三維立體成像裝置及其三維立體成像的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維立體成像裝置，及利用三維立 體成像裝置進(jìn)行三維立體成像的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的立體成像分為裸眼三維成像和穿戴式三維成像，可穿戴式的三維成像依賴 于穿戴設(shè)備，僅能提供對(duì)少量觀眾的三維觀察，或者只能實(shí)現(xiàn)近似的三維觀察。而裸眼三維 成像則克服了穿戴式三維成像需要外加的裝置的問題，可以有效的保證觀察者無關(guān)的顯示 特性。
[0003] 裸眼三維成像主要包括體積成像、全息技術(shù)和立體全像技術(shù)。其中體積成像和立 體全像技術(shù)都屬于光場(chǎng)成像。即可以重建一定范圍的光場(chǎng)，其中體積成像技術(shù)具有較大的 成像視角和較高的分辨率，但該類技術(shù)一般需要高速旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)部件和高速的投影儀，具 有成本較高和運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定等問題，難以實(shí)際應(yīng)用，另外此類技術(shù)還有缺乏遮擋效應(yīng)等問題 限制其在實(shí)際空間物體顯示中的應(yīng)用。全息三維技術(shù)具有分辨率較高的優(yōu)勢(shì)，但是依然存 在視角有限和偽像以及使用復(fù)雜的問題。而立體全像技術(shù)雖然具有靈活易用的優(yōu)勢(shì)，卻依 然無法擺脫視角有限和偽像的問題。
[0004] 現(xiàn)有裸眼三維成像大多無法實(shí)現(xiàn)360°全視角觀察，360°全視角觀察一般依賴于 運(yùn)動(dòng)部件才能實(shí)現(xiàn)，或者存在有縫隙銜接的問題（如利用多面體實(shí)現(xiàn)三維成像），這些缺陷 降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和用戶舒適度，另外多面體顯示的一個(gè)問題是受制于顯示的視角和IP 的跳變，可以顯示的體積較小。
[0005] 由此，三維成像有待研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的 在于提出一種三維立體成像裝置，利用該裝置可以形成360度可觀察，且無縫無跳變的三 維影像。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種三維立體成像裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施例，該裝置包括：顯示源，所述顯示源用于提供多個(gè)相關(guān)聯(lián)的二維圖像；三維影像生成器 件，所述三維立體成像器件用于利用自由立體成像技術(shù)將所述多個(gè)二維圖像組合為三維影 像；以及半透半反光學(xué)器件，所述半透半反光學(xué)器件包括無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面，所述無縫光 滑旋轉(zhuǎn)體曲面置于所述三維影像生成器件上用于通過光反射將所述三維影像在空間中形 成三維立體影像。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，利用包括無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面的半透半反光學(xué)器件，反射 三維影像生成器件發(fā)出的光線，進(jìn)行光場(chǎng)重建，從而得到可以在360度下可以觀察或者擴(kuò) 大視角且無畸變無縫隙無跳變的三維立體影像，并且，三維立體影像的體積相對(duì)于傳統(tǒng)的 三維立體影像更大，用戶體驗(yàn)更好。此外，利用本發(fā)明的三維立體成像裝置可以在很短時(shí)間 內(nèi)，經(jīng)簡(jiǎn)單的三維成像計(jì)算，即可實(shí)現(xiàn)360度立體可顯示，因此，該裝置可以用于實(shí)現(xiàn)多人 可交互的全視角3D顯示。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種利用前述三維立體成像裝置進(jìn)行三維 立體成像的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：利用顯示源提供多個(gè)相關(guān)聯(lián)的二維圖 像；利用三維影像生成器件通過自由立體成像技術(shù)將所述多個(gè)二維圖像組合為三維影像； 以及利用半透半反光學(xué)器件通過光的反射將所述三維影像在空間中形成三維立體影像。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，利用本發(fā)明的方法，通過包括無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面的半透 半反光學(xué)器件反射三維影像生成器件發(fā)出的光線，進(jìn)行光場(chǎng)重建，從而得到可以在360度 下可以觀察或者擴(kuò)大視角且無畸變無縫隙無跳變的三維立體影像，并且，三維立體影像的 體積相對(duì)于傳統(tǒng)的三維立體影像更大，用戶體驗(yàn)更好。利用本發(fā)明的三維立體成像裝置可 以在很短時(shí)間內(nèi)，經(jīng)簡(jiǎn)單的三維成像計(jì)算，即可實(shí)現(xiàn)360度立體可顯示，因此該裝置可以用 于實(shí)現(xiàn)多人可交互的全視角3D顯示。
[0011] 本發(fā)明基于無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面的三維立體成像裝置，相對(duì)于現(xiàn)有的基于多面體 的全視角顯示器，具有以下優(yōu)勢(shì)的至少一種：
[0012] (1)本發(fā)明基于無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面的三維立體成像摒棄了現(xiàn)有的一個(gè)小平面鏡 反射物體某一個(gè)側(cè)面的原理，擴(kuò)大了可現(xiàn)實(shí)的三維影像的體積，需要說明的是，在利用小平 面鏡反射物體某一個(gè)側(cè)面的原理中，如果鏡面數(shù)量趨于無窮，即使多面體在外形上將等同 于一個(gè)圓錐體，但是其可以顯示物體的大小將會(huì)趨近于0,無法實(shí)現(xiàn)立體成像；
