高视角分辨率的360°视场三维显示装置和显示方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了高视角分辨率的360°视场三维显示装置，包括：LED光源、照明光学系统、空间光调制器、投影光学系统、组合式定向散射屏、转动装置、图像存储控制模块、转动检测模块和光源脉冲驱动控制模块。本发明专利技术还公开了实现高视角分辨率的360°视场三维显示方法。本发明专利技术通过光源脉冲驱动控制模块对LED光源进行脉冲点亮的方式与组合式定向散射屏的旋转相配合，利用了每个定向散射子屏散射方向的微小偏差实现高密度的视角扫描，实现了具有高视角分辨率的360°视场三维显示，提高了三维显示图像的质量，更加符合人眼自然观察的习惯。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维显示
，具体涉及一种。
技术介绍
双目视差、运动视差、调节等多种深度暗示使得人们对物体产生了三维感知。三维显示技术在生物医学、建筑设计、科学展示、影视娱乐、视频通信和商品广告等许多领域都有不错的应用前景。人的两只眼睛由于其空间位置的微小差别，导致两只眼睛所能看到的景象存在着一定的差别，正是因为这种微小的差别使人的大脑对其进行处理，产生深度感知，也即立体感知。目前，三维显示技术主要分为四类体视三维显示技术、自体视三维显示技术、体三维显示技术、光场三维显示技术以及全息三维显示技术等。空间三维显示是一种能够在具有宽度、高度和深度的真实三维空间内进行图像信息再现的技术，可供多个观察者同时环绕观看，是目前的研究热点。体三维显示是通过控制体空间内分布的各个体素的亮度来实现体空间物体的三维显示，多数采用体扫描的方式。这种方法具有水平视差和垂直视差，适合多人裸眼环绕观看。但体三维显示仅能显示透明的三维物体，不能实现空间物体的透视遮挡。·光场三维显示技术通过再现三维物体向各个方向发射的光线的方式将要显示三维场景的各个侧面的图像准确地成像到相应的方位。周围的众多观看者能自然地同时观看到空间三维场景各方位的各个侧面，犹如在现实空间的三维物体一样，能自动满足多种生理和心理深度暗示，可多人、多角度、同时、裸眼观察。而光场三维显示中的视角分辨率是一个重要的系统设计参数，直接决定了显示三维图像的质量和效果以及深度感知。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高视角分辨率的360°视场三维显示装置，利用了 LED的快速响应特性和每个定向散射子屏散射方向的微小偏差，在相同高速投影机帧频的条件下通过对LED的脉冲时序点亮提高了 360°视场三维显示的视角分辨率，降低了实现高视角分辨率的360°视场三维显示所需要高速投影机投影图像的帧频，实现了可供多人多视角裸眼同时观看的高视角分辨率的360°视场三维显示，提高了三维显示的图像质量，从而克服现有技术的不足。一种高视角分辨率的360°视场三维显示装置，包括LED光源、照明光学系统、高速空间光调制器、投影光学系统、组合式定向散射屏、转动装置、转动检测模块、图像存储控制模块、光源驱动脉冲控制模块；其中LED光源，作为照明光学系统的照明光源，与光源脉冲驱动控制模块连接；照明光学系统，将LED光源发出的光线进行收集并会聚到高速空间光调制器上；高速空间光调制器，将需要显示的图像加载其上并按顺序高速显示出来；投影光学系统，将高速空间光调制器上的图像投影到组合式定向散射屏上；组合式定向散射屏，由多个定向散射子屏组合拼接而成，每个定向散射子屏均对投影其上的图像的出射角度进行控制，保证观察区域的观察者的双眼看到具有视差的图像；转动装置，与组合式定向散射屏连接，并带动组合式定向散射屏转动；转动检测模块，检测所述的组合式定向散射屏的旋转角度位置及每个定向散射子屏的起始位置，并将其探测的旋转角度位置和起始位置的信号传给图像存储控制模块和光源驱动脉冲控制模块；图像存储控制模块，存储供高速空间光调制器显示的图像序列，并根据接收到的信号控制所述的图像序列的初始位置及所述的高速空间光调制器的帧频，实现所述的高速空间光调制器显示的图像序列与所述的组合式定向散射屏转动的同步；光源驱动脉冲控制模块，根据转动装置的旋转角度位置信号控制驱动LED光源的脉冲电流。