CN103676172A

CN103676172A - 一种3d电子沙盘显示装置及方法

Info

Publication number: CN103676172A
Application number: CN201310720220.7A
Authority: CN
Inventors: 濮怡莹; 付东
Original assignee: TCL Corp
Current assignee: TCL Corp
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN103676172B

Abstract

本发明适用于图像技术领域，提供了一种3D电子沙盘显示装置及方法。在本发明中，通过控制系统根据输入的控制信号对预先存储的第一3D集成图像进行处理，形成第二3D集成图像，并将所述的第二3D集成图像输送至液晶显示屏，然后微透镜阵列将液晶显示屏显示的第二3D集成图像经过折射后在空间形成3D立体图像，实现了3D电子沙盘的人机实时互动。

Description

一种3D电子沙盘显示装置及方法

技术领域

本发明属于图像技术领域，尤其涉及一种3D电子沙盘显示装置及方法。

背景技术

三维立体显示已成为当今一个引人注目的前沿科技领域。其中3D（ThreeDimension）电子沙盘是3D显示的一种特殊方式，可应用在军事、广告、医学等显示领域，使观看者获得观看真实景物的感觉。现在电子沙盘的实现主要有两种方法：高密度的集成显示法和合成全息打印法。

合成全息是全息和集成成像的一个结合产物，利用积分成像的原理，将大量的视差图用全息方法记录在一张全息材料上，全息材料上的每个全息子像素记录一张二维视差子图，最后用激光或者白光重现三维物体。打印完成的全息片体积小，方便携带，但是该方法只能打印固定内容的3D显示片，较难实现人机互动。

另一种为集成显示法。集成成像最早由诺贝尔奖获得者Gabriel Lippmann提出，采用微透镜阵列对物空间场景进行记录并再现出物空间场景。目前该方法，只能对预先计算好3D片源进行播放，也不能实现互动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种根据输入装置输入的控制信号对预先存储的第一3D集成图像进行处理形成第二3D集成图像的3D电子沙盘装置及方法，旨在解决现有的3D电子沙盘无法实现互动的问题。

本发明是这样实现的，一种3D电子沙盘显示装置，包括：输入装置、控制系统、3D显示装置；所述3D显示装置，包括微透镜阵列和液晶显示屏；

所述输入装置用于输入控制信号；

所述控制系统，用于根据输入装置输入的控制信号对预先存储的第一3D集成图像进行处理，形成第二3D集成图像，并将所述的第二3D集成图像输送至所述的液晶显示屏；

所述微透镜阵列用于将液晶显示屏显示的第二3D集成图像经过折射后在空间形成3D立体图像；

所述液晶显示屏，用于显示控制系统输出的3D集成图像。

本发明还提供了提供一种3D电子沙盘显示方法，包括以下步骤：

控制系统根据输入的控制信号对预先存储的第一3D集成图像进行处理，形成第二3D集成图像，并将所述的第二3D集成图像输送至液晶显示屏；

微透镜阵列将液晶显示屏显示的第二3D集成图像经过折射后在空间形成3D立体图像。

在本发明中，通过控制系统根据输入的控制信号对预先存储的第一3D集成图像进行处理，形成第二3D集成图像，并将所述的第二3D集成图像输送至液晶显示屏，然后微透镜阵列将液晶显示屏显示的第二3D集成图像经过折射后在空间形成3D立体图像，实现了3D电子沙盘的人机实时互动。

附图说明

图1是本发明实施例提供的3D电子沙盘显示装置框架图；

图2是图1中的控制系统框架图；

图3是本发明实施例提供的3D电子沙盘显示方法实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的一种3D电子沙盘显示装置框架图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

