CN103809364B - 真三维图像显示系统及真三维图像显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真三维图像显示系统及真三维图像显示方法。该系统包括：至少一个图像源，生成K个视场图像光束；光学压缩装置，对各视场图像光束进行压缩形成H套压缩图像光束，每套压缩图像光束包括K列图像光束，每套压缩图像光束中的K列图像光束分别为K个视场图像光束的相同列图像光束；成像屏幕，具有H个区域，每个区域对应接收一套压缩图像光束；光学器件，包括H个成像单元，每个成像单元对应地将投射至成像屏幕的各区域中的压缩图像光束中的K列图像光束分别射向K个视场中；光学扫描装置，将H套压缩图像光束中的图像光束分别导引至成像屏幕的H个区域中，K、H均为不小于1的整数。本发明具有成本低、校准难度低、图像清晰的优点。

Description

真三维图像显示系统及真三维图像显示方法

技术领域

本发明涉及图像显示技术，尤其涉及一种真三维图像显示系统以及真三维图像显示方法。

背景技术

所谓“真三维显示”是指被显示的三维物体之间的相对位置关系也被真实地体现，构成真正意义上的三维空间图像，具有真实物理深度和图像质量的表面特性，观察者不需要任何辅助设备就可以从多个方向任意观察被显示物体，感知最真实、完整的三维信息。真三维显示技术从根本上更新了图像显示的概念，使显示的图像栩栩如生，向观看者提供了完备的心理和生理上的三维感知信息，为理解三维图像和其中物体之间的空间关系提供了独特的手段。

光场是描述物体在某一区域发光特性的一个函数。一般说来,光场函数G(x,y,z,a,b,t)，其为六维函数,其中(x,y,z)描述发光点三维位置,(a,b)描述发光方向，t是时间。如果考虑到光线的各种特性(比如极性,相位等)，光场函数还会更为复杂。从光场理论出发，真三维显示系统的目标,就是尽可能真实地重构并再现真实物体所生成的光场，从而使观察者得到与看到真实物体相似的三维感知。

参考图12，由于真实物体产生的光场函数是空间和角度的连续函数,如果用多个视场(mul t iview)来模拟，则需要无限个数的视场。无限个数的视场无法进行工程实现。光场三维显示系统的工作原理是,用有限个视场(如视场a-l)来近似连续分布的光场。由于人眼对空间和角度的分辨率是有限的，从感知和显示效果的角度来说，无需重构连续分布的光场函数。对连续分布的光场函数分别沿空间、角度和时间轴进行离散采样，用有限个数的视场来模拟光场函数，是光场三维显示技术的出发点。

参考图13，图13为一种现有的采用多个投影仪来产生三维显示效果的系统示意图。每个投影仪131对应每个视场产生相应的图像并投射在光学器件132上。根据光学器件的特性，在水平方向上,光线被聚焦到反射散射屏(即平板显示屏幕)133上，然后向对应的投影仪131的方向反射回去。实际上光线透过光学器件两次,第一次光学器件将光线聚焦在反射散射屏133上,第二次光学器件则将光线原路反射回去。这样，观察者在不同的水平视场就可以看到不同的投影仪投射出的图像。如果这些投影仪分别投射出三维物体相应于该视场的图像，观察者便可以获得三维显示的视觉效果，到达真三维显示的目的。

图13所示的系统采用多个投影仪，可以保留每个视场的分辨率,无需被视场个数来进行分割。然而这种技术也有其缺点：

其一，各个视场的投影图像很容易交叉干扰，致使图像模糊；

其二，对应每个视场都设置投影仪，成本较高；

其三，这种系统要求各投影仪的图像都准确校准，难度较大。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于提供一种成本较低、校准难度低、图像清晰的真三维图像显示系统及真三维图像显示方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种真三维图像显示系统，包括：

至少一个图像源，用于以预设的时序生成分别对应于K个视场的K个视场图像光束；

光学压缩装置，设置于图像源的出射光路上，用于对各视场图像光束进行压缩以形成H套压缩图像光束，每套压缩图像光束包括K列图像光束，每套压缩图像光束中的K列图像光束分别为K个视场图像光束的相同列图像光束；

成像屏幕，具有H个区域，每个区域用于对应接收一套压缩图像光束；

光学器件，设置于成像屏幕远离光学扫描装置的一面，光学器件包括H个成像单元，H个成像单元分别对应成像屏幕的H个区域，光学器件的每个成像单元用于对应地将投射至成像屏幕的各区域中的压缩图像光束中的K列图像光束分别射向K个视场中；

