真三維圖像顯示系統(tǒng)及真三維圖像顯示方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種真三維圖像顯示系統(tǒng)及真三維圖像顯示方法。該系統(tǒng)包括：至少一個圖像源，生成K個視場圖像光束；光學(xué)壓縮裝置，對各視場圖像光束進(jìn)行壓縮形成H套壓縮圖像光束，每套壓縮圖像光束包括K列圖像光束，每套壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別為K個視場圖像光束的相同列圖像光束；成像屏幕，具有H個區(qū)域，每個區(qū)域?qū)?yīng)接收一套壓縮圖像光束；光學(xué)器件，包括H個成像單元，每個成像單元對應(yīng)地將投射至成像屏幕的各區(qū)域中的壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別射向K個視場中；光學(xué)掃描裝置，將H套壓縮圖像光束中的圖像光束分別導(dǎo)引至成像屏幕的H個區(qū)域中，K、H均為不小于1的整數(shù)。本發(fā)明具有成本低、校準(zhǔn)難度低、圖像清晰的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】真三維圖像顯示系統(tǒng)及真三維圖像顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及圖像顯示技術(shù)，尤其涉及一種真三維圖像顯示系統(tǒng)以及真三維圖像顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂“真三維顯示”是指被顯示的三維物體之間的相對位置關(guān)系也被真實(shí)地體現(xiàn)，構(gòu)成真正意義上的三維空間圖像，具有真實(shí)物理深度和圖像質(zhì)量的表面特性，觀察者不需要任何輔助設(shè)備就可以從多個方向任意觀察被顯示物體，感知最真實(shí)、完整的三維信息。真三維顯示技術(shù)從根本上更新了圖像顯示的概念，使顯示的圖像栩栩如生，向觀看者提供了完備的心理和生理上的三維感知信息，為理解三維圖像和其中物體之間的空間關(guān)系提供了獨(dú)特的手段。
[0003]光場是描述物體在某一區(qū)域發(fā)光特性的一個函數(shù)。一般說來，光場函數(shù)G(x, y, Z, a, b, t),其為六維函數(shù)，其中(x, y, z)描述發(fā)光點(diǎn)三維位置，(a, b)描述發(fā)光方向，t是時間。如果考慮到光線的各種特性(比如極性，相位等)，光場函數(shù)還會更為復(fù)雜。從光場理論出發(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，從而使觀察者得到與看到真實(shí)物體相似的三維感知。
[0004]參考圖12，由于真實(shí)物體產(chǎn)生的光場函數(shù)是空間和角度的連續(xù)函數(shù)，如果用多個視場(multiview)來模擬，則需要無限個數(shù)的視場。無限個數(shù)的視場無法進(jìn)行工程實(shí)現(xiàn)。光場三維顯示系統(tǒng)的工作原理是，用有限個視場(如視場a-Ι)來近似連續(xù)分布的光場。由于人眼對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說，無需重構(gòu)連續(xù)分布的光場函數(shù)。對連續(xù)分布的光場函數(shù)分別沿空間、角度和時間軸進(jìn)行離散采樣，用有限個數(shù)的視場來模擬光場函數(shù)，是光場三維顯不技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)。
[0005]參考圖13，圖13為一種現(xiàn)有的采用多個投影儀來產(chǎn)生三維顯示效果的系統(tǒng)示意圖。每個投影儀131對應(yīng)每個視場產(chǎn)生相應(yīng)的圖像并投射在光學(xué)器件132上。根據(jù)光學(xué)器件的特性，在水平方向上，光線被聚焦到反射散射屏(即平板顯示屏幕)133上，然后向?qū)?yīng)的投影儀131的方向反射回去。實(shí)際上光線透過光學(xué)器件兩次，第一次光學(xué)器件將光線聚焦在反射散射屏133上，第二次光學(xué)器件則將光線原路反射回去。這樣，觀察者在不同的水平視場就可以看到不同的投影儀投射出的圖像。如果這些投影儀分別投射出三維物體相應(yīng)于該視場的圖像，觀察者便可以獲得三維顯示的視覺效果，到達(dá)真三維顯示的目的。
[0006]圖13所示的系統(tǒng)采用多個投影儀，可以保留每個視場的分辨率，無需被視場個數(shù)來進(jìn)行分割。然而這種技術(shù)也有其缺點(diǎn):
[0007]其一，各個視場的投影圖像很容易交叉干擾，致使圖像模糊；
[0008]其二，對應(yīng)每個視場都設(shè)置投影儀，成本較高；
[0009]其三，這種系統(tǒng)要求各投影儀的圖像都準(zhǔn)確校準(zhǔn)，難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0011]本發(fā)明的一個主要目的在于提供一種成本較低、校準(zhǔn)難度低、圖像清晰的真三維圖像顯示系統(tǒng)及真三維圖像顯示方法。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種真三維圖像顯示系統(tǒng)，包括:
[0013]至少一個圖像源，用于以預(yù)設(shè)的時序生成分別對應(yīng)于K個視場的K個視場圖像光束；
[0014]光學(xué)壓縮裝置，設(shè)置于圖像源的出射光路上，用于對各視場圖像光束進(jìn)行壓縮以形成H套壓縮圖像光束，每套壓縮圖像光束包括K列圖像光束，每套壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別為K個視場圖像光束的相同列圖像光束；