[0013] (2)本發(fā)明采用了光學(xué)隔板去除了平面立體顯示器的跳變現(xiàn)象，在顯示階段不局 限于對(duì)應(yīng)鏡面對(duì)應(yīng)反射的限制，而是一個(gè)曲面反射，因此擴(kuò)大了可顯示物體的體積，同時(shí)解 決了會(huì)出現(xiàn)干擾圖像的問題。
[0014] (3)本發(fā)明的半透半反光學(xué)器件范圍廣泛，不但包括圓錐體，還涵蓋了其他旋轉(zhuǎn) 體，上述半透半反光學(xué)器件均可以反射形成360度可觀察的三維立體影像。
[0015] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0016] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0017] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維立體成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維影像生成器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維立體成像方法的流程示意圖；
[0021] 圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維立體成像原理的示意圖；
[0022] 圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維立體成像原理的示意圖；
[0023] 圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的二維圖像；
[0024] 圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維立體成像原理的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026] 在本發(fā)明的描述中，術(shù)語"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"豎 直"、"水平"、"頂"、"底"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是 為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì) 本發(fā)明的限制。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種三維立體成像裝置。參考圖1，根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)該裝置進(jìn)行具體描述，該裝置包括：顯示源1〇〇、三維影像生成器件200和 半透半反光學(xué)器件300,其中，顯示源100用于提供多個(gè)相關(guān)聯(lián)的二維圖像；三維立體成像 器件200用于利用自由立體成像技術(shù)將所述多個(gè)二維圖像組合為三維影像；半透半反光學(xué) 器件300包括無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面，該無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面置于三維影像生成器件上用于 通過光反射將三維影像在空間中形成三維立體影像，其中，需要說明的是，該半透半反光學(xué) 器件300也可以是全反射器件，同樣可以實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)折射。
[0028] 其中，需要說明的是，半透半反光學(xué)器件300的頂端可以直接放置于三維影像生 成器件200表面上，也可以脫離三維影像生成器件200的表面。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三維 立體成像裝置，利用本發(fā)明的裝置對(duì)運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件均可實(shí)現(xiàn)三維立體成像，并且，通 過包括無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面的半透半反光學(xué)器件反射三維影像生成器件發(fā)出的光線，進(jìn)行 光場(chǎng)重建，從而得到可以在360度下可以觀察或者擴(kuò)大視角且無畸變、無縫隙和無跳變的 三維立體影像，并且，可以顯示的三維立體影像的體積相對(duì)于傳統(tǒng)的三維立體影像更大，用 戶體驗(yàn)更好。利用本發(fā)明的三維立體成像裝置可以在很短時(shí)間內(nèi)，經(jīng)簡(jiǎn)單的三維成像計(jì)算， 即可實(shí)現(xiàn)360度立體可顯示，因此該裝置可以用于實(shí)現(xiàn)多人可交互的全視角3D顯示。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，二維圖像可通過多相機(jī)拍攝、光線追蹤或其他圖形學(xué)方法 獲取，比如光線追蹤算法、多視點(diǎn)計(jì)算機(jī)圖形算法等。也可以采用shade，3DMAX等三維建模 軟件虛擬拍攝，其中，需要說明的是，各個(gè)二維圖像需要在空間等間隔的虛擬或?qū)嶋H相機(jī)陣 列中采集得到，相機(jī)陣列的設(shè)置以覆蓋能夠人眼觀察時(shí)的一般觀察區(qū)域?yàn)橐恕?br>[0030] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面300構(gòu)成圓錐體、圓錐臺(tái)或半球 體。由此，利用該半透半反光學(xué)器件反射三維影像生成器件發(fā)出的光線，進(jìn)行光場(chǎng)重建， 從而得到可以在360度下可以觀察或者擴(kuò)大視角且無畸變、無縫隙和無跳變的三維立體影 像，并且，三維立體影像的體積相對(duì)于傳統(tǒng)的三維立體影像更大。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施 例，所述無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面300構(gòu)成圓錐角為90度的圓錐體。由此，易于形成360度可 以查的三維立體影像，并且，該圓錐體對(duì)三維顯示器的成像更均勻，更符合觀察者的觀察習(xí) 慣，此外，無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面呈圓錐體也更易于加工制造。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面300構(gòu)成圓錐角為90度的圓 錐體且所述無縫光滑旋轉(zhuǎn)體曲面的中軸線與所述三維