光学扫描装置，设置于光学压缩装置的出射光路上，用于将H套压缩图像光束中的图像光束按预设的时序分别导引至成像屏幕的H个区域中，

其中，K、H均为不小于1的整数。

为实现上述目的，本发明还提供了一种真三维图像显示方法，利用上述的真三维图像显示系统进行真三维图像的显示，该方法包括：

图像生成步骤：图像源按照预设的时序生成分别对应于K个视场的K个视场图像光束；

光学压缩步骤：光学压缩装置对各视场图像光束进行压缩以形成H套压缩图像光束，每套压缩图像光束包括K列图像光束，每套压缩图像光束中的K列图像光束分别为K个视场图像光束的相同列图像光束；

光学扫描步骤：光学扫描装置将H套压缩图像光束中的图像光束按预设的时序分别导引至成像屏幕的H个区域中；

光束投射步骤：光学器件的H个成像单元对应地将投射至成像屏幕的H个区域中的压缩图像光束中的K列图像光束分别射向K个视场中；

其中，K、H均为不小于1的整数。

本发明的真三维图像显示系统及方法采用可以按照预设时序生成对应于多个视场的图像光束的图像源，相较对应每个视场都设置投影仪的技术，具有成本低和校准难度低的优点，图像源可按照时序分时投射视场图像光束，经过光学压缩装置压缩形成压缩图像光束，压缩图像光束中具有对应K个视场的图像光束，各压缩图像光束经光学扫描装置扫描至成像屏幕对应的区域中，光学器件的成像单元可对应地将各压缩图像光束中的K列图像光束投射至对应的视场中，进而使处于各视场中的观察者可观察到真三维图像，避免了多个视场图像交叉干扰、图像模糊的问题，还避免了由于视场数量的限制而带来的亮度低的问题，仅通过至少一个图像源来生成多视场图像，避免了采用多个投影仪带来的校准困难的问题，并且能达到采用多个投影仪的显示效果。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1a和图1b为本发明的真三维图像显示系统的实施例1的结构示意图。

图2对各视场图像光束进行压缩的示意图。

图3为本发明的真三维图像显示系统的实施例2的结构示意图。

图4为本发明的真三维图像显示系统的实施例3的结构示意图。

图5为本发明的真三维图像显示系统的实施例4的结构示意图。

图6a为图像源在触发时间投射图像光束的示意图。

图6b为本发明的真三维图像显示系统的实施例5中，对图像源连续投射的视场图像光束进行组合的示意图。

图7为本发明的真三维图像显示方法的实施例1的流程图。

图8为本发明的真三维图像显示方法的实施例2的流程图。

图9为本发明的真三维图像显示方法的实施例3的流程图。

图10为本发明的真三维图像显示方法的实施例4的流程图。

图11为本发明的真三维图像显示方法的实施例5的流程图。

图12为现有技术中以有限个视场来近似连续分布的光场的示意图。

图13为现有技术中采用多个投影仪产生三维显示效果的系统结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

本发明提供了一种真三维图像显示系统，包括：

至少一个图像源，用于以预设的时序生成分别对应于K个视场的K个视场图像光束；

光学压缩装置，设置于图像源的出射光路上，用于对各视场图像光束进行压缩以形成H套压缩图像光束，每套压缩图像光束包括K列图像光束，每套压缩图像光束中的K列图像光束分别为K个视场图像光束的相同列图像光束；

成像屏幕，具有H个区域，每个区域用于对应接收一套压缩图像光束；

光学器件，设置于成像屏幕远离光学扫描装置的一面，光学器件包括H个成像单元，H个成像单元分别对应成像屏幕的H个区域，光学器件的每个成像单元用于对应地将投射至成像屏幕的各区域中的压缩图像光束中的K列图像光束分别射向K个视场中；

