允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維圖像顯示技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種允許時間復(fù)用的光柵式二維顯不系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于二維顯示難以清楚準確地表達第三維的深度信息，人們一直在致力于研究可顯示立體場景的顯示技術(shù)一一三維圖像顯示技術(shù)。由于光柵式三維顯示技術(shù)兼容于主流的平板顯示器，因此其一直是目前實用化最為廣泛的三維技術(shù)。通過光柵的分光功能，傳統(tǒng)光柵式三維顯示技術(shù)引導(dǎo)顯示屏等間隔像素列出射的光束分別指向不同的視點，使不同的視點可以接收來自不同像素列陣的光學(xué)信息，基于雙目視差實現(xiàn)三維圖像的呈現(xiàn)。為了獲得更多的視點從而獲取更好的三維視覺體驗，傳統(tǒng)光柵式三維顯示系統(tǒng)需要高、甚至超高分辨率的顯示屏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)和方法，通過將時間復(fù)用引入傳統(tǒng)的光柵式三維顯示技術(shù)，在采用相同分辨率顯示屏的情況下，基于視覺滯留效應(yīng)，可以實現(xiàn)更多視點的呈現(xiàn)。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
提供一種允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)，包括:
一個通光孔徑陣列，所述通光孔徑陣列由多個通光孔徑組成并置于選通面上；
一個顯示屏，所述顯示屏置于顯示面上用于顯示光學(xué)圖像信息；
一個光柵，具有分光功能，所述光柵沿顯示屏出射光傳輸方向設(shè)置于顯示屏前的光柵面上，光柵用于將所述顯示屏上不同像素列組出射的光束引導(dǎo)至選通面上形成不同的選通區(qū)域，并使各選通區(qū)域內(nèi)的所有通光孔徑都可以接收到對應(yīng)像素列組所有像素出射的光束，但同時接收不到其它組像素列出射的光束；
一個控制單元，所述控制單元與通光孔徑及顯示屏電連接；在一個時間點，各選通區(qū)域內(nèi)最多一個通光孔徑由控制單元(40)選通，并由控制單元(40)控制所述顯示屏刷新顯示相應(yīng)圖像信息。
[0005]上述方案中，通過采用像素具有一定出射角的顯示屏并利用光柵將間隔像素列組成的不同像素列組發(fā)出的光束引導(dǎo)至選通面上形成不同的選通區(qū)域，不同像素列組分別可見于不同選通區(qū)域的全部通光孔徑，通過各選通區(qū)域內(nèi)通光孔徑的時序選通實現(xiàn)更多視點的呈現(xiàn)。在采用相同分辨率顯示屏的情況下，本發(fā)明一種允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)與傳統(tǒng)光柵式三維顯示技術(shù)相比，基于視覺滯留效應(yīng)，可以實現(xiàn)更多視點的呈現(xiàn)。
[0006]進一步地，還包括光學(xué)投影透鏡，所述光學(xué)投影透鏡沿顯示屏出射光傳輸方向設(shè)置于所述光柵的前面，光學(xué)投影透鏡用于對顯示屏及光柵成虛像，并以顯示屏虛像代替顯示屏，以光柵虛像代替光柵。
[0007]進一步地，還包括若干個遮光板，所述遮光板沿一維或二維方向包圍所述通光孔徑陣列和/或顯示屏，遮光板用于遮擋顯示屏出射光線中不經(jīng)過通光孔徑陣列所占空域的光線，防止該光線對觀察者的影響。
[0008]進一步地，顯示屏上的像素為主動發(fā)光的像素。
[0009]進一步地，所述顯示屏上設(shè)有對應(yīng)光源，所述顯示屏上的像素為被動發(fā)光的像素。
[0010]本發(fā)明的另一個目的是提供一種允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示方法，包括以下步驟:
51.將顯示屏上的像素列分為K個像素列組，顯示屏上K個像素列組出射的光束經(jīng)光柵分光引導(dǎo)在選通面上形成K個選通區(qū)域，K個像素列組按一一對應(yīng)的方式分別可見于K個選通區(qū)域；其中，K個像素列組分別為(1，K+1，2K+1，...，(η-1)Κ+1)列組，(2，Κ+2, 2Κ+2,...，(η-1)Κ+2)列組、…、(Κ, 2Κ, 3Κ,...，ηΚ)列組，η 為整數(shù)；
52.沿像素列的排列方向，將尺寸為d的任意選通區(qū)域k均分為m個尺寸為d/m的子選通區(qū)域，各子選通區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個通光孔徑；
53.沿像素列的排列方向，將包含所述ηΚ個像素列的顯示屏的尺寸設(shè)為D，并將所述顯示屏均分為m’個尺寸為D/m’的子顯示屏，m’ ^ 1 ;
54.沿顯示屏投射光線傳輸方向在選通區(qū)域的前方，任一子顯示屏的兩邊點和任一子選通區(qū)域兩邊點的連線相交形成一系列空間點，將這些空間點作為系統(tǒng)視點；
55.任一通光孔徑打開時，該通光孔徑所在選通區(qū)域?qū)?yīng)像素列組在不同子顯示屏上的顯示內(nèi)容分別為各子顯示屏和該通光孔徑所在子選通區(qū)域按步驟S4所確定視點對應(yīng)視圖的內(nèi)容；
56.在同一時間點，各選通區(qū)域最多一個通光孔徑由控制單元選通，對應(yīng)像素列組的刷新顯示內(nèi)容根據(jù)步驟S5確定；
57.在相鄰多個時間點，各選通區(qū)域的m個通光孔徑依次打開，并根據(jù)步驟S6進行圖像刷新加載；
58.循環(huán)重復(fù)步驟S7。
[0011]本發(fā)明一種允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示方法的另一種替代方式，包括以下步驟:
551.將顯示屏上的像素列分為K個像素列組，顯示屏上K個像素列組出射的光束經(jīng)光柵分光引導(dǎo)在選通面上形成Κ個選通區(qū)域，Κ個像素列組按一一對應(yīng)的方式分別可見于Κ個選通區(qū)域；其中，Κ個像素列組分別為(1，Κ+1，2Κ+1，...，(η-1)Κ+1)列組，(2，Κ+2, 2Κ+2,...，(η-1)Κ+2)列組、…、(Κ, 2Κ, 3Κ,...，ηΚ)列組，η 為整數(shù)；
552.沿像素列的排列方向，將尺寸為d的任意選通區(qū)域k均分為m個尺寸為d/m的子選通區(qū)域，各子選通區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個通光孔徑；
553.沿顯示屏投射光線傳輸方向在選通區(qū)域的前方，顯示屏兩邊點和一個子選通區(qū)域兩邊點的連線相交形成一個空間點，取該空間點和該子選通區(qū)域之間空間范圍內(nèi)的任一點作為該子選通區(qū)域?qū)?yīng)的系統(tǒng)視點，其中，該空間點和該子選通區(qū)域之間空間范圍內(nèi)的任一點也包括該空間點和該子選通區(qū)域上的點；
554.任一通光孔徑打開時，以目標三維圖像關(guān)于該通光孔徑所在子選通區(qū)域所對應(yīng)視點的視圖作為顯示屏的顯示內(nèi)容； 555.在同一時間點，各選通區(qū)域內(nèi)最多一個通光孔徑由控制單元選通，顯示屏的刷新顯示內(nèi)容根據(jù)步驟SS4確定；
556.在相鄰m個時間點，各選通區(qū)域的m個通光孔依次打開，并根據(jù)步驟SS5進行圖像刷新加載；
557.循環(huán)重復(fù)步驟SS6。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將時間復(fù)用引入到傳統(tǒng)的光柵式三維顯示技術(shù)中，通過控制單元對通光孔徑陣列的時序選通，呈現(xiàn)更多的視點，以平滑移動視差，甚至在相鄰視點間距小于瞳孔尺寸時實現(xiàn)超多視圖顯示，克服傳統(tǒng)光柵式三維顯示技術(shù)輻輳-聚焦沖突帶來的視覺不適，呈現(xiàn)自然的三維視覺效果。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實施例允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)視點確定示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明實施例允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)中某通光孔經(jīng)選通時各子顯示屏顯示內(nèi)容示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明實施例允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)中觀察到視圖來自于同一取樣像素列組的視點示例。
