透射变焦扫描裸眼三维显示方法技术

透射变焦扫描裸眼三维显示方法，涉及广播电视及计算机图像处理领域，解决现有三维成像系统无法真实显示三维效果的问题，包括显示系统，所显示系统包括凹面镜、成像镜、同步光阑和发光屏；人眼位于凹面镜内表面一侧，发光屏显示的原像所发出光线经过成像镜，然后被凹面镜反射之后再次成像为三维像，由人眼接收；采用控制电路控制成像镜的焦距S变化，实现三维像沿z轴方向上的纵深位置；在变焦纵深扫描的同时，控制电路对应不同的焦距S，同步改变显示不同的原像，实现在空中的不同纵深位置显示出不同的三维像。本发明专利技术通过连续改变成像焦距，在空中动态显示具有真实视角的三维景物；同步光阑与变焦同步控制，可以实现景物相互遮蔽的逼真效果。

Three dimensional display of naked eye with transmission zoom scanning

【技术实现步骤摘要】
透射变焦扫描裸眼三维显示方法
本专利技术涉及广播电视及计算机图像处理领域，具体涉及一种透射变焦扫描裸眼三维显示系统。
技术介绍
裸眼三维场景实时展示是视频图像研究中一个热门方向；有两种动态三维显示系统，一种是只有视差没有真实视角的伪三维，另一种是同时具有真实视差与视角的真三维；目前对真三维显示设备来说，存在两个问题；一个问题是显示的景物被限制在装置内部，无法显示在装置之外的空中；另一个问题是因为空气透明，所以显示的三维物体也是透明的，然而真实物体可以不透明，正面可以挡住背面。
技术实现思路
本专利技术为解决现有三维成像系统无法真实显示三维效果的问题，提供一种透射变焦扫描裸眼三维显示方法。透射变焦扫描裸眼三维显示方法，包括显示系统，所显示系统包括凹面镜、成像镜、同步光阑和发光屏；所述凹面镜内表面为抛物反射面，直径大于显示的物体的直径，焦距为F，焦点为O；所述成像镜为可变焦距的凸透镜，焦距为S；所述同步光阑与成像镜接触连接，在外部电路控制下允许或阻挡发光屏上的光通过成像镜的指定区域，实现改变成像镜上的有效成像区域；所述发光屏在外部电路控制下动态显示出平面图像；发光屏上显示的图像称为原像；调整所述凹面镜的主光轴与成像镜的主光轴重合，主光轴所在直线为z轴，并使发光屏位于凹面镜的焦点O点处；发光屏所在的平面与z轴垂直；具体显示方法为：人眼位于凹面镜内表面一侧，发光屏显示的原像所发出光线经过成像镜，然后被凹面镜反射之后再次成像为三维像，由人眼接收；采用控制电路控制成像镜的焦距S变化，实现三维像沿z轴方向上的纵深位置；在变焦纵深扫描的同时，控制电路对应不同的焦距S，同步改变显示不同的原像，实现在空中的不同纵深位置显示出不同的三维像。本专利技术的有益效果：反射变焦扫描裸眼三维显示方法，该方法具体为：由可变焦距的透射镜与一个凹面镜组成光具组，把一个平面图像成像在空中；在快速改变平面图像的内容的同时，同步改变透射镜焦距，使空中成像纵深勾勒出三维景物的边缘；因为在纵深扫描过程中的可见角始终保持不变，所以用同步光阑控制成像的可见角，使成像景物需要被遮挡位置处于不可见区，可仿真实现自身遮蔽效果。本专利技术提供的真三维显示系统，采取透射成像方式，通过连续改变成像焦距，可以在空中动态显示具有真实视角的三维景物；同步光阑与变焦同步控制，可以实现景物相互遮蔽的逼真效果，景物重建不需要工作介质，不同位置的观众能看到真实视角下不同的图像，重建的景物具有真实的纵深，并且位置并非限制在装置内部，可同时显示出近处与远处景物。附图说明图1为本专利技术所述的透射变焦扫描裸眼三维显示方法中显示系统的结构图；图2为本专利技术所述的透射变焦扫描裸眼三维显示方法的成像原理图；图3为本专利技术所述的透射变焦扫描裸眼三维显示方法中显示可见区的成像原理图；图4为本专利技术所述的透射变焦扫描裸眼三维显示方法中同步光阑的成像原理图。具体实施方式具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，透射变焦扫描裸眼三维显示方法，包括显示系统，所述显示系统包括与主光轴同轴设置的凹面镜1、成像镜2、同步光阑3和发光屏4；所述同步光阑3与成像镜2接触连接。