖像投射到顯示屏幕104上，；如果微鏡片處于非投影狀態(tài)，即微鏡片處于+12度，則入射光被反射到48度方向，被光吸收器吸收，即借助微鏡片反射需要的光，同時(shí)吸收不需要的光生成圖像光束。因而，在通電狀態(tài)下，微鏡片的偏轉(zhuǎn)角度有投影狀態(tài)和非投影狀態(tài)，在數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下微鏡片在這兩種狀態(tài)的切換頻率可達(dá)到每秒數(shù)萬(wàn)次?？蛇x地，顯示屏幕104可采用，例如柱面鏡陣列、遮攔光柵，或全息材料來(lái)顯示真三維圖像。工作時(shí)，光源101生成照明光束，二維聲光調(diào)制器105接收光源生成的照明光束并使照明光束產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)，例如水平方向和垂直方向，發(fā)生偏轉(zhuǎn)后的照明光束以不同的入射角投射到數(shù)字光處理裝置103的微鏡片上。多個(gè)微鏡片用于對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，并在數(shù)字信號(hào)的控制下以預(yù)設(shè)頻率發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以將所述圖像光束反射到成像裝置的成像區(qū)域。多個(gè)微鏡片接收經(jīng)二維聲光調(diào)制器105偏轉(zhuǎn)后的照明光束并對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，微鏡片在數(shù)字信號(hào)的控制下以預(yù)設(shè)頻率發(fā)生偏轉(zhuǎn)將反射出不同角度的圖像光束并投射到成像裝置102的成像區(qū)域，即反射鏡102a上，通過(guò)反射鏡102a繼續(xù)將圖像光束反射至顯示屏幕104上進(jìn)行顯示，由于每個(gè)反射鏡102a設(shè)置的位置是與一個(gè)所需的視場(chǎng)對(duì)應(yīng)，并且各平面反射鏡從不同的角度將接收到的圖像光束反射至顯示屏幕104上進(jìn)行顯示，也就是說(shuō)各個(gè)反射鏡反射的圖像光束具有不同的光學(xué)中心，因此可以生成類似于多個(gè)投影儀系統(tǒng)所生成的多視場(chǎng)三維圖像顯示，此時(shí)處于不同視場(chǎng)位置的觀察者就可以從不同的角度觀察到同一物體的真三維影像，并且具有水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)視差。采用二維聲光調(diào)制器105使照明光束產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)，這種光偏轉(zhuǎn)方式?jīng)]有用到運(yùn)動(dòng)部件，相比采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)的方式，偏轉(zhuǎn)角度不一定需要按照角度的遞增或遞減的順序進(jìn)行，可以隨機(jī)指定順序。如圖4所示，作為本實(shí)施例的一種可選方案，二維聲光調(diào)制器105與數(shù)字光處理裝置103之間還設(shè)置有光束調(diào)整元件106，光源101生成的照明光束經(jīng)過(guò)二維聲光調(diào)制器105產(chǎn)生水平方向和垂直方向的偏轉(zhuǎn)，受偏轉(zhuǎn)的照明光束經(jīng)光束調(diào)整元件106進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整后的照明光束并投射到數(shù)字光處理裝置103。如圖4所示，作為本實(shí)施例的一種可選方案，本實(shí)用新型的真三維圖像顯示系統(tǒng)還可包括投射角度調(diào)整裝置107，對(duì)數(shù)字光處理裝置103反射出的圖像光束在兩個(gè)不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)圖像光束向成像裝置102的投射角度進(jìn)行調(diào)整以使圖像光束投射到成像裝置102對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域，由于數(shù)字光處理裝置103對(duì)圖像光束的反射角度范圍的限制，可能難以獲得較大的視場(chǎng)范圍，因此，通過(guò)設(shè)置投射角度調(diào)整裝置，可以放大反射角的角度，得到較大的視場(chǎng)范圍。通過(guò)設(shè)置投射角度調(diào)整裝置，可使得在控制成本、提高顯示亮度、降低校準(zhǔn)難度的基礎(chǔ)上獲得需要的視場(chǎng)范圍。光束調(diào)整元件106可以為多種光學(xué)元件，例如各種透鏡，根據(jù)調(diào)整的投射角度的需要，投射角度調(diào)整裝置107也可為各種光學(xué)元件，例如凹透鏡。