[0015]成像屏幕，具有H個區(qū)域，每個區(qū)域用于對應(yīng)接收一套壓縮圖像光束；
[0016]光學(xué)器件，設(shè)置于成像屏幕遠(yuǎn)離光學(xué)掃描裝置的一面，光學(xué)器件包括H個成像單元，H個成像單元分別對應(yīng)成像屏幕的H個區(qū)域，光學(xué)器件的每個成像單元用于對應(yīng)地將投射至成像屏幕的各區(qū)域中的壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別射向K個視場中；
[0017]光學(xué)掃描裝置，設(shè)置于光學(xué)壓縮裝置的出射光路上，用于將H套壓縮圖像光束中的圖像光束按預(yù)設(shè)的時序分別導(dǎo)引至成像屏幕的H個區(qū)域中，
[0018]其中，K、H均為不小于I的整數(shù)。
[0019]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種真三維圖像顯示方法，利用上述的真三維圖像顯示系統(tǒng)進(jìn)行真三維圖像的顯示，該方法包括:
[0020]圖像生成步驟:圖像源按照預(yù)設(shè)的時序生成分別對應(yīng)于K個視場的K個視場圖像光束；
[0021]光學(xué)壓縮步驟:光學(xué)壓縮裝置對各視場圖像光束進(jìn)行壓縮以形成H套壓縮圖像光束，每套壓縮圖像光束包括K列圖像光束，每套壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別為K個視場圖像光束的相同列圖像光束；
[0022]光學(xué)掃描步驟:光學(xué)掃描裝置將H套壓縮圖像光束中的圖像光束按預(yù)設(shè)的時序分別導(dǎo)引至成像屏幕的H個區(qū)域中；
[0023]光束投射步驟:光學(xué)器件的H個成像單元對應(yīng)地將投射至成像屏幕的H個區(qū)域中的壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別射向K個視場中；
[0024]其中，K、H均為不小于I的整數(shù)。
[0025]本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)及方法采用可以按照預(yù)設(shè)時序生成對應(yīng)于多個視場的圖像光束的圖像源，相較對應(yīng)每個視場都設(shè)置投影儀的技術(shù)，具有成本低和校準(zhǔn)難度低的優(yōu)點(diǎn)，圖像源可按照時序分時投射視場圖像光束，經(jīng)過光學(xué)壓縮裝置壓縮形成壓縮圖像光束，壓縮圖像光束中具有對應(yīng)K個視場的圖像光束，各壓縮圖像光束經(jīng)光學(xué)掃描裝置掃描至成像屏幕對應(yīng)的區(qū)域中，光學(xué)器件的成像單元可對應(yīng)地將各壓縮圖像光束中的K列圖像光束投射至對應(yīng)的視場中，進(jìn)而使處于各視場中的觀察者可觀察到真三維圖像，避免了多個視場圖像交叉干擾、圖像模糊的問題，還避免了由于視場數(shù)量的限制而帶來的亮度低的問題，僅通過至少一個圖像源來生成多視場圖像，避免了采用多個投影儀帶來的校準(zhǔn)困難的問題，并且能達(dá)到采用多個投影儀的顯示效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]參照下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例的說明，會更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。
[0027]圖1a和圖1b為本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2對各視場圖像光束進(jìn)行壓縮的示意圖。
[0029]圖3為本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4為本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖5為本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖6a為圖像源在觸發(fā)時間投射圖像光束的示意圖。
[0033]圖6b為本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例5中，對圖像源連續(xù)投射的視場圖像光束進(jìn)行組合的示意圖。
[0034]圖7為本發(fā)明的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例1的流程圖。
[0035]圖8為本發(fā)明的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例2的流程圖。
[0036]圖9為本發(fā)明的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例3的流程圖。
[0037]圖10為本發(fā)明的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例4的流程圖。
[0038]圖11為本發(fā)明的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例5的流程圖。
[0039]圖12為現(xiàn)有技術(shù)中以有限個視場來近似連續(xù)分布的光場的示意圖。
[0040]圖13為現(xiàn)有技術(shù)中采用多個投影儀產(chǎn)生三維顯示效果的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(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。
