真三維圖像顯示系統(tǒng)及顯示方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種真三維圖像顯示系統(tǒng)及顯示方法，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)后的照明光束并對照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，成像裝置的多個成像區(qū)域接收對應(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投影儀系統(tǒng)生成的多視場三維圖像顯示，并且具有兩個不同方向的運(yùn)動視差，只需單個光源即可實現(xiàn)三維顯示，校準(zhǔn)方便、結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
【專利說明】真三維圖像顯示系統(tǒng)及顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明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)和顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]真三維(True 3D Volumetric Display Technique)是一種立體顯不技術(shù)，被顯不圖像每個三維像點(voxel)具有真實的表面特性和物理深度，觀察者不需要任何輔助設(shè)備，就可以從多個方向觀察被顯示物體，呈現(xiàn)立體效果。
[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)，一般來說，光場函數(shù)G(x，y，ζ, α, 3，0，其為六維函數(shù)，其中(^7，2)描述發(fā)光點三維位置，(α，β)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)，就是盡可能真實地重構(gòu)并再現(xiàn)真實物體所生成的光場，從而使觀察者得到與看到真實物體相似的三維感知。
[0004]參考圖1，由于真實物體生成的光場函數(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，無限個的視場無法進(jìn)行工程實現(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。
[0005]圖2a和圖2b為現(xiàn)有技術(shù)中采用多個投影儀來產(chǎn)生立體顯示效果的原理圖。
[0006]參考圖2a，圖2a為一種采用多個投影儀進(jìn)行正投影來生成三維顯示效果的系統(tǒng)示意圖，每個投影儀la對應(yīng)每個視場生成相應(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la的方向反射回去。實際上光線透過柱面鏡兩次，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效果，達(dá)到真三維顯示的目的。
[0007]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)，采用多個投影儀lb對應(yīng)多個視場生成相應(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，然后通過另一側(cè)的柱面鏡陣列2b的擴(kuò)散，觀眾可從投影儀lb的對面觀察到圖像，實現(xiàn)了背投影。
[0008]上述的三維顯示系統(tǒng)只能產(chǎn)生水平方向的視差。
[0009]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的每一個微型球面透鏡5a顯示圖像中的一個像素，由于微型球面透鏡的光學(xué)特性，使得每一個投影儀4a投射到某一個微型球面鏡5a上的光束，都會從特定方向上出射，各個投影儀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)動視差。
[0010]上述的三維顯示系統(tǒng)主要存在兩個問題:第一，成本較高，因為需要采用多個投影儀，無論采用正投影還是背投影，或者二維投影儀陣列，價格都比較昂貴；第二，校準(zhǔn)困難，因為這樣的顯示系統(tǒng)要求每個投影儀的圖像都準(zhǔn)確校準(zhǔn)，難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[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)難度低的真三維圖像顯示系統(tǒng)及顯示方法。
[0012]為實現(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]光源，用于生成照明光束；
[0014]二維聲光調(diào)制器，用于使照明光束產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)；
[0015]顯示屏幕；
[0016]成像裝置，具有對應(yīng)于多個視場的多個成像區(qū)域，成像裝置的多個成像區(qū)域用于接收對應(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；
[0017]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。
[0018]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，真三維圖像顯示方法包括:
[0019]光束偏轉(zhuǎn)步驟:光源發(fā)出的照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)；
[0020]光束處理步驟: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。
[0021]成像步驟:成像裝置的多個成像區(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。
[0022]本發(fā)明提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)及方法，通過光源生成照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(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投影儀系統(tǒng)生成的多視場三維圖像顯示，并且具有兩個不同方向的運(yùn)動視差，只需單個光源即可實現(xiàn)三維顯示，校準(zhǔn)方便、結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1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。
[0024]圖2a為現(xiàn)有技術(shù)中采用多個投影儀進(jìn)行正投影的三維顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2b為現(xiàn)有技術(shù)中采用多個投影儀進(jìn)行背投影的三維顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]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。
[0027]圖4為本發(fā)明提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5為本發(fā)明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。
