一種基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及裸眼立體顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人們對(duì)客觀世界的感知方式有多種，眼睛承載著人類(lèi)90%以上的信息獲取能力，借助視覺(jué)能獲得的信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)及味覺(jué)等其他方式所能獲得的信息量?，F(xiàn)實(shí)中的物體都是立體的、三維的，人眼的視覺(jué)系統(tǒng)能夠很好的適應(yīng)現(xiàn)實(shí)中的三維世界，準(zhǔn)確的把圖像信息傳遞給人們。三維立體顯示技術(shù)提供了與真實(shí)世界相比的視覺(jué)信息，讓人們能夠感知立體的世界，極大地便利了人們的視覺(jué)享受。
[0003]三維立體顯示技術(shù)中最重要的是立體顯示器。其能再現(xiàn)物體的三維信息，提供物體更為全面、詳實(shí)的信息，在醫(yī)學(xué)、軍事、廣告藝術(shù)以及立體電視等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而目前的立體顯示器無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)裸眼、寬視域觀看，以及立體圖像的懸浮和可觸摸，人機(jī)交互性較差。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)及方法，旨在通過(guò)本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的立體顯示器無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)裸眼、寬視域觀看，以及立體圖像的懸浮和可觸摸的缺陷，提高人機(jī)交互性，為用戶(hù)提供方便。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
一種基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，所述裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)包括: 圍繞定向屏呈環(huán)形設(shè)置用于提供視差圖的多個(gè)投影機(jī)；
設(shè)置在多個(gè)投影機(jī)前方的用于將多個(gè)投影機(jī)提供的視差圖進(jìn)行圖像處理的定向屏； 通過(guò)一轉(zhuǎn)軸與所述定向屏連接的用于帶動(dòng)定向屏按一預(yù)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)；
設(shè)置在定向屏前方的用于將處理后的圖像進(jìn)行立體顯示的圖像顯示區(qū)域；
所述定向屏包括菲涅爾透鏡組和一片光柵，所述菲涅爾透鏡組包括兩片菲涅爾透鏡，分別標(biāo)記為第一菲涅爾透鏡和第二菲涅爾透鏡，所述第一菲涅爾透鏡、第二菲涅爾透鏡和光柵依次排列；
通過(guò)多個(gè)投影機(jī)提供視差圖，所述定向屏由電機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，所述多投影機(jī)環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸排列，當(dāng)定向屏正對(duì)其中一個(gè)投影機(jī)時(shí)，控制將投影機(jī)出瞳成像，在定向屏上方形成一條觀察帶，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，形成的觀察帶圍成整圈，實(shí)現(xiàn)周視，以用于當(dāng)人眼位于任意兩條不同觀察帶時(shí)，將分時(shí)接收到對(duì)應(yīng)視差圖，形成立體視覺(jué)，且位于不同的位置，將觀察到立體圖像不同的側(cè)面。
[0007]所述基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，所述圖像顯示區(qū)域位于人眼與定向屏之間。
[0008]所述基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，定向屏還用于當(dāng)其中投影機(jī)位于定向屏中第一菲涅爾透鏡的焦點(diǎn)時(shí)，通過(guò)定向屏對(duì)該投影機(jī)出瞳成像，在定向屏的第二菲涅爾透鏡的焦平面上形成一條豎直的觀察帶。
[0009]所述基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，所述投影機(jī)為微型投影機(jī)。
[0010]所述基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示方法，其中，所述裸眼懸浮立體顯示方法包括步驟:
51、預(yù)先設(shè)定多個(gè)投影機(jī)環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行排列；