[0042]本發(fā)明提供了一種真三維圖像顯示系統(tǒng)，包括:
[0043]至少一個圖像源，用于以預(yù)設(shè)的時序生成分別對應(yīng)于K個視場的K個視場圖像光束；
[0044]光學(xué)壓縮裝置，設(shè)置于圖像源的出射光路上，用于對各視場圖像光束進(jìn)行壓縮以形成H套壓縮圖像光束，每套壓縮圖像光束包括K列圖像光束，每套壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別為K個視場圖像光束的相同列圖像光束；
[0045]成像屏幕，具有H個區(qū)域，每個區(qū)域用于對應(yīng)接收一套壓縮圖像光束；
[0046]光學(xué)器件，設(shè)置于成像屏幕遠(yuǎn)離光學(xué)掃描裝置的一面，光學(xué)器件包括H個成像單元，H個成像單元分別對應(yīng)成像屏幕的H個區(qū)域，光學(xué)器件的每個成像單元用于對應(yīng)地將投射至成像屏幕的各區(qū)域中的壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別射向K個視場中；
[0047]光學(xué)掃描裝置，設(shè)置于光學(xué)壓縮裝置的出射光路上，用于將H套壓縮圖像光束中的圖像光束按預(yù)設(shè)的時序分別導(dǎo)引至成像屏幕的H個區(qū)域中，[0048]其中，K、H均為不小于I的整數(shù)。
[0049]可選地，圖像源包括光束處理器，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的時序?qū)θ我獾倪B續(xù)兩個視場圖像光束進(jìn)行組合處理。
[0050]可選地，光學(xué)器件為柱面鏡陣列，柱面鏡陣列包括多個柱面鏡，各柱面鏡作為光學(xué)器件的各成像單元。
[0051]可選地，光學(xué)器件為光柵，光柵的各柵孔作為光學(xué)器件的各成像單元。
[0052]可選地，各光學(xué)壓縮裝置包括折射鏡組件、反射鏡組件或衍射元件組件。
[0053]可選地，還包括反射裝置，反射裝置包括H個反射光學(xué)單元，H個反射光學(xué)單元用于對應(yīng)接收H套壓縮圖像光束，并對應(yīng)地將H套壓縮圖像光束中的K列圖像光束反射至成像屏幕的H個區(qū)域中。
[0054]可選地，，還包括投射角度調(diào)整裝置，設(shè)置于所述光學(xué)掃描裝置的出射光路和所述反射裝置的入射光路之間，用于對所述光學(xué)掃描裝置輸出的各圖像光束向所述反射裝置的投射角度進(jìn)行調(diào)整以使各所述圖像光束對應(yīng)地投射到所述反射裝置的H個反射光學(xué)單元。
[0055]可選地，還包括設(shè)置于反射裝置和成像屏幕之間的分段投影鏡頭組，分段投影鏡頭組包括H個投影鏡頭，H個投影鏡頭用于對應(yīng)將反射裝置的H個反射光學(xué)單元反射的圖像光束透射至成像屏幕的H個區(qū)域。
[0056]真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例1
[0057]參考圖la，在實(shí)施例1中，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例1包括圖像源010a、光學(xué)壓縮裝置011a、光學(xué)掃描裝置012a、成像屏幕013a及柱面鏡陣列014a。光學(xué)壓縮裝置Olla設(shè)置在圖像源OlOa的出射光路上，光學(xué)掃描裝置012a設(shè)置在光學(xué)壓縮裝置Olla的出射光路上，成像屏幕013a可設(shè)置在光學(xué)掃描裝置的出射光路上。成像屏幕013可具有透光性，柱面鏡陣列014a可設(shè)置在成像屏幕013a遠(yuǎn)離光學(xué)掃描裝置012a的一面。
[0058]參考圖lb，圖1b中的真三維圖像顯示系統(tǒng)包括圖像源010b、光學(xué)壓縮裝置011b、光學(xué)掃描裝置012b、成像屏幕013b及柱面鏡陣列014b。
[0059]圖像源OlOa和OlOb可為，例如高速投影引擎，該高速投影引擎用以以預(yù)設(shè)的時序高速生成對應(yīng)于K個視場的視場圖像光束，例如，可每秒生成數(shù)萬個圖像光束。圖像源010的數(shù)量可為一個或多個。
[0060]成像屏幕013a和013b包括H個區(qū)域，如圖1a所示的區(qū)域R。
[0061]本實(shí)施例中，柱面鏡陣列014a和014b作為本發(fā)明的光學(xué)器件，包括H個柱面鏡，該H個柱面鏡作為光學(xué)器件的H個成像單元，分別與成像屏幕的H個區(qū)域?qū)?yīng)。如圖1a所示，H的數(shù)值為1，也就是說，壓縮圖像光束覆蓋光學(xué)器件的一個成像單元。如圖1b所示，H的數(shù)值為2，也就是說，壓縮圖像光束覆蓋光學(xué)器件的兩個成像單元。
[0062]本實(shí)施例中的光學(xué)掃描裝置012a和012b可為，例如，旋轉(zhuǎn)掃描反射鏡，具體地，可為旋轉(zhuǎn)多面棱鏡或往復(fù)振鏡。
[0063]工作時，光學(xué)壓縮裝置(OI Ia或OI Ib )對圖像源(O IOa或O IOb )所生成的視場圖像光束進(jìn)行壓縮以形成H套壓縮圖像光束，每套壓縮圖像光束包括K列圖像光束。
[0064]參考圖2，每套壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別為K個視場圖像光束的相同列圖像光束。例如:
[0065]第一套壓縮圖像光束依次包括:第一個視場(#1)圖像光束的第一列、第二個視場(#2)圖像光束的第一列……第K個視場(#3)圖像光束的第一列；第二套壓縮圖像光束依次包括第一個視場圖像光束的第二列、第二個視場圖像光束的第二列……第K個視場圖像光束的第二列；以此類推。
[0066]本實(shí)施例中，光學(xué)壓縮裝置(013a或013b)輸出的圖像光束覆蓋光學(xué)器件的H個成像單元，即H個柱面鏡，因此光學(xué)壓縮裝置輸出的圖像光束為所有視場圖像光束的第i列至第(i+Η-Ι)列像素的集合。
