CN102053377A - 一种三维立体成像设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于三维立体成像技术领域，涉及一种三维立体成像设备和系统。一种三维立体成像设备，该设备包括显示装置和偏光装置，其特征在于，所述显示装置包括多个二维显示器，每个二维显示器包括一个显示窗口，各二维显示器的显示窗口的大小和形状相同，且各二维显示器的显示窗口的中心在一条直线上；所述偏光装置包括多个半反半透光学器件，每两个二维显示器之间设置一半反半透光学器件，在多个二维显示器组成的二维显示器列的首端或/和末端设置一半反半透光学器件，且各半反半透光学器件的反射面相互平行，各二维显示器的中心连成的直线与半反半透光学器件的反射面垂直，各半反半透光学器件的反射面面积为各二维显示器的显示窗口面积的1.414～2倍。

Description

一种三维立体成像设备和系统
【技术领域】
本发明属于三维立体成像技术领域，涉及一种三维立体成像设备和系统。
【背景技术】
三维显示区别于二维显示最根本的区别就在于，要用各种方法给观看者带来视觉的深度感知，使人自然或者不自然的获得画面中第三维的信息。对于三维立体成像技术而言，还原三维立体空间中的真实物理景深非常重要，也是使人眼能够感知到三维立体图像的最关键的因素。
发明人之前在专利申请号为200910109909.X的中国发明专利，介绍了一种三维立体成像方法，该方法是按照物理景物深度将三维景物纵向分切制作成若干二维层面，然后将各二维层面分别同时显示出来形成二维画面，并使显示的二维画面的像拼合成原三维景物的像，在该专利中，是将一个具有深度信息的三维景物按照景物深度的方向进行层切，然后将每一层的三维景物制作成一个二维层面，将每一个二维层面显示在一个二维的显示器上面，显示器的个数和二维层面的个数相同，而且各显示器的排列方式如下：多个显示器分两组相对排列，每组各显示器在同一平面内，且每组各显示器的中心在一条直线上，每一显示器发出的光线都能通过其相对的显示器反射到其相邻的显示器上。在每个显示器的表面都设置有半透半反光学器件，该半透半反光学器件受电信号控制，用于在显示画面时透光不显示画面时反光。由此使得各显示器所发出的光线经其他显示器表面上的半透半反光学器件反射成像，各显示器显示的二维层面的像拼合成三维立体图像。
在该专利中，各显示器如此排列方式出现的一个问题是：假如各显示器的大小一样，而各二维层面在制作时其是按照真实三维景物的大小来制作的，而各二维层面的像与人眼的距离比真实的各二维层面与人眼的距离要远，所以导致因为视距的原因，导致人眼看到的各二维层面的像比人眼看到的真实的各二维层面要小，则导致图像出现失真的问题，为了消除少因两组平面显示单元距离造成的像在人眼中的大小失真，所以所述各二维平面显示单元的大小不一样，离人眼最近的二维平面显示单元为成像窗口，离成像窗口由远及近的各二维平面显示单元的面积大小分别是成像窗口大小的N2倍……16倍、9倍和4倍。
仅仅是分成4个二维层面，则第4个显示器的面积大小是第一个显示器面积大小的16倍，如果是分成N个二维层面，则第N个显示器面积大小是第一个显示器面积大小的第N2倍，这样技术限制了实际应用范围，其三维景物的分层数量也得到了极大的限制，则还原三维景物的真实程度还是会大大折扣。而其设备成本在制作起来也是相当高。
【发明内容】
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，本发明提出了一种新的三维立体成像设备和系统，本发明的三维立体成像设备和系统具有结构简单、而且成本低廉的优点。本发明的三维立体成像设备和系统能够不受显示器个数限制，使得显示出来的三维立体图像更加逼真。
本发明的具体技术方案如下：