光学扫描装置，设置于光学压缩装置的出射光路上，用于将H套压缩图像光束中的图像光束按预设的时序分别导引至成像屏幕的H个区域中，

其中，K、H均为不小于1的整数。

可选地，图像源包括光束处理器，用于根据预设的时序对任意的连续两个视场图像光束进行组合处理。

可选地，光学器件为柱面镜阵列，柱面镜阵列包括多个柱面镜，各柱面镜作为光学器件的各成像单元。

可选地，光学器件为光栅，光栅的各栅孔作为光学器件的各成像单元。

可选地，光学压缩装置包括折射镜组件、反射镜组件或衍射元件组件。

可选地，还包括反射装置，反射装置包括H个反射光学单元，H个反射光学单元用于对应接收H套压缩图像光束，并对应地将H套压缩图像光束中的K列图像光束反射至成像屏幕的H个区域中。

可选地，，还包括投射角度调整装置，设置于所述光学扫描装置的出射光路和所述反射装置的入射光路之间，用于对所述光学扫描装置输出的各图像光束向所述反射装置的投射角度进行调整以使各所述图像光束对应地投射到所述反射装置的H个反射光学单元。

可选地，还包括设置于反射装置和成像屏幕之间的分段投影镜头组，分段投影镜头组包括H个投影镜头，将反射装置的H个反射光学单元反射的图像光束经分段投影镜头组的H个投影镜头透射至成像屏幕的H个区域。

真三维图像显示系统的实施例1

参考图1a，在实施例1中，本发明的真三维图像显示系统的实施例1包括图像源010a、光学压缩装置011a、光学扫描装置012a、成像屏幕013a及柱面镜阵列014a。光学压缩装置011a设置在图像源010a的出射光路上，光学扫描装置012a设置在光学压缩装置011a的出射光路上，成像屏幕013a可设置在光学扫描装置的出射光路上。成像屏幕013可具有透光性，柱面镜阵列014a可设置在成像屏幕013a远离光学扫描装置012a的一面。

参考图1b，图1b中的真三维图像显示系统包括图像源010b、光学压缩装置011b、光学扫描装置012b、成像屏幕013b及柱面镜阵列014b。

图像源010a和010b可为，例如高速投影引擎，该高速投影引擎用以以预设的时序高速生成对应于K个视场的视场图像光束，例如，可每秒生成数万个图像光束。图像源010的数量可为一个或多个。

成像屏幕013a和013b包括H个区域，如图1a所示的区域R。

本实施例中，柱面镜阵列014a和014b作为本发明的光学器件，包括H个柱面镜，该H个柱面镜作为光学器件的H个成像单元，分别与成像屏幕的H个区域对应。如图1a所示，H的数值为1，也就是说，压缩图像光束覆盖光学器件的一个成像单元。如图1b所示，H的数值为2，也就是说，压缩图像光束覆盖光学器件的两个成像单元。

本实施例中的光学扫描装置012a和012b可为，例如，旋转扫描反射镜，具体地，可为旋转多面棱镜或往复振镜。

工作时，光学压缩装置(011a或011b)对图像源(010a或010b)所生成的视场图像光束进行压缩以形成H套压缩图像光束，每套压缩图像光束包括K列图像光束。

参考图2，每套压缩图像光束中的K列图像光束分别为K个视场图像光束的相同列图像光束。例如：

第一套压缩图像光束依次包括：第一个视场(#1)图像光束的第一列、第二个视场(#2)图像光束的第一列……第K个视场(#3)图像光束的第一列；第二套压缩图像光束依次包括第一个视场图像光束的第二列、第二个视场图像光束的第二列……第K个视场图像光束的第二列；以此类推。本实施例中，光学压缩装置(013a或013b)输出的图像光束覆盖光学器件的H个成像单元，即H个柱面镜，因此光学压缩装置输出的图像光束为所有视场图像光束的第i列至第(i+H-1)列像素的集合。

本实施例中，光学压缩装置(011a或011b)可包括折射镜组件，如图1a中的凸透镜和凹透镜组成的折射镜组件。光学压缩装置也可包括其它光学组件，例如反射镜组件或衍射元件组件，只要能对光束进行压缩即可。

光学压缩装置输出的H套压缩图像光束可按照上述预设的时序投射在旋转扫描反射镜上，旋转扫描反射镜通过自身的旋转依次到达处于与成像屏幕(013a或013b)的H个区域对应的位置，投射到成像屏幕各个区域中的K列图像光束经对应的柱面镜折射至对应的视场(#1-#k)中，处于各视场中的观众即可观察到对应该视场的三维图像的第一列至第K列。

