CN102497572A

CN102497572A - 一种桌面式空间立体成像装置

Info

Publication number: CN102497572A
Application number: CN2011103855474A
Authority: CN
Inventors: 杨方廷; 刘玉明; 宿春慧; 管文艳; 涂颖; 韩哲; 姚宏伟
Original assignee: CASIC SIMULATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CASIC SIMULATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明提供一种基于立体投影方案的桌面式三投影面空间立体成像装置的实现方法。该装置包含前面、右面和底面三个投影屏幕，三个屏幕形成一个底面大小的立体成像空间。每一个面都是一个单独的立体投影系统，所述图形工作站10将同一场景不同部分的6路不同视频信号131~133以及102~104正确的分配到相应的投影仪上，通过环形偏振片滤光实现双眼视差，三个投影面相互配合呈现出沉浸感更强的空间立体场景。同时，本装置包含视点定位装置，用户看到的场景随着用户位置和角度的变化而实时更新。

Description

一种桌面式空间立体成像装置

技术领域

本发明涉及立体成像装置，特别是涉及一种桌面式空间立体成像装置。

背景技术

立体成像方法运用光学技术、微电子技术和计算机技术还原已获取的二维平面图像中显示内容的深度信息，并以三维立体的形式显示出来。与传统的二维显示相比，立体显示的信息量更大，感染力更强，更逼真，有助于大幅度提升虚拟现实系统的沉浸感，已逐渐成为虚拟现实系统的主流显示方式，广泛应用于虚拟装配、操作培训等领域。

实现立体成像的关键在于实现双眼视差，因为人眼主要是通过左右眼视图的差异来获得空间深度感的。利用偏振光过滤原理实现双眼视差的立体投影是目前较为常见的一种立体成像方式，然而，常规的单投影屏幕平面立体成像存在立体效果欠缺、视觉沉浸感弱等缺点；而包含多个投影面的洞穴系统则存在系统复杂、成本昂贵、空间耗费大以及不适用于细节展示和人机交互等缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题提供一种基于立体投影方案的桌面式三投影面空间立体成像装置的实现方法，并且提供用户视点跟踪装置实现立体场景的实时更新，以达到沉浸感强、空间需求小、交互性强、成本较低及适用于虚拟装配和细节展示等要求。

为了实现本发明的目的，提出一种桌面式空间立体成像装置，所述成像装置包含图形工作站、投影屏和投影仪及一组信号处理器。

所述图形工作站10装有多倍立体图形显卡，输出四组图像信号101、102、103、104，所述图像信号101为左眼图像信号，所述图像信号102、103、104为右眼图像信号。

所述信号处理器包括分信号矩阵13和信号分频器131、132、133、14、15、16，所述左眼图像信号101经过信号矩阵13分别输入信号分频器131、132、133，所述信号分频器131输出图像信号1311、1322，信号分频器132输出图像信号1321、1322，信号分频器133输出图像信号1331、1332，所述右眼图像信号102、103、104分别输入信号分频器14、15、16；信号分频器14输出图像信号141、142，信号分频器15输出图像信号151、152，信号分频器16输出图像信号161、162。

所述投影屏由前屏幕23、底面屏幕24和右屏幕25构成，其中，

前屏幕23背面设置投影仪17、18，图像信号1311经投影仪17投影到前屏幕23，图像信号161经投影仪18投影到前屏幕23。

底面屏幕24背面设置投影仪19、20，图像信号1321经投影仪19投影到底面屏幕24，图像信号151经投影仪20投影到底面屏幕24。

右屏幕25背面设置投影仪21、22，图像信号1331经投影仪21投影到右屏幕25，图像信号141经投影仪22投影到右屏幕25。

其中，所述投影仪分别通过投影仪支架固定在三个投影屏幕背面，每一个投影屏幕和相应投影仪构成一个单独的立体投影系统。其中底面投影屏幕与水平面并不平行而是成15°的夹角，这种设计可以突出空间立体成像效果，增强系统的视觉沉浸感。

所述投影屏为树脂材料，表面贴有透光性良好以及确保透视光的偏振特性不被改变的材料；每面投影屏前设置偏振滤光片，利用光的偏振原理在一定范围内投影出单轴立体图像，利用前屏幕23、底面屏幕24和右屏幕25三面屏的空间结构形成空间立体图像。