[0017]圖5是本發(fā)明實施例允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)中觀察到視圖來自于不同取樣像素列組的視點示例。
[0018]圖6是本發(fā)明實施例允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)中光學(xué)投影透鏡對顯示屏及光柵成像的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖7是本發(fā)明實施例允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)中光柵可選放置位置示意圖。
[0020]圖8是本發(fā)明實施例允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)中考慮像素尺寸時確定光柵通光孔徑尺寸的幾何關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0021]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。本發(fā)明通過時間復(fù)用的引入，提高光柵式三維顯示技術(shù)所能呈現(xiàn)的視圖數(shù)目，以獲得更好的三維視覺體驗。
實施例
[0022]本發(fā)明一種允許時間復(fù)用的光柵式三維顯示系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)如圖1所示，顯示屏10由ηΚ列間距為δ的像素列組成，本實施例中以Κ=3為例進行說明；其中(1，Κ+1，2Κ+1，...，(η-1)Κ+1)列像素、(2，Κ+2，2Κ+2，...，(η_1)Κ+2)列像素、...、(Κ, 2Κ, 3Κ, ΗνηΚ)列像素分別命名為像素列組1、2、...、Κ;沿顯示屏10像素出射光的傳輸方向設(shè)置一個狹縫光柵20，狹縫光柵20置于顯示面之前的光柵面上；沿顯示屏10像素出射光的傳輸方向，mK個間距為d/m的通光孔徑組成的通光孔經(jīng)陣列30置于光柵面后面的選通面上，選通面與顯示面之間的距離為L，選通面上存在K=3個毗鄰的尺寸均為d的選通區(qū)域，即選通區(qū)域1、選通區(qū)域2和選通區(qū)域3，將各選通區(qū)域等距地分成m個子選通區(qū)域，各通光孔徑置于各子選通區(qū)域中；顯示屏10各像素具有一定的出射角，其大小滿足如下要求:各像素的出射光束覆蓋整個選通區(qū)域。通過光柵20的分光，像素列組1所有像素僅可見于選通區(qū)域1、像素列組2所有像素僅可見于選通區(qū)域2、像素列組3所有像素僅可見于選通區(qū)域3，為滿足該要求，根據(jù)圖1所示幾何關(guān)系，光柵面距離顯示面的距離L1滿足δ/(K-l)d=Ll/(L-Ll)，此時，光柵20的通光孔徑尺寸b=dLl/L，光柵常數(shù)a+b= δ (L_Ll)/L+b。在這種情況下，像素列組1所有像素出射光束覆蓋選通區(qū)域1 ;像素列組2所有像素出射光束覆蓋選通區(qū)域2 ;像素列組3所有像素出射光束覆蓋選通區(qū)域3。這些像素列組對應(yīng)命名為像素列組1、像素列組2和像素列組3。若像素列組的數(shù)量取的更多時，依此規(guī)律進行命名。
[0023]將尺寸為D的顯示屏10均分為m’個尺寸為D/m’的子顯示屏，如圖2所示，本實施例中m’ =4，m=5。連接各子顯示屏和各子選通區(qū)域的兩邊點，沿顯示屏10相交得到若干個交點，將這些交點或其附近的點作為系統(tǒng)視點，如圖2中的視點q、視點q+Ι、視點q+2、視點q+3、視點q+4等。在某個時刻，控制單元40控制選通區(qū)域k中的某子選通區(qū)域的通光孔經(jīng)打開，如將通光孔徑陣列