该3D电子沙盘显示装置，包括：输入装置11、控制系统12、3D显示装置13。所述3D显示装置13，包括微透镜阵列131和液晶显示屏132。

输入装置11用于输入控制信号。输入装置11可以为鼠标、键盘、触控等多种输入，上述控制信号包括：左右移动信号、上下移动信号、旋转信号、放大缩小信号以及向屏幕内外移动信号。具体的，左右移动信号，表示控制图像向左或向右移动的信号，左右移动信号移动距离（移动距离也就是移动像素）表示为x，x为输入装置11提供，若x为正数表示向右移动，若x为负数表示向左移动。上下移动信号，表示控制图像向上或向下移动信号，上下移动信号移动距离表示为y，y为输入装置11提供，若y为正数表示向下移动，若y为负数表示向上移动。旋转信号，表示控制图像以竖直方向为轴的旋转信号，旋转基点坐标为（x0，y0），旋转角度为θ，x0，y0，θ为输入装置11提供，若θ为正表示逆时针旋转，若θ为负表示顺时针旋转。放大缩小信号，表示放大或缩小信号，放大或缩小基点坐标为（x0，y0），放大或缩小倍率为k，x0，y0，k为输入系统11提供，输入的k值大于0，若k大于1表示放大信号，若k小于1表示缩小信号。向屏幕内外移动信号，表示控制图像向屏幕外或向屏幕内移动信号，移动距离为z，z为输入装置11提供，若z为正数表示向屏幕外移动，若z为负数表示向屏幕内移动。进一步的，控制信号还包括播放信号，表示播放存储在存储文件中的其他的3D集成图像。

控制系统12，用于根据输入装置11输入的控制信号对预先存储的第一3D集成图像进行处理，形成第二3D集成图像，并将第二3D集成图像输送至所述的液晶显示屏132。第一3D集成图像由N幅2D视差图组合而成，N等于微透镜阵列131的每个透镜对应的液晶显示屏像素数量。例如每个微透镜覆盖10*10个液晶显示屏像素，则2D视差图的数量为10*10幅。每个微透镜覆盖的液晶显示屏像素为一个单元，所有单元的第一行第一列像素放置第一行第一列视差图，所有单元的第一行第二列像素放置第一行第二列视差图，以此类推，将所有2D视差图放置在对应位置，形成第一3D集成图像。

进一步的，控制系统12在对第一3D集成图像根据输入装置输入的控制信号进行处理时，需要重新提取每一幅2D视差图。为了更加详细的描述控制系统12该处理过程，本发明实施例结合附图2做以下具体的描述。

控制系统12还包括：第一处理单元121和第二处理单元122。第一处理单元121，用于当所述控制信号为左右移动信号、上下移动信号、旋转信号或放大缩小信号时，上述N幅2D视差图都根据输入控制信号的值，采用图像线性处理算法做相同的处理，然后组合形成第二3D集成图像。也就是说当所述输入控制信号为左右移动信号、上下移动信号、旋转信号或放大缩小信号时，所有的2D视差图都根据控制信号做相同的变换，即都左右移动相应的距离、上下移动相应的距离、旋转相应的角度或者放大缩小相应的倍率，比如，当输入装置输入x=-10，则所有的2D视差都向左移动10个像素，其他的变换类似。做变换后的2D视差图，再按照前述方法，组合形成第二3D集成图像，即每个微透镜覆盖的液晶显示屏像素为一个单元，所有单元的第一行第一列像素放置变换后的坐标为第一行第一列的2D视差图，所有单元的第一行第二列像素放置变换后坐标为第一行第二列的2D视差图，以此类推，将所有变换后的2D视差图放置在对应位置，形成第二3D集成图像。

第二处理单元122，用于当输入的控制信号为向屏幕内外移动信号时，对不同坐标的2D视差图进行不同的平移处理，然后组合形成第二3D集成图像，向屏幕内外移动是通过2D视差图向水平方向以及上下方向同时移动来实现的。上述不同坐标的2D视差图进行不同的平移处理，具体为：坐标为第（i，j）2D视差图水平方向以及上下方向平移距离N_i、N_j分别为：

其中N_i表示进行水平方向移动距离即移动像素，N_i为正表示向右移动，N_i为负表示向左移动，N_j表示进行上下方向移动距离，N_j为正表示向下移动，N_j为负表示向上移动，z为输入装置11输入的表示向屏幕内外移动的值，z为正数表示向屏幕外移动，z为负数表示向屏幕内移动，f表示微透镜阵列131与液晶显示屏132之间的距离，p表示每个透镜对应的液晶显示屏的横向像素的数量，比如每个微透镜覆盖10*10个液晶显示屏像素，则p=10。同样，变换后的2D视差图，再按照前述方法，将所有变换后的2D视差图放置在每个微透镜覆盖的液晶显示屏像素（即一个单元）对应位置，组合形成第二3D集成图像。