真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例2參考圖6，在實(shí)施例2中，本實(shí)用新型的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例2包括光源201、成像裝置202、數(shù)字光處理裝置203、顯示屏幕204以及二維聲光調(diào)制器205，還可包括光束調(diào)整元件206和投射角度調(diào)整裝置207，本實(shí)用新型真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例2中的各部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系與實(shí)施例1的對(duì)應(yīng)部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系基本相同，區(qū)別僅在于:在實(shí)施例2中，顯示屏幕204與成像裝置202之間的分段投影鏡頭陣列208，用于將成像裝置202的對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域所接收的圖像光束投射到顯示屏幕上進(jìn)行顯示，分段投影鏡頭陣列208包括對(duì)應(yīng)于成像裝置202的多個(gè)成像區(qū)域的多個(gè)投影鏡頭208a，該多個(gè)投影鏡頭208a首尾相接成圓弧狀，各投影鏡頭用于將成像裝置的對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域所接收的圖像光束投射到顯示屏幕上進(jìn)行顯示。按照分時(shí)原理，通過(guò)成像裝置202和分段投影鏡頭陣列向顯示屏幕204投射圖像光束，由于各成像區(qū)域向分段投影鏡頭陣列208所投射的圖像光束具有不同的光學(xué)中心，可以再顯示屏幕上依次顯示對(duì)應(yīng)不同視場(chǎng)的圖像光束，因此可以生成類似于多投影儀系統(tǒng)所生成的多角度投影效果。相較在成像裝置和顯示屏幕之間設(shè)置大尺寸投影鏡頭，采用分段投影鏡頭陣列可降低成本和系統(tǒng)尺寸。真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例3參考圖7，在實(shí)施例3中，本實(shí)用新型的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例3包括光源301、成像裝置302、數(shù)字光處理裝置303、顯示屏幕304以及二維聲光調(diào)制器305，還可包括光束調(diào)整元件306和投射角度調(diào)整裝置307，本實(shí)用新型真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例3中的各部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系與實(shí)施例1和2的對(duì)應(yīng)部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系基本相同，區(qū)別僅在于:在實(shí)施例3中，成像裝置302為投影鏡頭陣列，包括投影鏡頭或透鏡組合，投影鏡頭可以為單個(gè)的鏡頭，透鏡組合可以為多種或多個(gè)透鏡的結(jié)合組成的陣列，投影鏡頭或透鏡組合為成像裝置302的多個(gè)成像區(qū)域，投影鏡頭或透鏡組合從不同角度將接收的圖像光束透射至顯示屏幕304進(jìn)行顯示，由于經(jīng)投影鏡頭或透鏡組合透射至顯示屏幕304的圖像光束具有不同的光學(xué)中心，因此可以生成類似于多投影儀系統(tǒng)的多角度投影效果，此時(shí)，如圖7所示，顯示屏幕304設(shè)置在成像裝置302的另一側(cè)(即，非入射光束的一側(cè))。真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例4參考圖8，在實(shí)施例4中，本實(shí)用新型的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例4包括光源401、成像裝置402、數(shù)字光處理裝置403、顯示屏幕404以及二維聲光調(diào)制器405，還可包括光束調(diào)整元件406和投射角度調(diào)整裝置407，本實(shí)用新型真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例3中的各部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系與實(shí)施例1-3的對(duì)應(yīng)部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系基本相同，區(qū)別僅在于:投射角度調(diào)整組件407為一組光學(xué)鏡頭，經(jīng)過(guò)數(shù)字光處理裝置403反射的對(duì)應(yīng)于單一視場(chǎng)的圖像光束，都對(duì)應(yīng)有一個(gè)光學(xué)鏡頭，經(jīng)光學(xué)鏡頭調(diào)整處理投像至成像裝置402上，采用光學(xué)鏡頭調(diào)整反射光束，能夠獲得更高的圖像質(zhì)量。真三維圖像顯示系統(tǒng)實(shí)施例5參考圖9，在實(shí)施例5中，本實(shí)用新型的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例5包括紅色激光光源501、藍(lán)色激光光源502和綠色激光光源503，成像裝置504、數(shù)字光處理裝置505、顯示屏幕506、光束調(diào)整元件507、投射角度調(diào)整裝置508，此外還包括分光器組件，其中數(shù)字光處理裝置505、成像裝置504、顯示屏幕506、光束調(diào)整元件507和投射角度調(diào)整裝置508的結(jié)構(gòu)關(guān)系與實(shí)施例1-4的基本相同，區(qū)別在于:實(shí)施例5中的光源包括紅色激光光源501、藍(lán)色激光光源502和綠色激光光源503，紅色激光光源501、藍(lán)色激光光源502和綠色激光光源503與分光器組件之間還分別設(shè)有二維紅色聲光調(diào)制器510、二維藍(lán)色聲光調(diào)制器511以及二維綠色聲光調(diào)制器512，紅色激光光源501發(fā)出的紅色光、藍(lán)色激光光源502發(fā)出的藍(lán)色光以及綠色激光光源503發(fā)出的綠色光分別經(jīng)過(guò)二維紅色聲光調(diào)制器510、二維藍(lán)色聲光調(diào)制器511以及二維綠色聲光調(diào)制器512產(chǎn)生兩個(gè)不同方向，例如水平方向和垂直方向的偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)過(guò)分光器組件合成一組組合光，其中分光器組件包括第一分光器509a和第二分光器509b，分別對(duì)應(yīng)藍(lán)色激光光源502和綠色激光光源503，紅色光、藍(lán)色光和綠色光經(jīng)過(guò)第一分光器509a和第二分光器509b合成一組組合光，經(jīng)過(guò)光束調(diào)整元件507，產(chǎn)生具有不同入射角的三色照明光，投射至數(shù)字光處理裝置505。