所述的LED光源包括红色、绿色和蓝色三色分离的三块高亮度LED芯片或LED芯片阵列，或红色、绿色和蓝色三色集成的一块高亮度LED芯片或LED芯片阵列。所述的高速空间光调制器为反射型的高速数字微镜器件。所述的组合式定向散射屏由N个定向散射子屏拼接组成，其中N为大于等于2的自然数，每个定向散射子屏对应的圆心角为360/N°。每个定向散射子屏为反射式偏折型散射屏，由光栅方向互相平行的反射式锯齿型光栅和柱面光栅构成;第i个定向散射子屏α为自然数，且满足I Si SN)的光栅方向与其对应圆心角的角平分线成α,角，满足ai= 90+360/(MN) .[1-(N+l)/`2];其中，M为组合式定向散射屏旋转一周投影光学系统投影的图像数。所述的转动检测模块包括电路处理控制模块、以及对电路处理控制模块提供电信号的传感器，所述电路处理控制模块为基于现场可编程门阵列为核心的控制模块或基于数字信号处理器为核心的控制模块；所述传感器为光电传感器、机械位置开关或旋转脉冲编码器。所述的光源驱动脉冲控制模块为基于现场可编程门阵列为核心的恒流源脉冲控制模块或基于单片机为核心的恒流源脉冲控制模块，用于控制脉冲点亮LED光源的电流。本专利技术还提供了一种高视角分辨率的360°视场三维显示方法，包括(I)计算机根据三维模型、投影光学系统的视场角、投影光学系统距离组合式定向散射屏的距离、组合式定向散射屏的尺寸、观察者位置、组合式定向散射屏旋转一周投影光学系统投影的图像数M和定向散射子屏数N等参数计算需要投影的图像序列信息；(2)计算机将需要显示的图像序列传入图像存储控制模块以供显示；(3)组合式定向散射屏安装在转动装置上并由其带动旋转，转动检测模块检测所述的组合式定向散射屏的旋转角度位置信号及每个定向散射子屏的起始位置的信号并传输给光源驱动脉冲控制模块和图像存储控制模块，具体为(i)组合式定向散射屏每旋转360/M° ,转动检测模块发出一个脉冲信号S1给光源驱动脉冲控制模块和图像存储控制模块；(ii)组合式定向散射屏每转过一个定向散射子屏，转动检测模块发出一个信号S2给光源驱动脉冲控制模块和图像存储控制模块；(4)光源驱动脉冲控制模块将根据接收到的脉冲信号S1对脉冲周期进行处理，输出以供LED光源脉冲驱动点亮的脉冲式恒流源I，频率为Mω，其中ω为组合式定向散射屏的转速(r/s)，占空比为1/N;(5)光源驱动脉冲控制模块再根据接收到的信号&确定每一个定向散射子屏的位置，调节输出对应时刻供LED光源脉冲驱动点亮的脉冲式恒流源I中的有效脉冲位置，与每个定向散射子屏的光栅方向相对应；(6)图像存储控制模块存储供高速空间光调制器显示的序列信息，并根据接收到的信号S1和S2控制所述的高速空间光调制器显示图像序列的初始位置及所述的高速空间光调制器的帧频，实现所述的投影图像与所述的组合式定向散射屏转动的同步；(7)组合式定向散射屏旋转I圈，高速空间光调制器通过投影光学系统投影出M幅组合的图像，通过每一个定向散射子屏对出射光线的限制，将视角分辨率提高了 N倍，位于周围的观察者均可以观察到具有高视角分辨率的空间三维场景。所述的M为100-2000，所述的N为2-50。本专利技术将LED的时序脉冲驱动和现有帧频的高速空间光调制器结合起来，并采用每个定向散射子屏散射方向具有微小偏差的组合式定向散射屏旋转来扫描360°视场，实现了 360°视场空间三维显示，提高了空间三维显示的视角分辨率和刷新频率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在本专利技术通过光源脉冲驱动控制模块对LED光源进行脉冲点亮的方式与组合式定向散射屏的旋转相配合，利用了每个定向散射子屏散射方向的微小偏差实现高密度的视角扫描，实现了具有高视角分辨率的360°视场三维显示，提高了三维显示图像的质量，更加符合人眼自然观察的习惯。