專利名稱：基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維顯示、三維成像和雙向成像與顯示，特別涉及一種基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科技水平的提高，人們對現(xiàn)有的顯示性能要求越來越高，其中裸眼三維顯示和人機互動是目前現(xiàn)代顯示兩個非常重要的發(fā)展方向。而人機互動要求實現(xiàn)對目標物體的三維成像，這樣才能解析出目標物體發(fā)出的信號，進而實現(xiàn)人機互動。而目前的人機互動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都過于龐大，而且大部分都要求手接觸屏幕。可見，如果在一個集成的系統(tǒng)中同時提供三維顯示和三維成像的功能，具有非常廣的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定，使用平板顯示器和透鏡陣列實現(xiàn)裸眼三維顯示，同時利用集成的透鏡陣列-探測器陣列構(gòu)成的陣列成像裝置進行三維成像，從而形成雙向三維成像-裸眼三維顯示系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，依次設(shè)有透鏡陣列，用作對物體三維成像，及對平板顯示圖像三維顯示；隔離板，消除透鏡陣列成像-顯示單元之間的信號串?dāng)_；探測器陣列，用于測量透鏡陣列像面上收集的三維光場信息，并設(shè)有電極控制電路；平板顯示器，顯示供透鏡陣列三維顯示用的陣列圖像。進一步，所述平板顯示器的顯示板的像素包括R、G、B三個子像素，所述平板顯示器為液晶顯示器、等離子體顯示器或者有機發(fā)光二級管顯示器。進一步，所述平板顯示器的刷新頻率為120HZ，用于三維顯示的圖像和黑色信號圖像時序交替出現(xiàn)。進一步，所述探測器陣列及其電極控制電路，集成于顯示板或者單獨的一個玻璃基板上，每個顯示像素對應(yīng)一個探測像素，每個探測像素包含RGB三個子像素，分別測量對應(yīng)像點的R、G、B分量光信號，每一個顯示像素中探測像素的相對位置都是相同的。進一步，所述透鏡陣列集成于一個玻璃基板上，每個透鏡對應(yīng)多個顯示像素和探測像素。進一步，當(dāng)平板顯示器顯示三維陣列圖像時，透鏡陣列重建虛擬三維光場，實現(xiàn)裸眼的三維顯示。進一步，所述隔離板為方形小孔陣列，周期與透鏡陣列相同。較為完善的是，當(dāng)平板顯示器顯示黑色圖像時，顯示器處于暗態(tài)，透鏡陣列收集視場中觀察者及其背景的三維光場信息，實現(xiàn)陣列成像。
較為完善的是，透鏡陣列，隔離板和探測器陣列集成一體，獨立于平板顯示器。透鏡陣列通過收集和重建三維光場信息，從而達到三維成像和裸眼三維顯示的目的，即集成顯示和集成成像。相比于偏振和快門的三維顯示，基于透鏡陣列的三維顯示不需要佩戴眼鏡，方便觀察。另外，可以根據(jù)透鏡陣列所拍攝的陣列圖像，可以提取物體的位置信息。本發(fā)明在上述技術(shù)方案中，探測器陣列所成的陣列圖像被用于提取物體的位置和深度信息，為進一步的人機互動提供信息。同時，被裸眼觀察的重建光場具有三維效果。在不影響裸眼三維顯示的前提下來實現(xiàn)三維成像，結(jié)構(gòu)簡單、速度快，實現(xiàn)高質(zhì)量的雙向三維成像和裸眼三維顯示，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
I、能夠快速獲得物體三維位置和深度信息。2、能夠提供裸眼三維顯示。3、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，適用于實時視頻會議/聊天系統(tǒng)。4、分析其肢體成像，可拓展其在光學(xué)三維人機互動系統(tǒng)上的應(yīng)用。


為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步的說明。圖I示意性地給出了雙向三維成像-裸眼三維顯示系統(tǒng)。圖2示意性地給出了平板顯示器RGB像素排列。圖3示意性地給出了對應(yīng)圖2平板顯示器的探測器陣列二維排布。圖4示意性地給出了隔離板的結(jié)構(gòu)。圖5示意性地給出了成像系統(tǒng)的光路圖。