本實(shí)用新型的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例5，實(shí)現(xiàn)了多視場(chǎng)全彩色的顯示，彩色投影可以為分時(shí)完成，通過(guò)控制各個(gè)激光光源的開(kāi)關(guān)，使在每一個(gè)特定時(shí)刻，只有一個(gè)激光光源工作，顏色開(kāi)關(guān)的時(shí)序可以任意，可實(shí)現(xiàn)具有水平方向和垂直方向運(yùn)行視差的真三維彩色圖像顯示。真三維圖像顯示系統(tǒng)實(shí)施例6參考圖10，其中紅色激光光源、藍(lán)色激光光源和綠色激光光源，二維紅色聲光調(diào)制器、二維藍(lán)色聲光調(diào)制器、二維綠色聲光調(diào)制器、成像裝置、數(shù)字光處理裝置、顯示屏幕，光束調(diào)整組件和投射角度調(diào)整裝置(圖中未示出)與實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)關(guān)系基本相同，區(qū)別在于:紅色光、藍(lán)色光和綠色光分別經(jīng)過(guò)各個(gè)微鏡片的調(diào)制，形成紅色顯示光束601、藍(lán)色顯不光束602和綠色顯不光束603,顯不光束經(jīng)過(guò)一個(gè)X型的分光器604,可以將紅色顯不光束601、藍(lán)色顯不光束602和綠色顯不光束603的光路合成一路同軸光束，合成后的同軸光束投影到成像裝置605，可以用類似于實(shí)施例1-5的投影方法產(chǎn)生多視場(chǎng)紅綠藍(lán)全彩色三維圖形顯示。真三維圖像顯示方法的實(shí)施例1參照?qǐng)D11，本實(shí)用新型還提供了一種真三維圖像顯示方法，利用上述真三維圖像顯示系統(tǒng)進(jìn)行真三維圖像的顯示，其實(shí)施例1包括以下步驟:光束偏轉(zhuǎn)步驟SlOl:光源發(fā)出的照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)；[0084]光束處理步驟S102:數(shù)字光處理裝置接收經(jīng)二維聲光調(diào)制器偏轉(zhuǎn)后的照明光束并對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，將圖像光束反射到成像裝置的成像區(qū)域；成像步驟S103:成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域從不同角度將接收的圖像光束成像到顯示屏幕上進(jìn)行顯示。本實(shí)施例中，光源優(yōu)選為激光光源。光束偏轉(zhuǎn)步驟SlOl中采用二維聲光調(diào)制器使照明光束產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)，可以產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的運(yùn)動(dòng)視差，這種光偏轉(zhuǎn)方式?jīng)]有用到運(yùn)動(dòng)部件，相比采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)的方式，偏轉(zhuǎn)角度不一定需要按照角度的遞增或遞減的順序進(jìn)行，可以隨機(jī)指定順序。光束處理步驟S102中，數(shù)字光處理裝置包括多個(gè)微鏡片組成的陣列，微鏡片為精密的、微型的反射鏡，每一個(gè)微鏡片控制投影圖像中的一個(gè)像素，這些微鏡片在數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下能迅速的改變角度，通過(guò)數(shù)字光處理裝置的調(diào)制，生成圖像光束，通過(guò)微鏡片的偏轉(zhuǎn)將圖像光束反射至成像裝置的成像區(qū)域。成像步驟S103中，可通過(guò)對(duì)應(yīng)于多個(gè)視場(chǎng)的多個(gè)反射鏡將圖像光束反射至顯示屏幕，還可以通過(guò)平面投影鏡頭陣列透射至顯示屏幕，具體請(qǐng)參照真三維圖像顯示系統(tǒng)實(shí)施例1-6的描述。本實(shí)施例提供的真三維圖像顯示方法，通過(guò)光源生成照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)，之后經(jīng)數(shù)字光處理裝置調(diào)制生成圖像光束并反射到成像裝置，并由成像裝置將圖像投影到顯示屏幕上，由于投射到顯示屏幕的光線的虛擬光學(xué)中心都不一樣，因此可以生成類似于多個(gè)投影儀系統(tǒng)生成的多視場(chǎng)三維圖像顯示，并且具有兩個(gè)不同方向的運(yùn)動(dòng)視差，只需單個(gè)光源即可實(shí)現(xiàn)三維顯示，校準(zhǔn)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。