本发明提供一种三维立体成像设备，该设备包括显示装置和偏光装置，其特征在于，所述显示装置包括多个二维显示器，每个二维显示器包括一个显示窗口，各二维显示器的显示窗口的大小和形状相同，且各二维显示器的显示窗口的中心在一条直线上；所述偏光装置包括多个半反半透光学器件，每两个二维显示器之间设置一半反半透光学器件，在多个二维显示器组成的二维显示器列的首端或/和末端设置一半反半透光学器件，且各半反半透光学器件的反射面相互平行，各二维显示器的中心连成的直线与半反半透光学器件的反射面垂直，各半反半透光学器件的反射面面积为各二维显示器的显示窗口面积的1.414～2倍。
所述半反半透光学器件为平板形半反半透玻璃。
所述半反半透玻璃的反射面与二维显示器的边缘接触。
所述半反半透玻璃的边沿与所述二维显示器的边沿接触。
相邻的两二维显示器的边沿相接触。
所述二维显示器为平板型液晶显示器。
所述半反半透玻璃的反射面与所述二维显示器呈45°夹角。
所述二维显示器水平放置。
本发明另提供一种三维立体成像系统，包括像源制作设备和成像设备，所述像源制作设备用于按照物理景物深度将三维景物纵向分切制作成若干二维层面，所述成像设备用于将各二维层面分别显示出来形成二维画面，并使显示的二维画面的像拼合成原三维景物的像，其特征在于，所述成像设备为如上述的三维立体成像设备，各二维层面分别在二维显示器中显示出来，且的空白区域为黑色。
所述成像设备还包括一多屏显示卡以及一与该多屏显示卡连接的主机所有的主机，该多屏显示卡与多个二维显示器连接。
所述像源制作设备包括画面分切单元和画面拼合单元，所述画面分切单元用于将三维景物按照物理景物深度纵向分切制作成若干二维层面，所述画面拼合单元用于将各二维层面按顺序拼接成一个二维画面；所述二维画面通过所述多屏显示卡输出给多个二维显示器。
所述将各二维层面拼接成一个二维画面的具体顺序为：将1-N号二维层面由号数由小到大逐行由左至右或从右至左排列，每行排列的二维层面个数相同，所有的二维层面排列在一起拼接成一个二维画面。
或者：所述将各二维层面拼接成一个二维画面的具体顺序为：将1-N号二维层面由号数由小到大逐列由上至下或从下至上排列，每列排列的二维层面个数相同，所有的二维层面排列在一起拼接成一个二维画面。
本发明的有益的技术效果在于：
本发明通过将各二维显示器的形状和大小设置成相同，而且各二维显示器的中心在一条直线上，各半反半透光学器件的反射面相互平行，各二维显示器的中心连成的直线与半反半透光学器件的反射面垂直，避免了因将二维显示器设置成两列，使得离人眼最远的显示器的面积要比离人眼最近的显示器的面积要大很多的缺陷，而且如此设计，可以沿着一条直线设置无限个二维显示器，使得原三维景物能够被切分成无限份，则拼合起来的三维景物的像也能够更加真实的还原了三维景物的物理景深，具有良好的视觉效果。
而且各显示器排列成一列后，各显示器的大小设置成同样大小，也不会使拼合的三维景物的像失真，能够非常好的节约成本。
将半反半透玻璃的反射面与所述二维显示器的夹角设置成45°，使得可以将水平放置的二维显示器显示的二维画面经半反半透玻璃的反射后成为直立的像，方便人眼观看。
本发明通过一个多屏显示卡与多个显示器连接，而且一个多屏卡受一个主机控制，很方便的实现了多个显示器显示二维画面的同步，系统成本低廉。
【说明书附图】
图1为本发明三维成像设备中显示装置和偏光装置的位置分布示意图；
图2为本发明三维成像系统结构框图；
图3为本发明三维成像设备的结构示意图；
图4为本发明三维成像设备成像原理示意图。
【具体实施方式】
本发明涉及一种三维立体成像设备和系统。本发明是在专利申请号为：200910109909.X中国发明专利的基础上所做的改进发明，与该专利所不同的是，本发明的三维立体成像设备的各二维显示器的中心在一条直线上，各半反半透光学器件设置于两二维显示器之间，且各半反半透光学器件的反射面相互平行，各二维显示器的中心连成的直线与半反半透光学器件的反射面垂直。如此设计，可以沿着一条直线设置无限个二维显示器，使得原三维景物能够被切分成无限份，则拼合起来的三维景物的像也能够更加真实的还原了三维景物的物理景深，具有良好的视觉效果。
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步的阐述和说明：