[0067]本實(shí)施例中，光學(xué)壓縮裝置(Olla或Ollb)可包括折射鏡組件，如圖1a中的凸透鏡和凹透鏡組成的折射鏡組件。光學(xué)壓縮裝置也可包括其它光學(xué)組件，例如反射鏡組件或衍射元件組件，只要能對光束進(jìn)行壓縮即可。
[0068]光學(xué)壓縮裝置輸出的H套壓縮圖像光束可按照上述預(yù)設(shè)的時序投射在旋轉(zhuǎn)掃描反射鏡上，旋轉(zhuǎn)掃描反射鏡通過自身的旋轉(zhuǎn)依次到達(dá)處于與成像屏幕(013a或013b)的H個區(qū)域?qū)?yīng)的位置，投射到成像屏幕各個區(qū)域中的K列圖像光束經(jīng)對應(yīng)的柱面鏡折射至對應(yīng)的視場(#l_#k)中，處于各視場中的觀眾即可觀察到對應(yīng)該視場的三維圖像的第一列至第K列。
[0069]本實(shí)施例中，H、K均為不小于I的整數(shù)。
[0070]本實(shí)施例中，圖像源可按照預(yù)設(shè)時序生成多個視場圖像光束，多個視場圖像光束被壓縮為多列圖像光束，各視場圖像光束的對應(yīng)列可組合為壓縮圖像光束，通過光學(xué)壓縮裝置將各套壓縮圖像光束掃描至成像屏幕的對應(yīng)區(qū)域，則各套壓縮圖像中的對應(yīng)列的圖像光束可經(jīng)光學(xué)器件對應(yīng)的成像單元投射至不同的視場中，處于各視場中的觀察者可觀察到由各列圖像光束重新組合的視場圖像光束，達(dá)到真三維圖像顯示的目的。相較傳統(tǒng)的采用多投影儀的顯示系統(tǒng)，不會產(chǎn)生多個視場圖像光束交叉干擾帶來的圖像模糊的問題。投影到成像屏幕的每個區(qū)域中的圖像均為高清晰度圖像，因此每個視場圖像都具有與高清二維顯示圖像相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量。本實(shí)施例的真三維圖像顯示系統(tǒng)還避免了由于視場數(shù)量的限制而帶來的亮度低的問題；僅通過至少一個圖像源來生成多視場圖像，避免了采用多個投影儀帶來的校準(zhǔn)困難的問題，并且能達(dá)到采用多個投影儀的顯示效果。
[0071]真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例2
[0072]參考圖3，在實(shí)施例2中，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例2包括圖像源
030、光學(xué)壓縮裝置021、光學(xué)掃描裝置022、成像屏幕023及光柵024。本發(fā)明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的對應(yīng)部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系基本相同，區(qū)別僅在于:
[0073]本實(shí)施例使用光柵024作為光學(xué)器件，光柵024的H個柵孔作為你光學(xué)器件的H個成像單元。投射到成像屏幕023各個區(qū)域中的K列圖像光束經(jīng)對應(yīng)的柵孔衍射至對應(yīng)的視場(#l_#k)中，使處于各視場中的觀察者獲得三維顯示的感知。
[0074]真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例3
[0075]參考圖4，在實(shí)施例3中，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例3包括圖像源040、光學(xué)壓縮裝置041、光學(xué)掃描裝置042、成像屏幕043，還可包括光學(xué)器件(圖中未示出)。本發(fā)明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或2的對應(yīng)部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系基本相同，區(qū)別僅在于:
[0076]本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例3還包括反射裝置045，反射裝置045可為例如曲面反射鏡。反射裝置045可設(shè)置在光學(xué)掃描裝置042的出射光路和成像屏幕043的入射光路之間。反射裝置包括H個反射光學(xué)單元，光學(xué)掃描裝置042將光學(xué)壓縮裝置生成的H套壓縮圖像光束導(dǎo)引至反射裝置的該H個反射光學(xué)單元中，該H個反射光學(xué)單元對應(yīng)地將接收的H套壓縮圖像光束中的K列圖像光束反射至成像屏幕的H個區(qū)域?？捎晒鈱W(xué)器件的H個成像單元將對應(yīng)區(qū)域中的K列圖像光束投射到對應(yīng)的視場(#l_#k)中。
[0077]本實(shí)施例采用反射裝置向成像屏幕反射圖像光束，由于反射裝置各反射光學(xué)單元向成像屏幕投射的圖像光束具有不同的光學(xué)中心或轉(zhuǎn)換為平行光，可以在成像屏幕043上顯示對應(yīng)不同視場的圖像光束，因此可生成類似于多投影儀系統(tǒng)所生成的多角度投影效果O
[0078]可選地，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例3還可包括投射角度調(diào)整裝置046，用于對光學(xué)掃描裝置042輸出的各圖像光束的投射角度進(jìn)行調(diào)整以使各圖像光束對應(yīng)地投射到反射裝置045的H個反射光學(xué)單元，進(jìn)而投射到成像屏幕043的H個區(qū)域。該投射角度調(diào)整裝置可設(shè)置在光學(xué)掃描裝置042的出射光路和反射裝置045的入射光路之間。