52、設(shè)置電機(jī)帶動(dòng)定向屏進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)定向屏旋轉(zhuǎn)至正對(duì)其中一個(gè)投影機(jī)時(shí)，將所述投影機(jī)出瞳成像，并在圖像顯示區(qū)域形成一條相應(yīng)的圖像觀察帶；
53、重復(fù)步驟S2，直到電機(jī)帶動(dòng)定向屏旋轉(zhuǎn)一周、形成的圖像觀察帶圍成整圈，此時(shí)圖像顯示區(qū)域顯示懸浮立體圖像。
[0011]所述基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示方法，其中，所述定向屏包括菲涅爾透鏡組和一片光柵，所述菲涅爾透鏡組包括兩片菲涅爾透鏡，分別標(biāo)記為第一菲涅爾透鏡和第二菲涅爾透鏡。
[0012]所述基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示方法，其中，所述步驟S2具體包括:
521、設(shè)置所述定向屏中的所述第一菲涅爾透鏡、第二菲涅爾透鏡和光柵依次排列；
522、當(dāng)定向屏由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)至正對(duì)其中一個(gè)投影機(jī)時(shí)，所述菲涅爾透鏡組將放置于第一菲涅爾透鏡焦平面處的投影機(jī)出瞳成像在第二菲涅爾透鏡焦平面處；
523、所述光柵將所述第二菲涅爾透鏡焦點(diǎn)處的投影機(jī)出瞳成像進(jìn)行散射，并在圖像顯示區(qū)域形成一條相應(yīng)的圖像觀察帶。
[0013]所述基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示方法，其中，所述圖像顯示區(qū)域位于人眼與定向屏之間。
本發(fā)明所提供的一種基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)及方法，所述裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)包括:圍繞定向屏呈環(huán)形設(shè)置用于提供視差圖的多個(gè)投影機(jī)；設(shè)置在多個(gè)投影機(jī)前方的用于將多個(gè)投影機(jī)提供的視差圖進(jìn)行圖像處理的定向屏；通過(guò)一轉(zhuǎn)軸與所述定向屏連接的用于帶動(dòng)定向屏按一預(yù)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)；設(shè)置在定向屏前方的用于將處理后的圖像進(jìn)行立體顯示的圖像顯示區(qū)域。本發(fā)明采用定向屏由電機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，多投影機(jī)環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸排列，當(dāng)定向屏正對(duì)其中一個(gè)投影機(jī)時(shí)，將投影機(jī)出瞳成像，在顯示器上方形成一條觀察帶。因此，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，形成的觀察帶圍成整圈，這樣不僅有效增大了觀看范圍，實(shí)現(xiàn)周視，同時(shí)可使多人多角度觀看立體圖像，提高了人機(jī)的互動(dòng)性。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是雙目視差原理圖。
[0015]圖2是四種視差類(lèi)型原理不意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖4是定向屏旋轉(zhuǎn)成像原理圖。
[0018]圖5是本發(fā)明基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)的定向屏結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖6是本發(fā)明基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)的雙菲涅爾透鏡成像原理圖。
[0020]圖7是本發(fā)明基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)的光柵定向散射原理示意圖。