所述信号处理器还包括：控制显示器26，27，28，29，30，31，分别输入所述图像信号1312， 162，1322，152，1332，142。

所述成像装置还包括空间导航控制装置11和视点跟踪装置12，所述空间导航控制装置11输入六自由度信号，所述视点跟踪装置12用于跟踪用户眼睛位置及相对于装置参考坐标系的相对角度；所述图形工作站10通过空间导航控制装置11和视点跟踪装置12的输入调整图像位置与角度，使空间立体图像对于用户始终效果最佳。

所述视点跟踪装置12为电磁式有线定位设备，安装在三个投影屏幕前上方。

所述桌面式空间立体成像装置还包括一个铝合金材料的支撑框架，装置的各组件通过铝制型材制成的框架结构固定，整套设备放置在平坦的水平面上。

所述六台投影仪的型号和性能参数相同，分辨率均设置为1024*768，亮度为2500流明，且每面投影屏对应的两个投影仪相互平行设置；所述偏振滤光片选用环形偏振光片并与观察眼镜相对应；图形工作站的具体参数要求为：处理器速度为3.0GHz或以上，内存大于4GB，显存为1.5GB或者以上的DDR5双显卡。

本发明提供的立体成像装置，其突出特点是采用一种桌面式空间立体成像装置，所述的桌面式空间立体装置沉浸感好、交互性强、成本较低、空间需求较小，可以弥补传统方法的不足。本发明可以为装置展示、虚拟训练等提供有效手段。

附图说明

图1是本发明桌面式空间立体成像装置原理架构图；

图2是桌面式空间立体成像装置整体结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明桌面式空间立体成像装置原理架构图；如图所示，所述成像装置包含图形工作站、投影仪、投影屏及一组信号处理器。其中图形工作站10装有可输出四组图像信号101、102、103、104的多倍立体图形显卡，101为左眼图像信号，102、103、104为右眼图像信号；图像信号101经过分信号矩阵13分别输入信号分频器131、132、133；信号分频器131输出图像信号1311、1322，1311为前屏左眼图像信号经投影仪17投影到前屏幕23，1312输入到控制显示器26；信号分频器132输出图像信号1321、1322，1321为底屏左眼图像信号经投影仪19投影到底面屏幕24，1322输入到控制显示器28；信号分频器133输出图像信号1331、1332，1331为右屏左眼图像信号经投影仪21投影到右屏幕25，1332输入到控制显示器30；右眼图像信号102、103、104分别输入信号分频器14、15、16；信号分频器14输出图像信号141、142，141为右屏右眼图像信号经投影仪22投影到右屏幕25，142输入到控制显示器31；信号分频器15输出图像信号151、152，151为底屏右眼图像信号经投影仪20投影到底面屏幕24，152输入到控制显示器29；信号分频器16输出图像信号161、162，161为前屏右眼图像信号经投影仪18投影到前屏幕23，162输入控制显示器27。屏幕23、24、25是由特殊材料制成的投影屏，每面屏利用光的偏振原理在一定范围内投影出单轴立体图像，再利用三面屏的空间结构形成空间立体图像。

空间导航控制装置11可输入六自由度信号，用于控制立体图像的空间位置；视点跟踪装置12用于跟踪用户眼睛位置及相对于装置参考坐标系的相对角度；图形工作站10通过空间导航控制装置11、视点跟踪装置12的输入调整图像位置与角度，使空间立体图像对于用户始终效果最佳。

图2显示本发明桌面式空间立体成像装置整体结构。该桌面式空间立体成像装置包括一个铝合金材料的支撑框架，一个带有双显卡的高性能图形工作站，一个分信号矩阵，一组显示信号分频器，六个投影仪以及对应的偏振光片，三个由特殊材料制成的投影屏，还包括一组监视显示器。装置的各组件通过铝制型材制成的框架结构固定，整套设备放置在平坦的水平面上。

其中，六台投影仪型号和性能参数完全相同，分辨率设置为1024*768，亮度为2500流明，且每面投影屏对应的两个投影仪相互平行；偏振滤光片选用环形偏振光片并与观察眼镜相对应；投影屏幕为树脂材料，表面贴有特殊材料可以保证良好的透光性以及透视光的偏振特性不被改变；图形工作站的具体参数要求为：处理器速度为3.0GHz或以上，内存大于4GB，显存为1.5GB或者以上的DDR5双显卡。