[0079]通過調(diào)整光學(xué)掃描裝置042投射圖像光束的角度，可以將各套壓縮圖像光束中的K列圖像光束準(zhǔn)確地投射到成像屏幕043對應(yīng)的區(qū)域中，可在控制成本、提高顯示亮度、降低校準(zhǔn)難度的基礎(chǔ)上獲得需要的視場范圍。
[0080]真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例4
[0081]參考圖5，在實(shí)施例4中，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例4包括圖像源050、光學(xué)壓縮裝置051、光學(xué)掃描裝置052、成像屏幕053、反射裝置055、還可包括光學(xué)器件(圖中未示出)和投射角度調(diào)整裝置056。本發(fā)明真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例4中的各部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系與實(shí)施例3的對應(yīng)部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系基本相同，區(qū)別在于:
[0082]真三維圖像顯示系統(tǒng)還包括設(shè)置于該反射裝置055和成像屏幕053之間的分段投影鏡頭組057，該分段投影鏡頭組057可包括對應(yīng)于成像屏幕053的H個區(qū)域的H個投影鏡頭0570，各投影鏡頭0570用于將反射裝置055的對應(yīng)的反射光學(xué)單元輸出的圖像光束透射至成像屏幕053的對應(yīng)的區(qū)域中。
[0083]本實(shí)施例采用分段投影鏡頭組可避免使用大尺寸投影鏡頭，因此可降低成本和系統(tǒng)尺寸。
[0084]真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例5
[0085]如圖6a所示，由于投影裝置是按照預(yù)設(shè)的時序生成對應(yīng)于多個視場的圖像光束的，所生成的圖像光束被依次壓縮和掃描，可能出現(xiàn)這樣的情況，例如，當(dāng)光學(xué)掃描裝置(例如旋轉(zhuǎn)掃描儀)處于與光學(xué)器件的各成像單元對應(yīng)的位置的瞬間(觸發(fā)時間)，圖像源(例如高速投影引擎)才投射對應(yīng)的圖像光束。此種情況下，可能由于光學(xué)掃描裝置的連續(xù)勻速運(yùn)動(例如旋轉(zhuǎn)掃描儀連續(xù)旋轉(zhuǎn))，觸發(fā)時間極為有限，使得對應(yīng)每個視場的圖像光束的曝光時間極為短暫，最終顯示在成像屏幕上的時間也極為短暫，人眼的視覺效應(yīng)無法根據(jù)時間積累達(dá)到足夠的亮度。另外的一個問題是，圖像源只在短暫的觸發(fā)時間才工作，當(dāng)圖像源使用例如可每秒生成數(shù)萬幅高清圖像的高速投影引擎時，就造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。
[0086]參考圖6b，基于上述問題，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例6與實(shí)施例1、
2、3、4或5的區(qū)別在于，還提供了光束處理器(圖中未示出)，光束處理器可設(shè)置在圖像源中，根據(jù)該預(yù)設(shè)的時序?qū)?yīng)于相鄰兩個視場(如視場#1和視場#2)的圖像光束進(jìn)行組合處理，以生成如圖6b所示的“滑動窗口”圖像，比如當(dāng)光學(xué)掃描裝置處于對應(yīng)于兩相鄰的柱面鏡之間的位置時(即在兩個觸發(fā)時間之間)，投影裝置也可以連續(xù)投射視場圖像光束，每兩個連續(xù)的視場圖像光束經(jīng)光束處理器進(jìn)行組合后輸出至光學(xué)壓縮裝置進(jìn)行壓縮，使得在兩個觸發(fā)時間之間，成像屏幕上的各區(qū)域能夠接收到所有視場圖像光束的對應(yīng)列。如圖6b所示，以相鄰的視場#1和視場#2為例，光束處理器對任意兩個連續(xù)的視場圖像光束進(jìn)行組合，是指一幅圖像光束包括對應(yīng)于視場#1的視場圖像光束的一部分以及對應(yīng)于視場#2的視場圖像光束的一部分。
[0087]本實(shí)施例中，根據(jù)該預(yù)設(shè)的時序是指，例如，時間從第一觸發(fā)時間tl逐漸到達(dá)第二觸發(fā)時間t2的過程中,在組合的圖像光束中，對應(yīng)于視場#1的圖像光束逐漸變少,而對應(yīng)于視場#2的圖像光束逐漸變多，直至到達(dá)第二觸發(fā)時間t2時，投射在成像屏幕上的光束全部為對應(yīng)于視場#2的圖像光束。
[0088]通過設(shè)置光束處理器對圖像光束進(jìn)行組合處理，不僅使圖像源可以連續(xù)不停地工作，避免了資源浪費(fèi)，而且由于對應(yīng)每個視場的圖像的累積曝光時間大為增加，可大大提高三維圖像在成像屏幕上的亮度。
[0089]本發(fā)明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，包括:
[0090]圖像生成步驟:圖像源按照預(yù)設(shè)的時序生成分別對應(yīng)于K個視場的K個視場圖像光束；
[0091]光學(xué)壓縮步驟:光學(xué)壓縮裝置對各視場圖像光束進(jìn)行壓縮以形成H套壓縮圖像光束，每套壓縮圖像光束包括K列圖像光束，每套壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別為K個視場圖像光束的相同列圖像光束；
[0092]光學(xué)掃描步驟:光學(xué)掃描裝置將H套壓縮圖像光束中的圖像光束按預(yù)設(shè)的時序分別導(dǎo)引至成像屏幕的H個區(qū)域中，
[0093]光束投射步驟:光學(xué)器件的H個成像單元對應(yīng)地將投射至成像屏幕的H個區(qū)域中的壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別射向K個視場中，