所述凹面镜1内表面为抛物反射面，直径大于想要显示的物体，焦距为F，焦点为O；所述成像镜2是光具组，等效成为一个可变焦距的凸透镜，焦距用变量S表示；最少可以是一个凸透镜，也可以由波带片、光栅、电控液晶装置，或者微机械系统等光学元件组成；成像镜2的焦距可受外部控制而改变；所述同步光阑3由液晶光开关，或微机械光开关阵列构成，尺寸不小于成像镜2，在外部电路控制下可以允许或者阻挡发光屏4上的光通过成像镜2的指定部位，从而改变成像镜2上的有效成像区域；当成像镜2是由微机械系统或其它已经具备控制有效成像区域功能的光学元件时，也就是自带光阑功能时，可省去外部附加的同步光阑3；所述发光屏4可以是液晶屏，有机发光体显示屏，或者是由微机械光电成像元件组成的发光屏，在外部电路控制下可动态显示出平面图像；发光屏4上显示的图像称为原像；所述原像即可以是由发光屏4直接产生，也可以是由其他平面图像经过光学系统间接产生；间接产生原像时，只需把原像投射在发光屏4的位置而不需要发光屏4实物；使凹面镜1的主光轴与成像镜2的主光轴重合，主光轴所在直线为z轴，并使发光屏4位于凹面镜1的焦点O点处；发光屏4所在的平面与z轴垂直；人眼5位于凹面镜1内表面一侧，发光屏4显示出原像所发光线经过成像镜2，然后被凹面镜1反射之后再次成像称为三维像，可被人眼5接收。结合图2说明本实施方式，所述发光屏4显示的原像6位于凹面镜1的焦平面上；成像镜2与z轴的交点为P；P点与O点距离为X；成像镜2焦距为S，焦点位于A点；原像6发出光线经过成像镜2以及凹面镜1之后再次成像为三维像7；三维像7在z轴上位置的坐标数值Z可以计算；由此可见，在外部电路控制下，改变成像镜2的焦距S，就可以改变三维像7在z轴方向上的纵深位置；可以计算出三维像7相对于原像6的横向放大率V；外部电路在改变成像镜2焦距S的同时，也同步改变原像6的大小，可以使三维像7在纵深方向上移动位置并保持大小不变；这种工作方式称为变焦纵深扫描。本实施方式中，在纵深方向扫描显示的范围为：当成像镜2的焦距S接近为零时，三维像7的位置接近处；此时放大率V接近于0；当成像镜2的焦距S等于X时，三维像7的位置在0点处；此时放大率V＝F/X；当成像镜2的焦距S为无穷大时，三维像7的位置在无穷远处；此时放大率V＝∞；因此，当成像镜2的光具组联合等效成为一个焦距S大于零的凸透镜时，三维像7的成像范围位于区间(+∞)中；若需要三维像7的成像范围位于区间(-∞，)，则需使成像镜32的光具组联合等效成为一个焦距S小于零的凹透镜；在实际使用的系统中，因为F明显大于X，所以显示位置远于的三维像因太远而失去了立体感，因此成像镜2的焦距S用以下取值范围可以满足实际需要；在图2中，人眼5可以从朝向凹面镜1内表面的方向看到在空中浮现的三维像7；采用控制电路使成像镜2的焦距S不断变化，可实现三维像7沿z轴的纵深方向往复运动；在变焦纵深扫描的同时，控制电路对应不同的焦距S，同步改变显示不同的原像6，这样就能在空中的不同纵深位置显示出不一样的三维像7；当扫描频率不足十赫兹时，可看到空中出现前后移动并不断变化的三维像7；当扫描频率大于十赫兹时，视觉暂留效应使观众看到由快速移动并且由变化三维像7所勾勒形成的三维物体；当扫描频率大于二十四赫兹时，看到的三维物体将稳定无闪烁；控制电路使焦距S周期性快速变化与原像6同步快速改变，可以稳定显示出由一系列三维像7所重建三维物体的位置、形状、颜色与纹理；并且还可以使控制重建三维物体产生移动、旋转、变形、变色、出现或消失的效果；对于立体电影等传统利用视差错觉实现三维成像的系统，不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.透射变焦扫描裸眼三维显示方法，其特征是：包括显示系统，所显示系统包括凹面镜(1)、成像镜(2)、同步光阑(3)和发光屏(4)；/n所述凹面镜(1)内表面为抛物反射面，直径大于显示的物体的直径，焦距为F，焦点为O；所述成像镜(2)为可变焦距的凸透镜，焦距为S；/n所述同步光阑(3)与成像镜(2)接触连接，在外部电路控制下允许或阻挡发光屏(4)上的光通过成像镜(2)的指定区域，实现改变成像镜(2)上的有效成像区域；/n所述发光屏(4)在外部电路控制下动态显示出平面图像；发光屏(4)上显示的图像称为原像；/n调整所述凹面镜(1)的主光轴与成像镜(2)的主光轴重合，主光轴所在直线为z轴，并使发光屏(4)位于凹面镜(1)的焦点O点处；发光屏(4)所在的平面与z轴垂直；/n具体显示方法为：/n人眼(5)位于凹面镜(1)内表面一侧，发光屏(4)显示的原像所发出光线经过成像镜(2)，然后被凹面镜(1)反射之后再次成像为三维像，由人眼(5)接收；/n采用控制电路控制成像镜(2)的焦距S变化，实现三维像(7)沿z轴方向上的纵深位置；在变焦纵深扫描的同时，控制电路对应不同的焦距S，同步改变显示不同的原像(6)，实现在空中的不同纵深位置显示出不同的三维像(7)。/n...