本实施例中，H、K均为不小于1的整数。

本实施例中，图像源可按照预设时序生成多个视场图像光束，多个视场图像光束被压缩为多列图像光束，各视场图像光束的对应列可组合为压缩图像光束，通过光学压缩装置将各套压缩图像光束扫描至成像屏幕的对应区域，则各套压缩图像中的对应列的图像光束可经光学器件对应的成像单元投射至不同的视场中，处于各视场中的观察者可观察到由各列图像光束重新组合的视场图像光束，达到真三维图像显示的目的。相较传统的采用多投影仪的显示系统，不会产生多个视场图像光束交叉干扰带来的图像模糊的问题。投影到成像屏幕的每个区域中的图像均为高清晰度图像，因此每个视场图像都具有与高清二维显示图像相当的图像质量。本实施例的真三维图像显示系统还避免了由于视场数量的限制而带来的亮度低的问题；仅通过至少一个图像源来生成多视场图像，避免了采用多个投影仪带来的校准困难的问题，并且能达到采用多个投影仪的显示效果。

真三维图像显示系统的实施例2

参考图3，在实施例2中，本发明的真三维图像显示系统的实施例2包括图像源030、光学压缩装置021、光学扫描装置022、成像屏幕023及光栅024。本发明真三维图像显示系统的实施例2中的各部件及其结构关系与实施例1的对应部件及其结构关系基本相同，区别仅在于：

本实施例使用光栅024作为光学器件，光栅024的H个栅孔作为你光学器件的H个成像单元。投射到成像屏幕023各个区域中的K列图像光束经对应的栅孔衍射至对应的视场(#1-#k)中，使处于各视场中的观察者获得三维显示的感知。

真三维图像显示系统的实施例3

参考图4，在实施例3中，本发明的真三维图像显示系统的实施例3包括图像源040、光学压缩装置041、光学扫描装置042、成像屏幕043，还可包括光学器件(图中未示出)。本发明真三维图像显示系统的实施例3中的各部件及其结构关系与实施例1或2的对应部件及其结构关系基本相同，区别仅在于：

本发明的真三维图像显示系统的实施例3还包括反射装置045，反射装置045可为例如曲面反射镜。反射装置045可设置在光学扫描装置042的出射光路和成像屏幕043的入射光路之间。反射装置包括H个反射光学单元，光学扫描装置042将光学压缩装置生成的H套压缩图像光束导引至反射装置的该H个反射光学单元中，该H个反射光学单元对应地将接收的H套压缩图像光束中的K列图像光束反射至成像屏幕的H个区域。可由光学器件的H个成像单元将对应区域中的K列图像光束投射到对应的视场(#1-#k)中。

本实施例采用反射装置向成像屏幕反射图像光束，由于反射装置各反射光学单元向成像屏幕投射的图像光束具有不同的光学中心或转换为平行光，可以在成像屏幕043上显示对应不同视场的图像光束，因此可生成类似于多投影仪系统所生成的多角度投影效果。

可选地，本发明的真三维图像显示系统的实施例3还可包括投射角度调整装置046，用于对光学扫描装置042输出的各图像光束的投射角度进行调整以使各图像光束对应地投射到反射装置045的H个反射光学单元，进而投射到成像屏幕043的H个区域。该投射角度调整装置可设置在光学扫描装置042的出射光路和反射装置045的入射光路之间。

通过调整光学扫描装置042投射图像光束的角度，可以将各套压缩图像光束中的K列图像光束准确地投射到成像屏幕043对应的区域中，可在控制成本、提高显示亮度、降低校准难度的基础上获得需要的视场范围。

真三维图像显示系统的实施例4

参考图5，在实施例4中，本发明的真三维图像显示系统的实施例4包括图像源050、光学压缩装置051、光学扫描装置052、成像屏幕053、反射装置055、还可包括光学器件(图中未示出)和投射角度调整装置056。本发明真三维图像显示系统的实施例4中的各部件及其结构关系与实施例3的对应部件及其结构关系基本相同，区别在于：

真三维图像显示系统还包括设置于该反射装置055和成像屏幕053之间的分段投影镜头组057，该分段投影镜头组057可包括对应于成像屏幕053的H个区域的H个投影镜头0570，各投影镜头0570用于将反射装置055的对应的反射光学单元输出的图像光束透射至成像屏幕053的对应的区域中。本实施例采用分段投影镜头组可避免使用大尺寸投影镜头，因此可降低成本和系统尺寸。