[0094]其中，K、H均為不小于I的整數(shù)。
[0095]可選地，在圖像生成步驟和光學(xué)壓縮步驟之間還包括:組合步驟:根據(jù)預(yù)設(shè)的時序?qū)θ我獾倪B續(xù)兩個視場圖像光束進(jìn)行組合處理。
[0096]可選地，光學(xué)掃描步驟和光束投射步驟之間還包括:反射步驟:將H套壓縮圖像光束中的K列圖像光束反射至成像屏幕的H個區(qū)域中。
[0097]可選地，光學(xué)掃描步驟和反射步驟之間還包括:投射角度調(diào)整步驟:對光學(xué)掃描裝置輸出的各圖像光束的投射角度進(jìn)行調(diào)整。
[0098]可選地，反射步驟和光束投射步驟之間還包括:透射步驟:通過包括H個投影鏡頭的分段投影鏡頭組對應(yīng)地將反射的H套圖像光束透射至成像屏幕的H個區(qū)域。
[0099]真三維圖像顯示方法的實(shí)施例1
[0100]參考圖7，本發(fā)明還公開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:
[0101]圖像生成步驟S071:圖像源按照預(yù)設(shè)的時序生成分別對應(yīng)于K個視場的K個視場圖像光束。本步驟中，可通過高速投影引擎以預(yù)設(shè)的時序循環(huán)高速生成K個視場圖像光束，例如,可每秒生成數(shù)萬個視場圖像光束。該預(yù)設(shè)的時序可為,例如,生成視場圖像光束的先后順序和時間間隔。
[0102]光學(xué)壓縮步驟S073:光學(xué)壓縮裝置對各視場圖像光束進(jìn)行壓縮以形成H套壓縮圖像光束，每套壓縮圖像光束包括K列圖像光束，每套壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別為上述K個視場圖像光束的相同列圖像光束。
[0103]光學(xué)掃描步驟S075:光學(xué)掃描裝置將H套壓縮圖像光束中的圖像光束按該預(yù)設(shè)的時序分別導(dǎo)引至成像屏幕的H個區(qū)域中。例如，可首先將第一套壓縮圖像光束中的第一列至第K列依次掃描至第一區(qū)域，再將第二套壓縮圖像光束中的第一列至第K列依次掃描至第二區(qū)域，以此類推。本步驟可通過例如旋轉(zhuǎn)掃描反射鏡、旋轉(zhuǎn)多面棱鏡或往復(fù)振鏡的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。
[0104]光束投射步驟S079:光學(xué)器件的H個成像單元對應(yīng)地將投射至成像屏幕的H個區(qū)域中的壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別射向K個視場中。例如，第一個柱面鏡將第一套壓縮圖像光束中的第一列投射到視場#1、第二列投射到視場#2……第二個柱面鏡將第二套壓縮圖像光束中的第一列投射到視場#1、第二列投射到視場#2……以此類推。
[0105]本實(shí)施例中，K、H均為不小于I的整數(shù)。
[0106]本實(shí)施例提供的真三維圖像顯示方法可僅通過圖像源來生成多個視場圖像光束，多個視場圖像光束被壓縮為多列圖像光束，各視場圖像光束的對應(yīng)列可組合為壓縮圖像光束，通過將各套壓縮圖像光束掃描至成像屏幕的對應(yīng)區(qū)域，則各套壓縮圖像中的對應(yīng)列的圖像光束可經(jīng)光學(xué)器件對應(yīng)的成像單元投射至不同的視場中，處于各視場中的觀察者可觀察到由各列圖像光束重新組合的視場圖像光束，達(dá)到真三維圖像顯示的目的。相較傳統(tǒng)的采用多投影儀的顯示系統(tǒng)，不會產(chǎn)生多個視場圖像光束交叉干擾帶來的圖像模糊的問題。投影到成像屏幕的每個區(qū)域中的圖像均為高清晰度圖像，因此每個視場圖像都具有與高清二維顯示圖像相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量。本實(shí)施例的真三維圖像顯示系統(tǒng)還避免了由于視場數(shù)量的限制而帶來的亮度低的問題。
[0107]真三維圖像顯示方法的實(shí)施例2
[0108]參考圖8，本發(fā)明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，本發(fā)明的真三維圖像顯示方法包括圖像生成步驟S081、光學(xué)壓縮步驟S083、光學(xué)掃描步驟S085以及光束投射步驟S089，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于，在圖像生成步驟S081和光學(xué)壓縮步驟S083之間還包括:
[0109]組合步驟S082:根據(jù)該預(yù)設(shè)的時序?qū)θ我獾倪B續(xù)兩個視場圖像光束進(jìn)行組合處理。
[0110]該連續(xù)兩個視場圖像光束可為，對應(yīng)于例如相鄰的兩個視場的視場圖像光束，本步驟可生成如圖6b所示的“滑動窗口 ”，具體請參照對真三維圖像顯示系統(tǒng)的實(shí)施例5的描述，在此不再贅述。
[0111]通過這種方式，避免了資源浪費(fèi)，而且可大大提高三維圖像在成像屏幕上的亮度。
[0112]真三維圖像顯示方法的實(shí)施例3 [0113]參考圖9，本發(fā)明的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例3與實(shí)施例1或2基本相同，在實(shí)施例3中，本發(fā)明的真三維圖像顯示方法包括圖像生成步驟S091、光學(xué)壓縮步驟S093、光學(xué)掃描步驟S095、光束投射步驟S099，還可包括組合步驟092，其與實(shí)施例1或2的區(qū)別在于，在光學(xué)掃描步驟S095和光束投射步驟S099之間還包括:
[0114]反射步驟S097:通過反射裝置(如圖4中的反射裝置045)的H個反射光學(xué)單元將H套壓縮圖像光束中的K列圖像光束反射至成像屏幕的H個區(qū)域中。