【技术特征摘要】
1.透射变焦扫描裸眼三维显示方法，其特征是：包括显示系统，所显示系统包括凹面镜(1)、成像镜(2)、同步光阑(3)和发光屏(4)；
所述凹面镜(1)内表面为抛物反射面，直径大于显示的物体的直径，焦距为F，焦点为O；所述成像镜(2)为可变焦距的凸透镜，焦距为S；
所述同步光阑(3)与成像镜(2)接触连接，在外部电路控制下允许或阻挡发光屏(4)上的光通过成像镜(2)的指定区域，实现改变成像镜(2)上的有效成像区域；
所述发光屏(4)在外部电路控制下动态显示出平面图像；发光屏(4)上显示的图像称为原像；
调整所述凹面镜(1)的主光轴与成像镜(2)的主光轴重合，主光轴所在直线为z轴，并使发光屏(4)位于凹面镜(1)的焦点O点处；发光屏(4)所在的平面与z轴垂直；
具体显示方法为：
人眼(5)位于凹面镜(1)内表面一侧，发光屏(4)显示的原像所发出光线经过成像镜(2)，然后被凹面镜(1)反射之后再次成像为三维像，由人眼(5)接收；
采用控制电路控制成像镜(2)的焦距S变化，实现三维像(7)沿z轴方向上的纵深位置；在变焦纵深扫描的同时，控制电路对应不同的焦距S，同步改变显示不同的原像(6)，实现在空中的不同纵深位置显示出不同的三维像(7)。


2.根据权利要求1所述的透射变焦扫描裸眼三维显示方法，其特征在于：当扫描频率不足十赫兹时，空中出现前后移动并不断变化的三维像(7)；当扫描频率大于十赫兹时，视觉暂留效应使人眼看到由快速移动并且由变化三维像(7)所勾勒形成的三维物体；当扫描频率大于二十四赫兹时，看到的三维物体将稳定无闪烁。


3.根据权利要求1所述的透射变焦扫描裸眼三维显示方法，其特征在于：所述三维像(7)在z轴上位置的坐标数值Z为：



以及计算所述三维像(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦杰，
申请(专利权)人：吉林省广播电视研究所吉林省广播电视局科技信息中心，
类型：发明
国别省市：吉林;22