真三维图像显示系统的实施例5

如图6a所示，由于投影装置是按照预设的时序生成对应于多个视场的图像光束的，所生成的图像光束被依次压缩和扫描，可能出现这样的情况，例如，当光学扫描装置(例如旋转扫描仪)处于与光学器件的各成像单元对应的位置的瞬间(触发时间)，图像源(例如高速投影引擎)才投射对应的图像光束。此种情况下，可能由于光学扫描装置的连续匀速运动(例如旋转扫描仪连续旋转)，触发时间极为有限，使得对应每个视场的图像光束的曝光时间极为短暂，最终显示在成像屏幕上的时间也极为短暂，人眼的视觉效应无法根据时间积累达到足够的亮度。另外的一个问题是，图像源只在短暂的触发时间才工作，当图像源使用例如可每秒生成数万幅高清图像的高速投影引擎时，就造成了严重的资源浪费。

参考图6b，基于上述问题，本发明的真三维图像显示系统的实施例6与实施例1、2、3、4或5的区别在于，还提供了光束处理器(图中未示出)，光束处理器可设置在图像源中，根据该预设的时序对对应于相邻两个视场(如视场#1和视场#2)的图像光束进行组合处理，以生成如图6b所示的“滑动窗口”图像，比如当光学扫描装置处于对应于两相邻的柱面镜之间的位置时(即在两个触发时间之间)，投影装置也可以连续投射视场图像光束，每两个连续的视场图像光束经光束处理器进行组合后输出至光学压缩装置进行压缩，使得在两个触发时间之间，成像屏幕上的各区域能够接收到所有视场图像光束的对应列。如图6b所示，以相邻的视场#1和视场#2为例，光束处理器对任意两个连续的视场图像光束进行组合，是指一幅图像光束包括对应于视场#1的视场图像光束的一部分以及对应于视场#2的视场图像光束的一部分。

本实施例中，根据该预设的时序是指，例如，时间从第一触发时间t1逐渐到达第二触发时间t2的过程中，在组合的图像光束中，对应于视场#1的图像光束逐渐变少，而对应于视场#2的图像光束逐渐变多，直至到达第二触发时间t2时，投射在成像屏幕上的光束全部为对应于视场#2的图像光束。

通过设置光束处理器对图像光束进行组合处理，不仅使图像源可以连续不停地工作，避免了资源浪费，而且由于对应每个视场的图像的累积曝光时间大为增加，可大大提高三维图像在成像屏幕上的亮度。

本发明还提供了一种真三维图像显示方法，利用上述真三维图像显示系统进行真三维图像的显示，包括：

图像生成步骤：图像源按照预设的时序生成分别对应于K个视场的K个视场图像光束；

光学压缩步骤：光学压缩装置对各视场图像光束进行压缩以形成H套压缩图像光束，每套压缩图像光束包括K列图像光束，每套压缩图像光束中的K列图像光束分别为K个视场图像光束的相同列图像光束；

光学扫描步骤：光学扫描装置将H套压缩图像光束中的图像光束按预设的时序分别导引至成像屏幕的H个区域中，

光束投射步骤：光学器件的H个成像单元对应地将投射至成像屏幕的H个区域中的压缩图像光束中的K列图像光束分别射向K个视场中，

其中，K、H均为不小于1的整数。

可选地，在图像生成步骤和光学压缩步骤之间还包括：组合步骤：根据预设的时序对任意的连续两个视场图像光束进行组合处理。

可选地，光学扫描步骤和光束投射步骤之间还包括：反射步骤：将H套压缩图像光束中的K列图像光束反射至成像屏幕的H个区域中。

可选地，光学扫描步骤和反射步骤之间还包括：投射角度调整步骤：对光学扫描装置输出的各图像光束的投射角度进行调整。

可选地，反射步骤和光束投射步骤之间还包括：透射步骤：对应地将反射的H套图像光束经包括H个投影镜头的分段投影镜头组透射至成像屏幕的H个区域。

真三维图像显示方法的实施例1

参考图7，本发明还公开了一种真三维图像显示方法，利用上述真三维图像显示系统进行真三维图像的显示，其实施例1包括以下步骤：

图像生成步骤S071：图像源按照预设的时序生成分别对应于K个视场的K个视场图像光束。本步骤中，可通过高速投影引擎以预设的时序循环高速生成K个视场图像光束，例如，可每秒生成数万个视场图像光束。该预设的时序可为，例如，生成视场图像光束的先后顺序和时间间隔。