真三維圖像顯示方法的實(shí)施例2參考圖12，本實(shí)用新型提供的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例2與實(shí)施例1基本相同，在實(shí)施例2中，本實(shí)用新型的真三維圖像顯示方法包括光束偏轉(zhuǎn)步驟S201，光束處理步驟S203、成像步驟S204與實(shí)施例1基本相同，與實(shí)施例1的區(qū)別在于，在光束偏轉(zhuǎn)步驟S201與光束處理步驟S203之間還包括:光束調(diào)整步驟S202:二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的照明光束經(jīng)光束調(diào)整元件將偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整后的照明光束投射到數(shù)字光處理裝置。上述步驟可對(duì)照明光束的偏轉(zhuǎn)量進(jìn)行放大。真三維圖像顯示方法的實(shí)施例3參考圖13，本實(shí)用新型的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例3與實(shí)施例2基本相同，在實(shí)施例3中，本實(shí)用新型真三維圖像顯示方法包括圖光束偏轉(zhuǎn)步驟S301、光束調(diào)整步驟S302、光束處理步驟S303、成像步驟S305，與實(shí)施例2基本相同，區(qū)別在于，在光束處理步驟S303和成像步驟S305之間還包括:投射角度調(diào)整步驟S304:投射角度調(diào)整裝置將數(shù)字光處理裝置反射出的圖像光束在兩個(gè)不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)投射角度進(jìn)行調(diào)整，將調(diào)整后的圖像光束投射到成像裝置對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域。通過(guò)投射角度調(diào)整步驟S304，可以放大反射角的角度，得到較大的視場(chǎng)范圍。當(dāng)前的雙目立體眼鏡技術(shù)、平行遮擋光柵技術(shù)、柱面鏡技術(shù)以及集成顯示技術(shù)都存在著各種缺陷，比如顯示尺寸不大，視場(chǎng)數(shù)量少、分辨率低、亮度低、清晰度不足等。而多投影儀的光場(chǎng)真三維顯示系統(tǒng)雖然有獲得大視場(chǎng)的潛質(zhì)，但其存在著多個(gè)投影儀之間校準(zhǔn)困難以及價(jià)格昂貴等固有缺陷，與之對(duì)應(yīng)，本實(shí)用新型提出的真三維顯示系統(tǒng)以及真三維顯示方法具有一種或多種獨(dú)具的優(yōu)點(diǎn):1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可只用單臺(tái)投影裝置例如高速投影儀；2、高清分辨率，每一視場(chǎng)的圖像均為高清圖像；3、低成本，只用單臺(tái)投影裝置以及廉價(jià)的光學(xué)組件，其成本大大低于多投影儀；4、視場(chǎng)個(gè)數(shù)可達(dá)數(shù)百個(gè)，有效地提高了三維顯示質(zhì)量而不增加系統(tǒng)成本；5、高亮度，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多投影儀投影的效果而不損失亮度；6、校準(zhǔn)方便，傳統(tǒng)多投影儀系統(tǒng)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是難以校準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)方案克服了這一缺陷；7、顯示屏幕尺寸可靈活調(diào)整，便于不用的應(yīng)用需求；8、本實(shí)用新型的真三維圖像顯示系統(tǒng)及顯示方法可應(yīng)用正投影或背投影方式進(jìn)行顯示均可；9、可以實(shí)現(xiàn)全真彩色三維顯示，采用RGB三色光源，分別投射紅、綠、藍(lán)三原色(或其他可以生成逼真顏色的色彩組合)，合成后的顯示器便可產(chǎn)生全真彩色真三維顯示；10、在三維顯示空間的數(shù)據(jù)表達(dá)模式、彩色三維數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與數(shù)據(jù)生成技術(shù)、三維顯示數(shù)據(jù)的高速傳輸和顯示技術(shù)三維圖像顯示空間和顯示分辨率的按比例擴(kuò)展性等方面具有簡(jiǎn)單快捷的明顯優(yōu)勢(shì)。11、可以產(chǎn)生水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)視差，觀察者可以從任何一個(gè)角度觀看到真三維顯示。雖然已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明了本實(shí)用新型及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。而且，本申請(qǐng)的范圍不僅限于說(shuō)明書(shū)所描述的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本實(shí)用新型的公開(kāi)內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本實(shí)用新型可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來(lái)要被開(kāi)發(fā)的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