[0029]圖6為本發(fā)明提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第二種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。[0030]圖7為本發(fā)明提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第三種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖8為本發(fā)明提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第四種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖9為本發(fā)明提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第五種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖10為本發(fā)明提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)第六種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖11為本發(fā)明提供的真三維圖像顯示方法第一種實施例的流程圖。
[0035]圖12為本發(fā)明提供的真三維圖像顯示方法第二種實施例的流程圖。
[0036]圖13為本發(fā)明提供的真三維圖像顯示方法第三種實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0037]下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或者更多個其他附圖或?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。
[0038]本發(fā)明提供一種真三維圖像顯示系統(tǒng)，包括:
[0039]光源，用于生成照明光束；
[0040]二維聲光調(diào)制器，用于使照明光束產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)；
[0041]顯示屏幕；
[0042]成像裝置，具有對應(yīng)于所述多個視場的多個成像區(qū)域，該成像裝置的多個成像區(qū)域用于接收對應(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；
[0043]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。
[0044]本發(fā)明提供的真三維圖像顯示系統(tǒng)，通過光源生成照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(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投影儀系統(tǒng)生成的多視場三維圖像顯示，并且具有兩個不同方向的運(yùn)動視差，只需單個光源即可實現(xiàn)三維顯示，校準(zhǔn)方便、結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
[0045]可選地，光源為激光光源。
[0046]可選地，還包括光束調(diào)整元件，光源生成的照明光束經(jīng)過二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)，受偏轉(zhuǎn)的照明光束通過光束調(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。
[0047]可選地，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)還包括投射角度調(diào)整裝置，用于對數(shù)字光處理裝置反射出的圖像光束在兩個不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，以使圖像光束投射到成像裝置對應(yīng)的成像區(qū)域。
[0048]可選地，成像裝置包括多個反射鏡，平面反射鏡的反射面對應(yīng)地形成成像裝置的多個成像區(qū)域，成像裝置的多個成像區(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。
[0049]可選地，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。[0050]可選地，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。
[0051]真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例1
[0052]參考圖4，在實施例1中，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例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。
[0053]光源101可以為激光光源,該激光光源生成照明光束。
[0054]二維聲光調(diào)制器105能夠?qū)φ彰鞴馐a(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)，例如水平方向和垂直方向，二維聲光調(diào)制器105由兩個一維聲光調(diào)制器組合而成，兩個一維的聲光調(diào)制器的偏轉(zhuǎn)方向成90度正交。
[0055]本實施例中的成像裝置102包括多個反射鏡102a，該多個反射鏡102a的反射面對應(yīng)的形成成像裝置的多個區(qū)域，該多個反射鏡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)。
[0056]如圖5所示，數(shù)字光處理裝置103包括多個微鏡片103a組成的陣列，微鏡片為精密的、微型的反射鏡，每一個微鏡片控制投影圖像中的一個像素，這些微鏡片在數(shù)字驅(qū)動信號的控制下能迅速的改變角度，一旦接收到相應(yīng)的信號，微鏡片就會傾斜± 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)，并隨數(shù)字驅(qū)動信號傾斜-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0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，同時吸收不需要的光生成圖像光束。
[0057]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)動信號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)萬次。
[0058]可選地，顯示屏幕104可采用，例如柱面鏡陣列、遮攔光柵，或全息材料來顯示真三維圖像。
[0059]工作時，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光束產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(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，數(shù)字光處理裝置103接收經(jīng)二維聲光調(diào)制器105偏轉(zhuǎn)后的照明光束并對照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，微鏡片在數(shù)字驅(qū)動信號的控制下發(fā)生偏轉(zhuǎn)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，由于每個反射鏡102a設(shè)置的位置是與一個所需的視場對應(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，也就是說各個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投影儀系統(tǒng)所生成的多視場三維圖像顯示，此時處于不同視場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)動視差。
[0060]采用二維聲光調(diào)制器105使照明光束產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)，這種光偏轉(zhuǎn)方式?jīng)]有用到運(yùn)動部件，相比采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)鏡實現(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。[0061]如圖4所示，作為本實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。