[0021]圖8是本發(fā)明基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示方法的較佳實(shí)施例流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明公開(kāi)了一種基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)及方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]人類(lèi)的眼睛對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的深度感覺(jué)主要是來(lái)自于以下幾種方式，分別是:單眼的移動(dòng)視差、兩眼的視差、調(diào)節(jié)效應(yīng)、匯聚效應(yīng)。其中兩眼的視差是看物體產(chǎn)生立體感和深度感的最主要的原因。人類(lèi)的兩眼之間有大約65毫米左右的距離，右眼和左眼分別去看同一個(gè)物體之間是有小小的差別的，相當(dāng)于是用不一樣的角度去看世界的。雙眼對(duì)空間的定位按照如下的過(guò)程:具體如圖1所示，圖1為雙目視差原理圖(圖中灰色部分用于區(qū)分雙眼看到實(shí)物的不同位置)，其中10為實(shí)物，11為左眼實(shí)際看到的畫(huà)面，12為右眼實(shí)際看到的畫(huà)面，13為大腦合成左右雙眼畫(huà)面信息后重新構(gòu)建的影像。當(dāng)雙眼把看到有細(xì)微差別的兩幅圖像或場(chǎng)景反映給了大腦的時(shí)候，大腦把接收到的兩幅圖像綜合處理成為一副非常完整的圖像，產(chǎn)生了精確的立體狀態(tài)的物體和這個(gè)物體在真實(shí)場(chǎng)景中的位置。這樣使觀察者有立體和深度的感覺(jué)也就形成了。
[0024]任何取在立體空間中相同的一點(diǎn)，按投影在立體圖像對(duì)中的像點(diǎn)位置偏差的方向不同，分為垂直視差和水平視差。其中，垂直視差指的是在豎直方向上像點(diǎn)位置的偏移，水平視差指的是在水平方向上像點(diǎn)位置的偏移。但是垂直視差會(huì)讓雙眼觀察物體的時(shí)候感覺(jué)極度的不適，因?yàn)殡p眼是水平分布而不是垂直分布的。所以水平視差常常用在實(shí)現(xiàn)立體顯示的過(guò)程中，而垂直視差是立體顯示中盡量要避免出現(xiàn)的。
[0025]水平視差分別有零時(shí)差，正視差，負(fù)視差，發(fā)散視差四種類(lèi)型。請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為四種視差類(lèi)型原理示意圖，其中a表示零視差、b表示正視差、c表示負(fù)視差、d表示發(fā)散視差。如圖2所示，所述四種類(lèi)型的水平視差原理如下:
(I)零視差。雙眼中目標(biāo)物體的成像點(diǎn)和立體空間中的一點(diǎn)所形成的連線(xiàn)在顯示屏上交于同一點(diǎn)的時(shí)候，雙目視差是零，也就是上面所說(shuō)的零視差。觀看這一點(diǎn)的時(shí)候，會(huì)感覺(jué)這一點(diǎn)就在屏幕之上，那是因?yàn)樽笥已鄣囊暰€(xiàn)恰好交匯于顯示屏上的同一點(diǎn)。
[0026](2)正視差。雙眼中目標(biāo)物體的成像點(diǎn)和立體空間中的一點(diǎn)所形成的兩條連線(xiàn)和顯示屏相交，并且兩個(gè)交點(diǎn)之間的間隔小于人類(lèi)瞳距的規(guī)定值，此刻產(chǎn)生的視差也就是正視差，在呈現(xiàn)正視差的情況下，當(dāng)觀察者的目光投射到這點(diǎn)上時(shí)，產(chǎn)生大腦的融合之后，會(huì)感覺(jué)到這一點(diǎn)深于顯示屏，有一種深度感。
[0027](3)負(fù)視差。雙眼中成像點(diǎn)和立體空間中的一點(diǎn)所形成的兩條連線(xiàn)在顯示屏前相交，此刻產(chǎn)生的視差稱(chēng)為負(fù)視差。在呈現(xiàn)負(fù)視差的情況下，觀察者會(huì)感覺(jué)目標(biāo)點(diǎn)處于顯示屏以及雙眼之間。
[0028](4)發(fā)散視差。雙眼中成像點(diǎn)和立體空間中的一點(diǎn)所形成的兩條連線(xiàn)和顯示屏相交(在顯示屏前沒(méi)有相交)，且兩個(gè)交點(diǎn)之間的間隔大于人類(lèi)瞳距的規(guī)定值，此刻產(chǎn)生的視差稱(chēng)為發(fā)散視差。處于發(fā)散視差的情況下，觀察者的目光投射到這一點(diǎn)時(shí)將感到視覺(jué)疲勞，因?yàn)檫@兩點(diǎn)超過(guò)了融合范圍無(wú)法融合到一起。
[0029]為了使立體圖像懸浮可觸摸，所以圖像必須出屏且位于屏幕與人眼之間，根據(jù)以上四種視差類(lèi)型的特點(diǎn)，本發(fā)明提出一種基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)。請(qǐng)參見(jiàn)圖3，圖3是本發(fā)明基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，所述基于負(fù)視差的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)包括:圍繞定向屏呈環(huán)形設(shè)置用于提供視差圖的多個(gè)投影機(jī)I ;設(shè)置在多個(gè)投影機(jī)前方的用于將多個(gè)投影機(jī)提供的視差圖進(jìn)行圖像處理的定向屏2 ;通過(guò)一轉(zhuǎn)軸與所述定向屏連接的用于帶動(dòng)定向屏按一預(yù)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)3 ;設(shè)置在定向