權(quán)利要求1.一種真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括: 光源，用于生成照明光束； 二維聲光調(diào)制器，用于使所述照明光束產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)； 顯示屏幕； 成像裝置，具有對(duì)應(yīng)于多個(gè)視場(chǎng)的多個(gè)成像區(qū)域，所述成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域用于接收對(duì)應(yīng)的圖像光束并從不同的角度將接收的圖像光束成像到所述顯示屏幕； 數(shù)字光處理裝置，用于接收經(jīng)二維聲光調(diào)制器偏轉(zhuǎn)后的照明光束并對(duì)所述照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，將所述圖像光束反射到成像裝置的成像區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，還包括光束調(diào)整元件，用于將經(jīng)二維聲光調(diào)制器偏轉(zhuǎn)后的照明光束在兩個(gè)不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整后的照明光束投射到數(shù)字光處理裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)字光處理裝置包括多個(gè)微鏡片組成的陣列，所述多個(gè)微鏡片用于對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，并在數(shù)字信號(hào)的控制下以預(yù)設(shè)頻率發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以將所述圖像光束反射到成像裝置的成像區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，還包括投射角度調(diào)整裝置，用于對(duì)所述數(shù)字光處理裝置反射出的圖像光束在兩個(gè)不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)圖像光束向成像裝置的投射角度進(jìn)行調(diào)整以使所述圖像光束投射到所述成像裝置對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述成像裝置包括多個(gè)反射鏡，所述反射鏡的反射面對(duì)應(yīng)地形成所述成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域，所述成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域從不同角度接收的圖像光束反射到所述顯示屏幕上進(jìn)行顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述成像裝置為投影鏡頭陣列，包括投影鏡頭或透鏡組合，所述投影鏡頭或透鏡組合為所述成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域，所述投影鏡頭或透鏡組合用于將接收到的圖像光束投射至所述顯示屏幕進(jìn)行顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置于顯示屏幕與成像裝置之間的分段投影鏡頭陣列，用于將成像裝置的對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域所接收的圖像光束投射到顯示屏幕上進(jìn)行顯示。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述光源包括:紅色激光光源、藍(lán)色激光光源和綠色激光光源，所述真三維顯示系統(tǒng)還包括分光器組件，所述紅色激光光源、藍(lán)色激光光源和綠色激光光源與所述分光器組件之間還分別設(shè)有二維紅色聲光調(diào)制器、二維藍(lán)色聲光調(diào)制器以及二維綠色聲光調(diào)制器，所述紅色激光光源發(fā)出的紅色光、藍(lán)色激光光源發(fā)出的藍(lán)色光以及綠色激光光源發(fā)出的綠色光分別經(jīng)過(guò)所述二維紅色聲光調(diào)制器、二維藍(lán)色聲光調(diào)制器以及二維綠色聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)過(guò)所述分光器組件合成組合光投射至數(shù)字光處理裝置。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種真三維圖像顯示系統(tǒng)，光源生成照明光束；二維聲光調(diào)制器使照明光束產(chǎn)生兩個(gè)不同方向的偏轉(zhuǎn)；數(shù)字光處理裝置接收經(jīng)二維聲光調(diào)制器偏轉(zhuǎn)后的照明光束并對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，成像裝置的多個(gè)成像區(qū)域接收對(duì)應(yīng)的圖像光束并從不同的角度將接收的圖像光束成像到顯示屏幕，由于投射到顯示屏幕的光線的虛擬光學(xué)中心都不一樣，因此可以生成類似于多個(gè)投影儀系統(tǒng)生成的多視場(chǎng)三維圖像顯示，并且具有兩個(gè)不同方向的運(yùn)動(dòng)視差，只需單個(gè)光源即可實(shí)現(xiàn)三維顯示，校準(zhǔn)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)G03B35/18GK202975583SQ20122051497
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者耿征 申請(qǐng)人:耿征