一种多视点三维显示系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及三维图像显示技术领域，具体涉及一种多视点三维显示系统和方法，该系统包括控制单元及若干个相同类型的时分复用投影单元，所有时分复用投影单元呈平面或曲面毗邻排列；所述时分复用投影单元包括显示屏、投影透镜及通光孔径阵列；通光孔径阵列由多个通光孔径组成并置于投影透镜孔径或其像面处；各通光孔径阵列空间错位排列；控制单元与显示屏及通光孔径阵列电连接，在一个时间点，控制单元选通通光孔径阵列的一个通光孔径，并控制显示屏刷新显示相应信息。通过控制单元控制各通光孔径阵列的通光孔径时序选通，基于视觉滞留，以实现多个视点的呈现。本发明专利技术一种多视点三维显示系统及方法，通过空间‑时间联合复用，可以实现大量密集视点的呈现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维图像显示
，更具体地，涉及一种多视点三维显示系统和方法。
技术介绍
由于二维显示难以清楚准确地表达第三维的深度信息，人们一直在致力于研究可显示立体场景的显示技术——三维图像显示技术。通过给观察者双目提供对应的视图，传统体视技术可以基于双目视差技术实现三维效果呈现，但传统体视技术受制于显示器件的空间分辨率，因此，传统体视技术所能提供的视点非常有限。为了获得更好的三维视觉体验，传统体视三维显示系统需要引入空间复用、时间复用等技术，以实现更多的视点呈现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多视点三维显示系统和方法，通过空间复用和时间复用的结合，在采用相同分辨率显示屏的情况下，基于视觉滞留效应，可以实现更多视点的呈现。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种多视点三维显示系统，包括：控制单元及若干个相同类型的时分复用投影单元，所有时分复用投影单元呈平面或曲面毗邻排列；每个时分复用投影单元包括显示屏、投影透镜及通光孔径阵列；显示屏用于显示光学图像信息；投影透镜用于将显示屏的像投射到投影面上；通光孔径阵列由多个通光孔径组成并置于投影透镜孔径处；控制单元与显示屏及通光孔径阵列电连接，在一个时间点，控制单元选通通光孔径阵列的一个通光孔径，并控制显示屏刷新显示相应信息；所述时分复用投影单元为I型时分复用投影单元、II型时分复用投影单元或III型时分复用投影单元：所述I型时分复用投影单元，其显示屏和投影透镜之间的距离小于投影透镜的焦距，显示屏经投影透镜投射成放大的虚像于投影面；所述II型时分复用投影单元，其显示屏和投影透镜之间的距离等于投影透镜的焦距；II型时分复用投影单元还包括辅助透镜及场镜；辅助透镜将显示屏成像于投影面上；场镜的中心设于投影面上，并用于将投影透镜成像于投影透镜像面；所述III型时分复用投影单元，其显示屏和投影透镜之间的距离大于投影透镜的焦距，显示屏经投影透镜投射成实像于投影面；III时分复用投影单元还包括场镜，场镜的中心设于投影面上，并用于将投影透镜成像于投影透镜像面。上述方案中，通过将多个相同类型的时分复用投影单元呈平面或曲面毗邻排列，并通过控制单元控制各投影透镜不同空间部分的时序选通及对应显示屏显示信息的同步刷新，实现密集视点的呈现。在采用相同分辨率显示屏的情况下，本专利技术一种多视点三维显示系统，通过空间复用和时间复用的结合，基于视觉滞留效应，可以实现更多视点的呈现。进一步地，所述时分复用投影单元还包括挡光板；所述挡光板沿一维方向或二维方向包围显示屏和投影透镜，用于滤除显示屏出射光线中超过投影透镜孔径部分的光线，防止该光线对观察者的影响。进一步地，所述II型时分复用投影单元或III型时分复用投影单元还包括附着于场镜放置的散射片，散射片用于散射入射光线。进一步地，所述时分复用投影单元还包括与投影透镜相配合的导向器件，所述导向器件用于将平面排列的时分复用投影单元转换为等效的曲面排列的时分复用投影单元。进一步地，所述投影透镜为曲面投影透镜。这样设置便于将所有时分复用投影单元呈曲面排列。进一步地，所述投影透镜为透镜组或具有位相调制功能的衍射光学元件。进一步地，所述显示屏上的像素为主动发光的像素；或所述显示屏设有对应光源，所述显示屏上的像素为被动发光的像素。本专利技术的另一个目的是提供一种多视点三维显示方法，包括以下步骤：S1.多个I型时分复用投影单元沿平面投影透镜或曲面投影透镜毗邻排列，各I型时分复用投影单元的显示屏和投影透镜间设置特定偏移量，以保证各I型时分复用投影单元都投影显示屏虚像于三维图像显示区；S2.沿排列方向，将各I型时分复用投影单元投影透镜的孔径分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列中的一个通光孔径；S3.沿上述排列方向，将各I型时分复用投影单元投射的显示屏虚像分为n个子投影区域；S4.