如图1所示，一种三维立体成像设备10，包括显示装置11和偏光装置12，所述显示装置包括四个平板形液晶显示器111，各平板显示器111水平放置，各平板形液晶显示器111形状和大小相同，均为45cmX80cm的长方形平板液晶显示器。各平板形液晶显示器111在同一平面，且各平板形液晶显示器111的中心在一条直线上。
所述偏光装置12包括四个平板形半反半透玻璃121，各半反半透玻璃121的形状相同，面积为各二维显示器的显示窗口面积的1.414倍。均为90cmX160cm的长方形平板半反半透玻璃，每两个平板形液晶显示器111之间设置一平板形半反半透玻璃121，且位于四个平板形液晶显示器111组成的显示器列的末端112设置有一平板形半反半透玻璃121，人眼17位于显示器列的前端113，观看时从前端像末端观看。各平板形半反半透玻璃121相互平行，且每一半反半透玻璃121与平板形液晶显示器成45°，且半反半透玻璃的反射面1211与显示器成45度角，半反半透玻璃的透射面1212与显示器成145°。各半反半透玻璃的边沿1213与显示器的边沿1111接触，相邻的两个显示器的边沿1111相接触。
采用上述的三维立体成像设备，还可制作成一个三维立体成像系统，如图2所示，一种三维立体成像系统，该三维立体成像系统除包括上述的三维立体成像设备10外，还包括像源制作设备20，所述像源制作设备20用于按照物理景物深度将三维景物纵向分切制作成若干二维层面，所述成像设备10用于将各二维层面分别显示出来形成二维画面，并使显示的二维画面的像拼合成原三维景物的像。
按照景物深度将三维景物纵向分切制作成若干二维层面的方法在专利申请号为：200910109909.X中国发明专利里已经有详细的记载，在此不再赘述。与上述专利不同的是：
又如图2所示，所述像源制作设备20包括画面分切单元21和画面拼合单元22，所述画面分切单元21用于将三维景物按照物理景物深度纵向分切制作成若干二维层面，所述画面拼合单元22用于将各二维层面按顺序拼接成一个二维画面。
如图3所示，该三维立体成像设备10还包括一多屏显示卡13和一与多屏显示卡13连接的主机14，该多屏显示卡13与多个液晶显示器111连接。所述二维画面经主机14播放后通过所述该多屏显示卡13输出给多个液晶显示器111。
本发明的三维立体成像设备以及三维立体成像系统的工作原理如下：
如图4所示，由于半反半透玻璃121具有在黑色背景下反射光线，在光亮的背景下透射反射的作用，即半反半透玻璃即具有透射光线的功能又具有反射光线的功能，所以距离人眼最近的平板形液晶显示器111上显示的二维层面15，该液晶显示器111发出的光线被离人眼最近的半反半透玻璃121反射到人眼17，形成直立的与该显示器上显示的二维层面等大的虚像15，而距离人眼17第二近的平板形液晶显示器111发出的光线经距离人眼第二近的半反半透玻璃121反射，再透射过距离人眼最近的半反半透玻璃进入人眼，形成直立的与距离人眼第二近的显示器上显示的二维层面等大的虚像16，以此类推，距离人眼第三近的显示器发出的光线经半反半透玻璃反射后并连续穿透前面的两个半反半透玻璃进入人眼，也形成直立的与距离人眼第三近的显示器上显示的二维层面等大的虚像，距离人眼最远的显示器发出的光线经半反半透玻璃反射后并连续穿透前面的三个半反半透玻璃进入人眼，也形成直立的与距离人眼最远的显示器上显示的二维层面等大的虚像。人眼从显示器列的前端113向显示列的末端112观看，可以看到多个虚像重叠在一起，而由于各个虚像的相对位置和各二维层面的相对位置关系相同，所以多个虚像拼合在一起即形成具有物理深度的三维景物的像。
当三维景物分层越多，则分切出的二维层面越多，所需的液晶显示器也越多，采用上述成像设备形成的二维层面的像越多，而且当分切的二维层面数量越多，所分切出的二维层面内所包含的虚拟的景深信息越少，而由于各二维层面的像的位置关系与二维层面在三维景物中的位置相同，所以多个二维层面的像拼合成的三维景物的像所包含的真实的物理景深的信息也就越多，则该三维景物的像与原三维景物越接近。
而且由于液晶显示器排成一列，则只需将液晶显示器的大小设置成一样大小就可以实现人眼观察到二维层面的像的大小与真实的二维层面的大小相同，使得拼合出的三维景物的像不会失真。如此则可以使得显示器的数量增加到很多，可以较真实的显示出三维景物的像，而且设备和系统的成本也大大降低。