[0115]掃描的光束經(jīng)各反射光學(xué)單兀反射后可具有不同的光學(xué)中心或轉(zhuǎn)換為平行光，可以在成像屏幕上顯示對應(yīng)不同視場的圖像光束，因此可生成類似于多投影儀系統(tǒng)所生成的多角度投影效果。
[0116]真三維圖像顯示方法的實(shí)施例4
[0117]參考圖10，本發(fā)明的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例4與實(shí)施例3基本相同，在實(shí)施例4中，本發(fā)明的真三維圖像顯示方法包括圖像生成步驟S101、光學(xué)壓縮步驟S103、光學(xué)掃描步驟S105、反射步驟S107、光束投射步驟S109，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于，光學(xué)掃描步驟S105和反射步驟S107之間還包括:
[0118]投射角度調(diào)整步驟S106:對光學(xué)掃描裝置輸出的各圖像光束的投射角度進(jìn)行調(diào)整，以使各套壓縮圖像光束對應(yīng)地投射到反射裝置的H個反射光學(xué)單元，進(jìn)而投射到成像屏幕的H個區(qū)域。則在反射步驟S107中，是將調(diào)整投射角度之后的圖像光束反射至成像屏幕的對應(yīng)區(qū)域。
[0119]通過投射角度調(diào)整步驟S106，可以將各套壓縮圖像光束中的K列圖像光束準(zhǔn)確地投射到成像屏幕對應(yīng)的區(qū)域中，可在控制成本、提高顯示亮度、降低校準(zhǔn)難度的基礎(chǔ)上獲得需要的視場范圍。
[0120]真三維圖像顯示方法的實(shí)施例5
[0121]參考圖11，本發(fā)明的真三維圖像顯示方法的實(shí)施例5與實(shí)施例4基本相同，在實(shí)施例5中，本發(fā)明的真三維圖像顯示方法包括圖像生成步驟S111、光學(xué)壓縮步驟S1113、光學(xué)掃描步驟S115、反射步驟S117、光束投射步驟S119，還可包括投射角度調(diào)整步驟，其與實(shí)施例4的區(qū)別在于，反射步驟S117和光束投射步驟S119之間還包括:
[0122]透射步驟S118:通過分段投影鏡頭組的H個投影鏡頭對應(yīng)地將反射步驟S117中反射的H套圖像光束透射至成像屏幕的H個區(qū)域，以使該H套壓縮圖像光束中的K列圖像光束經(jīng)光學(xué)器件對應(yīng)的成像單兀射向K個視場中。
[0123]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、視場數(shù)量少、分辨率低、亮度低、清晰度低不足等。而多投影儀的光場真三維圖像顯示系統(tǒng)雖然有獲得大視場的潛質(zhì)，但其存在著個投影儀間校準(zhǔn)困難以及價格昂貴等固有的缺陷，與之對應(yīng)，本發(fā)明提出的真三維圖像顯示系統(tǒng)及真三維圖像顯示方法具有一種或多種獨(dú)具的優(yōu)點(diǎn):
[0124]1，結(jié)構(gòu)簡單，可只用單臺投影裝置例如高速投影儀；
[0125]2，高清分辨率，每一個視場的圖像均為高清圖像；
[0126]3，低成本，只用單臺投影裝置以及廉價的光學(xué)元件，其成本大大低于多投影儀；
[0127]4，視場個數(shù)可達(dá)數(shù)十個，有效地提高了三維顯示質(zhì)量而不增加系統(tǒng)成本；
[0128]5，高亮度，本設(shè)計實(shí)現(xiàn)多投影儀投影的效果而不損失亮度；
[0129]6，校準(zhǔn)方便，傳統(tǒng)多投影儀系統(tǒng)的一個主要缺點(diǎn)便是難于校準(zhǔn)，本設(shè)計方案克服了這一缺陷；
[0130]7，成像屏幕尺寸可靈活調(diào)整，便于不同的應(yīng)用需求；[0131]8，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生成全真彩色真三維圖像顯示;
[0132]在本發(fā)明的裝置和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)視為本發(fā)明的等效方案。同時，在上面對本發(fā)明具體實(shí)施例的描述中，針對一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。
[0133]應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。
[0134]雖然已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明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，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、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)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此的相應(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)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、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: 至少一個圖像源，用于以預(yù)設(shè)的時序生成分別對應(yīng)于K個視場的K個視場圖像光束； 光學(xué)壓縮裝置，設(shè)置于所述圖像源的出射光路上，用于對各所述視場圖像光束進(jìn)行壓縮以形成H套壓縮圖像光束，每套壓縮圖像光束包括K列圖像光束，每套壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別為所述K個視場圖像光束的相同列圖像光束； 