[0062]如圖4所示，作為本實施例的一種可選方案，本發(fā)明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，對數(shù)字光處理裝置103反射出的圖像光束在兩個不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，并對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對應(yīng)的成像區(qū)域，由于數(shù)字光處理裝置103對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范圍，因此，通過設(shè)置投射角度調(diào)整裝置，可以放大反射角的角度，得到較大的視場范圍。
[0063]通過設(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)上獲得需要的視場范圍。
[0064]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。
[0065]真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例2
[0066]參考圖6，在實施例2中，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例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，本發(fā)明真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例2中的各部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系與實施例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:
[0067]在實施例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包括對應(yīng)于成像裝置202的多個成像區(qū)域的多個投影鏡頭208a，該多個投影鏡頭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。
[0068]按照分時原理，通過成像裝置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應(yīng)不同視場的圖像光束，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。
[0069]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。
[0070]真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例3
[0071]參考圖7，在實施例3中，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例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，本發(fā)明真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例3中的各部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系與實施例1和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:
[0072]在實施例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的鏡頭，透鏡組合可以為多種或多個透鏡的結(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，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))。
[0073]真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例4
[0074]參考圖8，在實施例4中，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例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，本發(fā)明真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例3中的各部件及其結(jié)構(gòu)關(guān)系與實施例1-3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:
[0075]投射角度調(diào)整組件407為一組光學(xué)鏡頭，經(jīng)過數(shù)字光處理裝置403反射的對應(yīng)于單一視場的圖像光束，都對應(yīng)有一個光學(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。
[0076]真三維圖像顯示系統(tǒng)實施例5
[0077]參考圖9，在實施例5中，本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例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)系與實施例1-4的基本相同，區(qū)別在于:
[0078]實施例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)生兩個不同方向，例如水平方向和垂直方向的偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)過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)過第一分光器509a和第二分光器509b合成一組組合光，經(jīng)過光束調(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。
[0079]本發(fā)明的真三維圖像顯示系統(tǒng)的實施例5，實現(xiàn)了多視場全彩色的顯示，彩色投影可以為分時完成，通過控制各個激光光源的開關(guān)，使在每一個特定時刻，只有一個激光光源工作，顏色開關(guān)的時序可以任意，可實現(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。
[0080]真三維圖像顯示系統(tǒng)實施例6
[0081]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)與實施例5的結(jié)構(gòu)關(guān)系基本相同，區(qū)別在于:
[0082]紅色光、藍(lán)色光和綠色光分別經(jīng)過各個微鏡片的調(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)過一個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，可以用類似于實施例1-5的投影方法產(chǎn)生多視場紅綠藍(lán)全彩色三維圖形顯示。
[0083]真三維圖像顯示方法的實施例1
[0084]參照圖11，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，其實施例1包括以下步驟:
[0085]光束偏轉(zhuǎn)步驟S101:光源發(fā)出的照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)；
[0086]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；
[0087]成像步驟S103:成像裝置的多個成像區(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。
[0088]本實施例中，光源優(yōu)選為激光光源。
[0089]光束偏轉(zhuǎn)步驟S101中采用二維聲光調(diào)制器使照明光束產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)，可以產(chǎn)生兩個不同方向的運(yùn)動視差，這種光偏轉(zhuǎn)方式?jīng)]有用到運(yùn)動部件，相比采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)鏡實現(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。