附图说明图1是本专利技术的高视角分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高视角分辨率的360°视场三维显示装置，其特征在于，包括LED光源、照明光学系统、高速空间光调制器、投影光学系统、组合式定向散射屏、转动装置、转动检测模块、图像存储控制模块、光源驱动脉冲控制模块，其中：LED光源，作为照明光学系统的照明光源，与光源脉冲驱动控制模块连接；照明光学系统，将LED光源发出的光线进行收集并会聚到高速空间光调制器上；高速空间光调制器，将需要显示的图像加载其上并按顺序高速显示出来；投影光学系统，将高速空间光调制器上的图像投影到组合式定向散射屏上；组合式定向散射屏，由多个定向散射子屏组合拼接而成，每个定向散射子屏均对投影其上的图像的出射角度进行控制，保证观察区域的观察者的双眼看到具有视差的图像；转动装置，与组合式定向散射屏连接，并带动组合式定向散射屏转动；转动检测模块，检测所述的组合式定向散射屏的旋转角度位置及每个定向散射子屏的起始位置，并将其探测的旋转角度位置和起始位置的信号传给图像存储控制模块和光源驱动脉冲控制模块；图像存储控制模块，存储供高速空间光调制器显示的图像序列，并根据接收到的信号控制所述的图像序列的初始位置及所述的高速空间光调制器的帧频，实现所述的高速空间光调制器显示的图像序列与所述的组合式定向散射屏转动的同步；光源驱动脉冲控制模块，根据转动装置的旋转角度位置信号控制驱动LED光源的脉冲电流。...

【技术特征摘要】
1.一种高视角分辨率的360°视场三维显示装置，其特征在于，包括LED光源、照明光学系统、高速空间光调制器、投影光学系统、组合式定向散射屏、转动装置、转动检测模块、 图像存储控制模块、光源驱动脉冲控制模块，其中LED光源，作为照明光学系统的照明光源，与光源脉冲驱动控制模块连接；照明光学系统，将LED光源发出的光线进行收集并会聚到高速空间光调制器上；高速空间光调制器,将需要显示的图像加载其上并按顺序高速显示出来；投影光学系统，将高速空间光调制器上的图像投影到组合式定向散射屏上；组合式定向散射屏，由多个定向散射子屏组合拼接而成，每个定向散射子屏均对投影其上的图像的出射角度进行控制，保证观察区域的观察者的双眼看到具有视差的图像；转动装置，与组合式定向散射屏连接，并带动组合式定向散射屏转动；转动检测模块，检测所述的组合式定向散射屏的旋转角度位置及每个定向散射子屏的起始位置，并将其探测的旋转角度位置和起始位置的信号传给图像存储控制模块和光源驱动脉冲控制1吴块；图像存储控制模块，存储供高速空间光调制器显示的图像序列，并根据接收到的信号控制所述的图像序列的初始位置及所述的高速空间光调制器的帧频，实现所述的高速空间光调制器显示的图像序列与所述的组合式定向散射屏转动的同步；光源驱动脉冲控制模块，根据转动装置的旋转角度位置信号控制驱动LED光源的脉冲电流。2.根据权利要求1所述的高视角分辨率的360°视场三维显示装置，其特征在于，所述的LED光源包括红色、绿色和蓝色三色分离的三块高亮度LED芯片或LED芯片阵列，或红色、绿色和蓝色三色集成的一块高亮度LED芯片或LED芯片阵列。3.根据权利要求1所述的高视角分辨率的360°视场三维显示装置，其特征在于，所述的高速空间光调制器为反射型的高速数字微镜器件。4.根据权利要求1所述的高视角分辨率的360°视场三维显示装置，其特征在于，所述的组合式定向散射屏由N个定向散射子屏拼接组成，其中N为大于等于2的自然数，每个定向散射子屏对应的圆心角为360/N。。5.根据权利要求4所述的高视角分辨率的360°视场三维显示装置，其特征在于，每个定向散射子屏为反射式偏折型散射屏，由光栅方向互相平行的反射式锯齿型光栅和柱面光栅构成；第i个定向散射子屏的光栅方向与其对应圆心角的角平分线成a Z角，a i满足Qi = 90+360/(MN) · [1-(N+l)/2];其中M为组合式定向散射屏旋转一周投影光学系统投影的图像数为自然数，且满足I < i < N。6.根据权利要求1所述的高视角分辨率的360°视场三维显示装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，夏新星，李海峰，郑臻荣，于超，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：