对于各I型时分复用投影单元，沿光线传输方向，任一子投影区域两边点和任一通光孔径两边点连线和通光孔径所在面在该面后形成一个封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它各同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；S5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在I型时分复用投影单元各子投影区域上的显示内容设置为按步骤S4所确定视点对应视图的内容；S6.在同一时间点，各I型时分复用投影单元最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏的加载显示内容由控制单元根据步骤S5确定；S7.在相邻多个时间点，各I型时分复用投影单元的m个通光孔径依次打开，并根据步骤S6进行内容图像刷新加载；S8.循环重复步骤S7。本专利技术一种多视点三维显示方法的第二种替代方式，包括以下步骤：SS1.多个II型时分复用投影单元沿平面曲面投影透镜或曲面投影透镜毗邻排列，经共用的辅助透镜成各II型时分复用投影单元显示屏的像于三维图像显示区，再经置于三维图像显示区的场镜或附有散射片的场镜，成像各II型时分复用投影单元投影透镜到对应投影透镜像面；SS2.沿排列方向，将各II型时分复用投影单元投影透镜的孔径或投影透镜孔径的像分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列中的一个通光孔径；SS3.沿上述排列方向，将各II型时分复用投影单元投射的显示屏像分为n个子投影区域；SS4.对于各II型时分复用投影单元，任一子投影区域两边点和任一通光孔径(或任一通光孔径的像)两边点连线和通光孔径所在面（或通光孔径的像所在面）在该面后形成一封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点，作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；SS5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在II型时分复用投影单元各子投影区域上的显示内容为按步骤SS4所确定视点对应视图的内容；SS6.在同一时间点，各II型时分复用投影单元最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏的加载显示内容由控制单元根据步骤SS5确定；SS7.在相邻多个时间点，各II型时分复用投影单元的m个通光孔径依次打开，并根据步骤SS6进行内容图像刷新加载；SS8.循环重复步骤SS7。本专利技术一种多视点三维显示方法的第三种替代方式，包括以下步骤：SSS1.多个III型时分复用投影单元沿平面曲面投影透镜或曲面投影透镜毗邻排列，各III型时分复用投影单元显示屏和投影透镜间设置特定偏移量，以保证各III型时分复用投影单元都投影显示屏实像于三维图像显示区，再经置于三维图像显示区的场镜或附有散射片的场镜，成像各III型时分复用投影单元投影透镜于对应投影透镜像面；SSS2.沿排列方向，将各III型时分复用投影单元投影透镜的孔径或投影透镜孔径的像分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列中的一个通光孔径；SSS3.沿上述排列方向，将各III型时分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多视点三维显示系统，其特征在于，包括控制单元及若干个相同类型的时分复用投影单元（10），所有时分复用投影单元（10）呈平面或曲面毗邻排列；每个时分复用投影单元（10）包括显示屏（11）、投影透镜（12）及通光孔径阵列（13）；显示屏（11）用于显示光学图像信息；投影透镜（12）用于将显示屏（11）的像投射到投影面上；通光孔径阵列（13）由多个通光孔径组成并置于投影透镜（12）孔径处；控制单元与显示屏（11）及通光孔径阵列（13）电连接，在一个时间点，控制单元选通通光孔径阵列（13）的一个通光孔径，并控制显示屏（11）刷新显示相应信息；所述时分复用投影单元（10）为I型时分复用投影单元（10）、II型时分复用投影单元（10）或III型时分复用投影单元（10）：所述I型时分复用投影单元（10），其显示屏（11）和投影透镜（12）之间的距离小于投影透镜（12）的焦距，显示屏（11）经投影透镜（12）投射成放大的虚像于投影面；所述II型时分复用投影单元（10），其显示屏（11）和投影透镜（12）之间的距离等于投影透镜（12）的焦距；II型时分复用投影单元（10）还包括辅助透镜（20）及场镜（30）；辅助透镜（20）将显示屏（11）成像于投影面上；场镜（30）的中心设于投影面上，并用于将投影透镜（12）成像于投影透镜像面；所述III型时分复用投影单元（10），其显示屏（11）和投影透镜（12）之间的距离大于投影透镜（12）的焦距，显示屏（11）经投影透镜（12）投射成实像于投影面；III时分复用投影单元（10）还包括场镜（30），场镜（30）的中心设于投影面上，并用于将投影透镜（12）成像于投影透镜像面。...