该3D电子沙盘显示装置，根据输入装置11输入的控制信号对第一3D集成图像进行实时处理形成第二3D集成图像，实现了对3D集成图像在空间上的平移、放大缩小、绕深度方向旋转、改变3D图像等互动功能。

进一步的，控制系统12还包括：第三处理单元123，用于当输入装置输入的控制信号为播放信号时，在存储文件中寻找并打开所需的3D集成图像。

3D显示装置13中的微透镜阵列131用于将液晶显示屏132显示的第二3D集成图像经过折射后在空间形成3D立体图像。进一步的，微透镜阵列131的微透镜成矩阵排布，每个微透镜边缘做成矩形结构，其正视图为矩形，微透镜阵列131与液晶显示屏132的距离等于每个微透镜的焦距。微透镜阵列131中的每个微透镜覆盖一定数量的液晶显示屏像素，例如每个微透镜覆盖10*10个液晶显示屏像素，则每个微透镜的宽度等于10个液晶显示屏像素的宽度。微透镜阵列131中基板部分与圆弧部分一体成型，采用相同的材料，其中基板部分略大于圆弧部分，并在边缘的底部有一台阶，用于和液晶显示屏132连接时方便固定。液晶显示屏132，采用高清分辨率的液晶显示屏，用于显示控制系统12输出的第二3D集成图像。

图3为本发明实施例提供的3D电子沙盘显示方法实现流程图，该方法能通过前述实施例所述的装置进行实现。该3D电子沙盘显示方法包括以下步骤：

步骤301、控制系统根据输入控制信号对预先存储的第一3D集成图像进行处理，形成第二3D集成图像，并将第二3D集成图像输送至液晶显示屏。

具体的，上述控制信号，包括：左右移动信号、上下移动信号、旋转信号、放大缩小信号以及向屏幕内外移动信号。左右移动信号、上下移动信号、旋转信号、放大缩小信号、向屏幕内外移动信号的功能及表示与前述实施例相同。进一步的，所述控制信号还包括播放信号，表示播放存储在存储文件中的其他的3D集成图像。

上述第一3D集成图像由N幅2D视差图组合而成，N等于微透镜阵列的每个透镜对应的液晶显示屏像素数量。例如每个微透镜覆盖10*10个液晶显示屏像素，则2D视差图的数量为10*10幅。每个微透镜覆盖的液晶显示屏像素为一个单元，所有单元的第一行第一列像素放置第一行第一列视差图，所有单元的第一行第二列像素放置第一行第二列视差图，以此类推，将所有2D视差图放置在对应位置，形成第一3D集成图像。

当输入控制信号为左右移动信号、上下移动信号、旋转信号或放大缩小信号时，所述的N幅2D视差图都根据输入控制信号的值，采用图像线性处理算法做相同的处理，然后组合形成第二3D集成图像。当所述输入控制信号为向屏幕内外移动信号时，不同坐标的2D视差图进行不同的平移处理，然后组合形成第二3D集成图像，向屏幕内外移动是通过2D视差图向水平方向以及上下方向同时移动来实现的。所述不同坐标的2D视差图进行不同的平移处理，具体为：坐标为第（i，j）2D视差图平移像素数目N_i、N_j分别为：

其中N_i表示进行水平方向移动距离即移动像素，N_i为正表示向右移动，N_i为负表示向左移动，N_j表示进行上下方向移动距离，N_j为正表示向下移动，N_j为负表示向上移动，z为输入装置输入的表示向屏幕内外移动的值，z为正数表示向屏幕外移动，z为负数表示向屏幕内移动，所述f表示微透镜阵列与液晶显示屏之间的距离，p表示每个透镜对应的液晶显示屏的横向像素的数量，比如每个微透镜覆盖10*10个液晶显示屏像素，则p=10。N_i、N_j计算结果为负表示向左移动，为正则向右移动。做变换后的2D视差图，再按照前述方法，组合形成第二3D集成图像，即每个微透镜覆盖的液晶显示屏像素为一个单元，所有单元的第一行第一列像素放置变换后的坐标为第一行第一列的2D视差图，所有单元的第一行第二列像素放置变换后坐标为第一行第二列的2D视差图，以此类推，将所有变换后的2D视差图放置在对应位置，形成第二3D集成图像。