本发明的立体投影方案，包含底面、右面和底面三个投影屏幕，三个面形成一个底面大小的立体成像空间。每一个面都是一个单独的立体投影系统，三组投影仪通过投影仪支架分别固定在三个投影屏幕背面，图形工作站将同一场景不同部分的视频信号正确的分配到相应的投影仪上，这样，三个投影面相互配合呈现出沉浸感更强的空间立体场景。

同时，本装置使用的视点跟踪装置12为电磁式有线定位设备，安装在三个投影屏幕前方，跟踪用户的位置，据此调整图像位置与角度，使用户看到的场景随着用户位置和角度的变化而实时更新，更加突出了系统的人机交互性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种桌面式空间立体成像装置，所述成像装置包含图形工作站、投影屏和投影仪及一组信号处理器，其特征在于，

所述图形工作站(10)装有多倍立体图形显卡，输出四组图像信号(101,102,103,104)，所述图像信号(101)为左眼图像信号，所述图像信号(102,103,104)为右眼图像信号；

所述信号处理器包括分信号矩阵(13)和信号分频器(131,132,133,14,15,16)，所述图像信号(101)经过信号矩阵(13)分别输入信号分频器(131,132,133)，所述信号分频器(131)输出图像信号(1311,1322)，信号分频器(132)输出图像信号(1321,1322)，信号分频器133输出图像信号(1331,1332)，所述右眼图像信号(102,103,104)分别输入信号分频器(14,15,16)；信号分频器(14)输出图像信号(141,142)，信号分频器(15)输出图像信号(151,152)，信号分频器(16)输出图像信号(161,162)；

所述投影屏由前屏幕(23)、底面屏幕(24)和右屏幕(25)构成，其中，

前屏幕(23)背面设置投影仪(17,18)，图像信号(1311)经投影仪(17)投影到前屏幕(23)，图像信号(161)经投影仪(18)投影到前屏幕(23)；

底面屏幕(24)背面设置投影仪(19,20)，图像信号(1321)经投影仪(19)投影到底面屏幕(24)，图像信号(151)经投影仪(20)投影到底面屏幕(24)；

右屏幕(25)背面设置投影仪(21,22)，图像信号1331经投影仪(21)投影到右屏幕(25)，图像信号(141)经投影仪(22)投影到右屏幕(25)；

其中，所述投影仪分别通过投影仪支架固定在三个投影屏幕背面，每一个投影屏幕和相应投影仪构成一个单独的立体投影系统,利用前屏幕(23)、底面屏幕(24)和右屏幕(25)三面屏的空间结构形成底面大小的空间立体图像。

2.根据权利要求1所述的桌面式空间立体成像装置，其特征在于，所述投影屏为树脂材料，表面贴有透光性良好以及确保透视光的偏振特性不被改变的材料；每面投影屏前设置偏振滤光片，利用光的偏振原理在一定范围内投影出单轴立体图像。

3.根据权利要求1所述的桌面式空间立体成像装置，其特征在于，所述成像装置还包括空间导航控制装置(11)和视点跟踪装置(12)，所述空间导航控制装置(11)输入六自由度信号，所述视点跟踪装置(12)用于跟踪用户眼睛位置及相对于装置参考坐标系的相对角度；所述图形工作站(10)通过空间导航控制装置(11)和视点跟踪装置(12)的输入调整图像位置与角度，使空间立体图像对于用户始终效果最佳。

4.根据权利要求3所述的桌面式空间立体成像装置，其特征在于，所述视点跟踪装置12为电磁式有线定位设备，安装在三个投影屏幕前上方。

5.根据权利要求1-4所述的桌面式空间立体成像装置，其特征在于，所述桌面式空间立体成像装置还包括一个铝合金材料的支撑框架，装置的各组件通过铝制型材制成的框架结构固定，整套设备放置在平坦的水平面上。

6.根据权利要求5所述的桌面式空间立体成像装置，其特征在于，所述六台投影仪的型号和性能参数相同，且每面投影屏对应的两个投影仪相互平行设置；所述偏振滤光片选用环形偏振光片并与观察眼镜相对应。