【技术特征摘要】
1.一种多视点三维显示系统，其特征在于，包括控制单元及若干个相同类型的时分复用投影单元（10），所有时分复用投影单元（10）呈平面或曲面毗邻排列；
每个时分复用投影单元（10）包括显示屏（11）、投影透镜（12）及通光孔径阵列（13）；显示屏（11）用于显示光学图像信息；投影透镜（12）用于将显示屏（11）的像投射到投影面上；通光孔径阵列（13）由多个通光孔径组成并置于投影透镜（12）孔径处；
控制单元与显示屏（11）及通光孔径阵列（13）电连接，在一个时间点，控制单元选通通光孔径阵列（13）的一个通光孔径，并控制显示屏（11）刷新显示相应信息；
所述时分复用投影单元（10）为I型时分复用投影单元（10）、II型时分复用投影单元（10）或III型时分复用投影单元（10）：
所述I型时分复用投影单元（10），其显示屏（11）和投影透镜（12）之间的距离小于投影透镜（12）的焦距，显示屏（11）经投影透镜（12）投射成放大的虚像于投影面；
所述II型时分复用投影单元（10），其显示屏（11）和投影透镜（12）之间的距离等于投影透镜（12）的焦距；II型时分复用投影单元（10）还包括辅助透镜（20）及场镜（30）；辅助透镜（20）将显示屏（11）成像于投影面上；场镜（30）的中心设于投影面上，并用于将投影透镜（12）成像于投影透镜像面；
所述III型时分复用投影单元（10），其显示屏（11）和投影透镜（12）之间的距离大于投影透镜（12）的焦距，显示屏（11）经投影透镜（12）投射成实像于投影面；III时分复用投影单元（10）还包括场镜（30），场镜（30）的中心设于投影面上，并用于将投影透镜（12）成像于投影透镜像面。
2.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述时分复用投影单元（10）还包括挡光板（14）；所述挡光板（14）沿一维方向或二维方向包围显示屏（11）和投影透镜（12），用于滤除显示屏（11）出射光线中超过投影透镜（12）孔径部分的光线。
3.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述II型时分复用投影单元（10）或III型时分复用投影单元（10）还包括附着于场镜（30）放置的散射片（40），散射片（40）用于散射入射光线。
4.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述时分复用投影单元（10）还包括与投影透镜（12）相配合的导向器件（50），所述导向器件（50）用于将平面排列的时分复用投影单元（10）转换为等效的曲面排列的时分复用投影单元（10）。
5.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述投影透镜（12）为曲面投影透镜（12）。
6.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述投影透镜（12）为透镜组或具有位相调制功能的衍射光学元件。
7.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述显示屏（11）上的像素为主动发光的像素；或所述显示屏（11）设有对应光源，所述显示屏（11）上的像素为被动发光的像素。
8.一种多视点三维显示方法，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的多视点三维显示系统，包括以下步骤：
S1.多个I型时分复用投影单元（10）沿平面投影透镜（12）或曲面投影透镜（12）毗邻排列，各I型时分复用投影单元（10）的显示屏（11）和投影透镜（12）间设置特定偏移量，以保证各I型时分复用投影单元（10）都投影显示屏虚像于三维图像显示区；
S2.沿上述排列方向，将各I型时分复用投影单元（10）投影透镜（12）的孔径分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列（13）中的一个通光孔径；
S3.沿上述排列方向，将各I型时分复用投影单元（10）投射的显示屏虚像分为n个子投影区域；
S4.对于各I型时分复用投影单元（10），沿光线传输方向，任一子投影区域两边点和任一通光孔径两边点连线和通光孔径所在面在该面后形成一个封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它各同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；
S5.任一通...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕东东，刘立林，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44