具體實施例方式請參閱圖1，基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，包括平板顯示器11，用于顯示供三維顯示的陣列圖像；探測器陣列12，用于探測三維光場成像信號；隔離板13，消除透鏡陣列單元之間的信號串?dāng)_；透鏡陣列14，用于三維成像和三維顯示；重建三維像15，即三維顯示重建光場；觀察者16，也是被成像對象。上述系統(tǒng)可以劃分為多個成像顯示單元17，每個成像顯示單元17包括了一個透鏡、多個探測像素及顯示像素。請參閱圖2，每一個成像顯示單元17所對應(yīng)的平板顯示器11像素的排列，圖2中用到了四個像素，每個像素18包括R、G和B三個子像素。請參閱圖3，圖2中的每個顯示像素18都對應(yīng)探測器陣列12上的一個探測器20。每個探測器像素又包含RGB三個子像素，以探測三維光場的彩色信息，透明基板19用于支撐探測器陣列及其(透明)控制電路。請參閱圖4，該隔離板13是厚硬性材料基板上的小孔陣列，小孔的大小為顯示單元透鏡的尺寸，隔離板13的板壁經(jīng)過黑化處理，對單元透鏡收集光線的串?dāng)_有阻擋作用。請參閱圖5，由透鏡陣列14、隔離板13和平板顯示器11構(gòu)成的三維顯示系統(tǒng)，每個單元的顯示像素18顯示不同的陣列像，對應(yīng)同一物點的光線23經(jīng)透鏡陣列14后匯集于同一點，從而重建了三維像15。
由透鏡陣列14、隔離板13和探測器陣列12構(gòu)成的三維成像系統(tǒng)，對觀察者16收集不同視角的光線24，這些光線24在不同的單元透鏡中被不同位置的探測像素20接收，使用相關(guān)算法處理探測圖像，可以確定該物體16的位置。為了避免顯示信號對探測信號的影響，該系統(tǒng)時序處于兩種工作狀態(tài)，一種狀態(tài)是顯示陣列圖像，一種狀態(tài)是黑色圖像或者關(guān)閉電源，此時可進行三維成像，顯示圖像頻率120Hz，最終實現(xiàn)雙向三維成像-裸眼三維顯示。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具 體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，依次設(shè)有 透鏡陣列，用作對物體三維成像，及對平板顯示圖像三維顯示； 隔離板，消除透鏡陣列成像-顯示單元之間的信號串?dāng)_； 探測器陣列，用于測量透鏡陣列像面上收集的三維光場信息，并設(shè)有電極控制電路； 平板顯示器，顯示供透鏡陣列三維顯示用的陣列圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述平板顯示器的顯示板的像素包括R、G、B三個子像素，所述平板顯示器為液晶顯示器、等離子體顯示器或者有機發(fā)光二級管顯示器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述平板顯示器的刷新頻率為120Hz，用于三維顯示的圖像和黑色信號圖像時序交替出現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器陣列及其電極控制電路，集成于顯示板或者單獨的一個玻璃基板上，每個顯示像素對應(yīng)一個探測像素，每個探測像素包含RGB三個子像素，分別測量對應(yīng)像點的R、G、B分量光信號，每一個顯示像素中探測像素的相對位置都是相同的。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡陣列集成于一個玻璃基板上，每個透鏡對應(yīng)多個顯示像素和探測像素。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)平板顯示器顯示三維陣列圖像時，透鏡陣列重建虛擬三維光場，實現(xiàn)裸眼的三維顯/Jn ο
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離板為方形小孔陣列，周期與透鏡陣列相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)平板顯示器顯示黑色圖像時，顯示器處于暗態(tài)，透鏡陣列收集視場中觀察者及其背景的三維光場信息，實現(xiàn)陣列成像。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)，其特征在于，透鏡陣列，隔離板和探測器陣列集成一體，獨立于平板顯示器。
全文摘要
本發(fā)明涉及三維顯示、三維成像和雙向成像與顯示，特別涉及一種基于透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統(tǒng)。依次包括透鏡陣列，用作對物體三維成像，及對平板顯示圖像三維顯示；隔離板，消除透鏡陣列成像-顯示單元之間的信號串?dāng)_；探測器陣列，用于測量透鏡陣列像面上收集的三維光場信息，并設(shè)有電極控制電路；平板顯示器，顯示供透鏡陣列三維顯示用的陣列圖像。探測器陣列所成的陣列圖像被用于提取物體的位置信息，為進一步的人機互動提供信息。同時，在不影響裸眼三維顯示的前提下來實現(xiàn)三維成像，結(jié)構(gòu)簡單、速度快，實現(xiàn)高質(zhì)量的雙向三維成像和裸眼三維顯示，既適合用于家用和商務(wù)視頻系統(tǒng)，還可拓展為一種光學(xué)無接觸人機互動系統(tǒng)。
文檔編號H04N13/02GK102681183SQ20121016669
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者楊福娃, 王安廷 申請人:合肥鼎臣光電科技有限責(zé)任公司