需要说明的是：
将上述的半反半透玻璃改换成45°玻璃材质的棱镜也是可行的，所述棱镜的斜面与液晶显示器呈45°，棱镜的两直面分别与液晶显示器平行和垂直，由于玻璃的全反射，所以该棱镜的斜面可以将与该棱镜接触的显示器发出的光线反射到人眼，而棱镜的直面又可以使光线通过，但是由于光的折射作用，所以不与该棱镜接触的其他显示器上显示的其他二维层面的像会出现偏移，如果不矫正该偏移量，则会各二维层面的像的位置关于会发生改变，则拼合出的图像则不是原三维景物的像，所以需要将显示器上显示的二维层面偏移一定的距离。
所述显示器也可为CRT球面显示器，但是各显示器的显示窗口大小和形状相同，各显示器的显示窗口的中心在一条直线上。
显示器与半反半透玻璃的夹角可为其他角度，但是较优的是45°。
半反半透玻璃的个数可比液晶显示器的个数多，多出的一个半反半透玻璃设置于显示器列的前端。
各半反半透光学器件的反射面面积也可为各二维显示器的显示窗口面积的2倍。总之，各半反半透光学器件的反射面面积大于或者等于各二维显示器的显示窗口面积的1.414倍。
相邻的两个显示器之间可保留一定的距离，各个距离的大小可不同。
总之：上述实施例中重点对本发明的设计原理和设计思想做了详细的说明，同时也列举了一些具体的技术方案对其设计原理和设计思想的支持，本领域的技术人员很容易通过上述的说明对本发明做一些简单改进和优化，毫无疑问的是，这些简单的改进和优化应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维立体成像设备，该设备包括显示装置和偏光装置，其特征在于，所述显示装置包括多个二维显示器，每个二维显示器包括一个显示窗口，各二维显示器的显示窗口的大小和形状相同，且各二维显示器的显示窗口的中心在一条直线上；所述偏光装置包括多个半反半透光学器件，每两个二维显示器之间设置一半反半透光学器件，在多个二维显示器组成的二维显示器列的前端或/和末端设置一半反半透光学器件，且各半反半透光学器件的反射面相互平行，各二维显示器的中心连成的直线与半反半透光学器件的反射面垂直，各半反半透光学器件的反射面面积为各二维显示器的显示窗口面积的1.414～2倍。
2.根据权利要求1所述三维立体成像设备，其特征在于，所述半反半透光学器件为平板形半反半透玻璃。
3.根据权利要求2所述三维立体成像设备，其特征在于，所述半反半透玻璃的反射面与二维显示器的边缘接触。
4.根据权利要求3所述三维立体成像设备，其特征在于，所述半反半透玻璃的边沿与所述二维显示器的边沿接触。
5.根据权利要求4所述三维立体成像设备，其特征在于，相邻的两二维显示器的边沿相接触。
6.根据权利要求1-5任一所述三维立体成像设备，其特征在于，所述二维显示器为平板型液晶显示器。
7.根据权利要求6所述三维立体成像设备，其特征在于，所述半反半透玻璃的反射面与所述二维显示器呈45°夹角。
8.一种三维立体成像系统，包括像源制作设备和成像设备，所述像源制作设备用于按照物理景物深度将三维景物纵向分切制作成若干二维层面，所述成像设备用于将各二维层面分别显示出来形成二维画面，并使显示的二维画面的像拼合成原三维景物的像，其特征在于，所述成像设备为如权利要求1-6任一所述的三维立体成像设备，各二维层面分别在二维显示器中显示出来，且的空白区域为黑色。
9.根据权利要求8所述的三维立体成像系统，其特征在于，所述成像设备还包括一多屏显示卡以及一与该多屏显示卡连接的主机所有的主机，该多屏显示卡与多个二维显示器连接。
10.根据权利要求9所述的三维立体成像系统，其特征在于，所述像源制作设备包括画面分切单元和画面拼合单元，所述画面分切单元用于将三维景物按照物理景物深度纵向分切制作成若干二维层面，所述画面拼合单元用于将各二维层面按顺序拼接成一个二维画面；所述二维画面通过所述多屏显示卡输出给多个二维显示器。
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