成像屏幕，具有H個區(qū)域，每個區(qū)域用于對應(yīng)接收一套壓縮圖像光束； 光學(xué)器件，設(shè)置于所述成像屏幕遠(yuǎn)離所述光學(xué)掃描裝置的一面，所述光學(xué)器件包括H個成像單元，所述H個成像單元分別對應(yīng)所述成像屏幕的H個區(qū)域，所述光學(xué)器件的每個成像單元用于對應(yīng)地將投射至所述成像屏幕的各區(qū)域中的壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別射向K個視場中； 光學(xué)掃描裝置，設(shè)置于所述光學(xué)壓縮裝置的出射光路上，用于將所述H套壓縮圖像光束中的圖像光束按所述預(yù)設(shè)的時序分別導(dǎo)引至所述成像屏幕的H個區(qū)域中， 其中，所述K、H均為不小于I的整數(shù)。
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，所述圖像源包括光束處理器，用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)的時序?qū)θ我獾倪B續(xù)兩個所述視場圖像光束進(jìn)行組合處理。
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，所述光學(xué)器件為柱面鏡陣列，所述柱面鏡陣列包括多個柱面鏡，各所述柱面鏡作為所述光學(xué)器件的各成像單元。
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，所述光學(xué)器件為光柵，所述光柵的各柵孔作為所述光學(xué)器件的各成像單元。
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，各所述光學(xué)壓縮裝置包括折射鏡組件、反射鏡組件或衍射元件組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，還包括反射裝置，所述反射裝置包括H個反射光學(xué)單元，所述H個反射光學(xué)單元用于對應(yīng)接收所述H套壓縮圖像光束，并對應(yīng)地將所述H套壓縮圖像光束中的K列圖像光束反射至所述成像屏幕的H個區(qū)域中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6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，設(shè)置于所述光學(xué)掃描裝置的出射光路和所述反射裝置的入射光路之間，用于對所述光學(xué)掃描裝置輸出的各圖像光束向所述反射裝置的投射角度進(jìn)行調(diào)整以使各所述圖像光束對應(yīng)地投射到所述反射裝置的H個反射光學(xué)單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置于所述反射裝置和成像屏幕之間的分段投影鏡頭組，所述分段投影鏡頭組包括H個投影鏡頭，所述H個投影鏡頭用于對應(yīng)將所述反射裝置的H個反射光學(xué)單元反射的圖像光束透射至所述成像屏幕的H個區(qū)域。
9.一種真三維圖像顯示方法，利用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的真三維圖像顯示系統(tǒng)進(jìn)行真三維圖像的顯示，其特征在于，所述真三維圖像顯示方法包括: 圖像生成步驟:所述圖像源按照預(yù)設(shè)的時序生成分別對應(yīng)于K個視場的K個視場圖像光束； 光學(xué)壓縮步驟:所述光學(xué)壓縮裝 置對各所述視場圖像光束進(jìn)行壓縮以形成H套壓縮圖像光束，每套壓縮圖像光束包括K列圖像光束，每套壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別為所述K個視場圖像光束的相同列圖像光束； 光學(xué)掃描步驟:所述光學(xué)掃描裝置將所述H套壓縮圖像光束中的圖像光束按所述預(yù)設(shè)的時序分別導(dǎo)引至所述成像屏幕的H個區(qū)域中； 光束投射步驟:所述光學(xué)器件的H個成像單元對應(yīng)地將投射至所述成像屏幕的H個區(qū)域中的壓縮圖像光束中的K列圖像光束分別射向K個視場中； 其中，所述K、H均為不小于1的整數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的真三維圖像顯示方法，其特征在于，在所述圖像生成步驟和光學(xué)壓縮步驟之間還包括: 組合步驟:根據(jù)所述預(yù)設(shè)的時序?qū)θ我獾倪B續(xù)兩個所述視場圖像光束進(jìn)行組合處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的真三維圖像顯示方法，其特征在于，所述光學(xué)掃描步驟和光束投射步驟之間還包括: 反射步驟:將所述H套壓縮圖像光束中的K列圖像光束反射至所述成像屏幕的H個區(qū)域中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的真三維圖像顯示方法，其特征在于，所述光學(xué)掃描步驟和反射步驟之間還包括: 投射角度調(diào)整步驟:對所述光學(xué)掃描裝置輸出的各圖像光束的投射角度進(jìn)行調(diào)整。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的真三維圖像顯示方法，其特征在于，所述反射步驟和光束投射步驟之間還包括: 透射步驟:通過包括H個投影鏡頭的分段投影鏡頭組對應(yīng)地將反射的H套圖像光束透射至所述成像屏幕的H個區(qū)域。
【文檔編號】G03B35/18GK103809364SQ201210443629
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】耿征 申請人:耿征