当输入装置输入的控制信号为播放信号时，控制系统在存储文件中寻找并打开所需的3D集成图像。

步骤302、微透镜阵列将液晶显示屏显示的第二3D集成图像经过折射后在空间形成3D立体图像。

控制系统将所述的第二3D集成图像输送至液晶显示屏后，微透镜阵列将液晶显示屏显示的第二3D集成图像经过折射后在空间形成3D立体图像，这样在空间中形成虚拟的3D立体图像，进而实现3D电子沙盘的显示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种3D电子沙盘显示装置，其特征在于，包括：输入装置、控制系统、3D显示装置；所述3D显示装置，包括微透镜阵列和液晶显示屏；

所述输入装置用于输入控制信号；

所述液晶显示屏，用于显示控制系统输出的第二3D集成图像。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制信号包括以下信号至少之一：左右移动信号、上下移动信号、旋转信号、放大缩小信号、向屏幕内外移动信号、播放信号。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一3D集成图像由N幅2D视差图组合而成，所述N等于微透镜阵列的每个透镜对应的液晶显示屏像素数量。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制系统还包括：第一处理单元和第二处理单元；

所述第一处理单元，用于当所述控制信号为左右移动信号、上下移动信号、旋转信号或放大缩小信号时，所述的N幅2D视差图都根据输入控制信号的值，采用图像线性处理算法做相同的处理，然后组合形成第二3D集成图像；

所述第二处理单元，用于当所述控制信号为向屏幕内外移动信号时，对不同坐标的2D视差图进行不同的平移处理，然后组合形成第二3D集成图像，所述不同坐标的2D视差图进行不同的平移处理，具体为：坐标为第（i，j）2D视差图平移像素数目N_i、N_j分别为：

其中N_i表示进行水平方向移动距离，N_i为正表示向右移动，N_i为负表示向左移动，N_j表示进行上下方向移动距离，N_j为正表示向下移动，N_j为负表示向上移动，z为输入装置输入的表示向屏幕内外移动的值，z为正数表示向屏幕外移动，z为负数表示向屏幕内移动，所述f表示微透镜阵列与液晶显示屏之间的距离，p表示每个透镜对应的液晶显示屏的横向像素的数量。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制系统还包括：第三处理单元，用于当输入装置输入的控制信号为播放信号时，在存储文件中寻找并打开所需的3D集成图像。

6.如权利1-5之一所述的装置，其特征在于，所述微透镜阵列的微透镜成矩阵排布，微透镜阵列的厚度等于每个微透镜的焦距。

7.一种3D电子沙盘显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制信号，包括以下信号至少之一：左右移动信号、上下移动信号、旋转信号、放大缩小信号、向屏幕内外移动信号。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述第一3D集成图像由N幅2D视差图组合而成，N等于微透镜阵列的每个透镜对应的液晶显示屏像素数量。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制系统根据输入的控制信号对预先存储的第一3D集成图像进行处理，形成第二3D集成图像，包括：

当所述控制信号为左右移动信号、上下移动信号、旋转信号或放大缩小信号时，所述的N幅2D视差图都根据输入控制信号的值，采用图像线性处理算法做相同的处理，然后组合形成第二3D集成图像；

当所述控制信号为向屏幕内外移动信号时，不同坐标的2D视差图进行不同的平移处理，然后组合形成第二3D集成图像，所述不同坐标的2D视差图进行不同的平移处理，具体为：坐标为第（i，j）2D视差图平移像素数目N_i、N_j分别为：其中N_i表示进行水平方向移动距离，N_i为正表示向右移动，N_i为负表示向左移动，N_j表示进行上下方向移动距离，N_j为正表示向下移动，N_j为负表示向上移动，z为输入装置输入的表示向屏幕内外移动的值，z为正数表示向屏幕外移动，z为负数表示向屏幕内移动，所述f表示微透镜阵列与液晶显示屏之间的距离，p表示每个透镜对应的液晶显示屏的横向像素的数量；

当输入装置输入的控制信号为播放信号时，在存储文件中寻找并打开所需的3D集成图像。