[0090]光束處理步驟S102中，數(shù)字光處理裝置包括多個微鏡片組成的陣列，微鏡片為精密的、微型的反射鏡，每一個微鏡片控制投影圖像中的一個像素，這些微鏡片在數(shù)字驅(qū)動信號的控制下能迅速的改變角度，通過數(shù)字光處理裝置的調(diào)制，生成圖像光束，通過微鏡片的偏轉(zhuǎn)將圖像光束反射至成像裝置的成像區(qū)域。
[0091]成像步驟S103中，可通過對應(yīng)于多個視場的多個反射鏡將圖像光束反射至顯示屏幕，還可以通過平面投影鏡頭陣列透射至顯示屏幕，具體請參照真三維圖像顯示系統(tǒng)實施例1-6的描述。
[0092]本實施例提供的真三維圖像顯示方法，通過光源生成照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(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投影儀系統(tǒng)生成的多視場三維圖像顯示，并且具有兩個不同方向的運(yùn)動視差，只需單個光源即可實現(xiàn)三維顯示，校準(zhǔn)方便、結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
[0093]真三維圖像顯示方法的實施例2
[0094]參考圖12，本發(fā)明提供的真三維圖像顯示方法的實施例2與實施例1基本相同，在實施例2中，本發(fā)明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與實施例1基本相同，與實施例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:
[0095]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。
[0096]上述步驟可對照明光束的偏轉(zhuǎn)量進(jìn)行放大。
[0097]真三維圖像顯示方法的實施例3
[0098]參考圖13，本發(fā)明的真三維圖像顯示方法的實施例3與實施例2基本相同，在實施例3中，本發(fā)明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:
[0099]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不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，并對投射角度進(jìn)行調(diào)整，將調(diào)整后的圖像光束投射到成像裝置對應(yīng)的成像區(qū)域。
[0100]通過投射角度調(diào)整步驟S304，可以放大反射角的角度，得到較大的視場范圍。
[0101]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、清晰度不足等。而多投影儀的光場真三維顯示系統(tǒng)雖然有獲得大視場的潛質(zhì)，但其存在著多個投影儀之間校準(zhǔn)困難以及價格昂貴等固有缺陷，與之對應(yīng)，本發(fā)明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具的優(yōu)點:
[0102]1、結(jié)構(gòu)簡單，可只用單臺投影裝置例如高速投影儀；
[0103]2、高清分辨率，每一視場的圖像均為高清圖像；
[0104]3、低成本，只用單臺投影裝置以及廉價的光學(xué)組件，其成本大大低于多投影儀；
[0105]4、視場個數(shù)可達(dá)數(shù)百個，有效地提高了三維顯示質(zhì)量而不增加系統(tǒng)成本；
[0106]5、高亮度，本設(shè)計實現(xiàn)多投影儀投影的效果而不損失亮度；
[0107]6、校準(zhǔn)方便，傳統(tǒng)多投影儀系統(tǒng)的一個主要缺點是難以校準(zhǔn)，本設(shè)計方案克服了這一缺陷；
[0108]7、顯示屏幕尺寸可靈活調(diào)整，便于不用的應(yīng)用需求；
[0109]8、本發(fā)明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；
[0110]9、可以實現(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；
[0111]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)的實時采集與數(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)展性等方面具有簡單快捷的明顯優(yōu)勢。
[0112]11、可以產(chǎn)生水平方向和垂直方向的運(yùn)動視差，觀察者可以從任何一個角度觀看到真三維顯示。
[0113]雖然已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，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，本申請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)行與在此所述的相應(yīng)實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: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)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)；顯示屏幕；成像裝置，具有對應(yīng)于多個視場的多個成像區(qū)域，所述成像裝置的多個成像區(qū)域用于接收對應(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3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微鏡片組成的陣列，所述多個微鏡片用于對照明光束進(jìn)行調(diào)制生成圖像光束，并在數(shù)字信號的控制下以預(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，用于對所述數(shù)字光處理裝置反射出的圖像光束在兩個不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，并對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反射鏡，所述反射鏡的反射面對應(yīng)地形成所述成像裝置的多個成像區(qū)域，所述成像裝置的多個成像區(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)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)過所述分光器組件合成組合光投射至數(shù)字光處理裝置。
9. 一種真三維圖像顯示方法，利用權(quán)利要求1-9任一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:光束偏轉(zhuǎn)步驟:光源發(fā)出的照明光束經(jīng)二維聲光調(diào)制器產(chǎn)生兩個不同方向的偏轉(zhuǎn)；光束處理步驟: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；成像步驟:所述成像裝置的多個成像區(qū)域從不同角度將接收的圖像光束成像到所述顯示屏幕上進(jìn)行顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求10所述的真三維圖像顯示方法，其特征在于，所述光束偏轉(zhuǎn)步驟和所述光束處理步驟之間還包括:光束調(diào)整步驟: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。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的真三維圖像顯示方法，其特征在于，所述光束處理步驟和所述成像步驟之間還包括:投射角度調(diào)整步驟: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不同方向上的偏轉(zhuǎn)量分別進(jìn)行調(diào)整，并對投射角度進(jìn)行調(diào)整，將調(diào)整后的圖像光束投射到成像裝置對應(yīng)的成像區(qū) 域。
【文檔編號】G03B35/18GK103713462SQ201210380215
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月9日
【發(fā)明者】耿征 申請人:耿征