光学压缩步骤S073：光学压缩装置对各视场图像光束进行压缩以形成H套压缩图像光束，每套压缩图像光束包括K列图像光束，每套压缩图像光束中的K列图像光束分别为上述K个视场图像光束的相同列图像光束。

光学扫描步骤S075：光学扫描装置将H套压缩图像光束中的图像光束按该预设的时序分别导引至成像屏幕的H个区域中。例如，可首先将第一套压缩图像光束中的第一列至第K列依次扫描至第一区域，再将第二套压缩图像光束中的第一列至第K列依次扫描至第二区域，以此类推。本步骤可通过例如旋转扫描反射镜、旋转多面棱镜或往复振镜的运动来实现。

光束投射步骤S079：光学器件的H个成像单元对应地将投射至成像屏幕的H个区域中的压缩图像光束中的K列图像光束分别射向K个视场中。例如，第一个柱面镜将第一套压缩图像光束中的第一列投射到视场#1、第二列投射到视场#2……第二个柱面镜将第二套压缩图像光束中的第一列投射到视场#1、第二列投射到视场#2……以此类推。

本实施例中，K、H均为不小于1的整数。

本实施例提供的真三维图像显示方法可仅通过图像源来生成多个视场图像光束，多个视场图像光束被压缩为多列图像光束，各视场图像光束的对应列可组合为压缩图像光束，通过将各套压缩图像光束扫描至成像屏幕的对应区域，则各套压缩图像中的对应列的图像光束可经光学器件对应的成像单元投射至不同的视场中，处于各视场中的观察者可观察到由各列图像光束重新组合的视场图像光束，达到真三维图像显示的目的。相较传统的采用多投影仪的显示系统，不会产生多个视场图像光束交叉干扰带来的图像模糊的问题。投影到成像屏幕的每个区域中的图像均为高清晰度图像，因此每个视场图像都具有与高清二维显示图像相当的图像质量。本实施例的真三维图像显示系统还避免了由于视场数量的限制而带来的亮度低的问题。

真三维图像显示方法的实施例2

参考图8，本发明的真三维图像显示方法的实施例2与实施例1基本相同，在实施例2中，本发明的真三维图像显示方法包括图像生成步骤S081、光学压缩步骤S083、光学扫描步骤S085以及光束投射步骤S089，其与实施例1的区别在于，在图像生成步骤S081和光学压缩步骤S083之间还包括：

组合步骤S082：根据该预设的时序对任意的连续两个视场图像光束进行组合处理。

该连续两个视场图像光束可为，对应于例如相邻的两个视场的视场图像光束，本步骤可生成如图6b所示的“滑动窗口”，具体请参照对真三维图像显示系统的实施例5的描述，在此不再赘述。

通过这种方式，避免了资源浪费，而且可大大提高三维图像在成像屏幕上的亮度。

真三维图像显示方法的实施例3

参考图9，本发明的真三维图像显示方法的实施例3与实施例1或2基本相同，在实施例3中，本发明的真三维图像显示方法包括图像生成步骤S091、光学压缩步骤S093、光学扫描步骤S095、光束投射步骤S099，还可包括组合步骤092，其与实施例1或2的区别在于，在光学扫描步骤S095和光束投射步骤S099之间还包括：

反射步骤S097：通过反射装置(如图4中的反射装置045)的H个反射光学单元将H套压缩图像光束中的K列图像光束反射至成像屏幕的H个区域中。

扫描的光束经各反射光学单元反射后可具有不同的光学中心或转换为平行光，可以在成像屏幕上显示对应不同视场的图像光束，因此可生成类似于多投影仪系统所生成的多角度投影效果。

真三维图像显示方法的实施例4

参考图10，本发明的真三维图像显示方法的实施例4与实施例3基本相同，在实施例4中，本发明的真三维图像显示方法包括图像生成步骤S101、光学压缩步骤S103、光学扫描步骤S105、反射步骤S107、光束投射步骤S109，其与实施例3的区别在于，光学扫描步骤S105和反射步骤S107之间还包括：

投射角度调整步骤S106：对光学扫描装置输出的各图像光束的投射角度进行调整，以使各套压缩图像光束对应地投射到反射装置的H个反射光学单元，进而投射到成像屏幕的H个区域。则在反射步骤S107中，是将调整投射角度之后的图像光束反射至成像屏幕的对应区域。

通过投射角度调整步骤S106，可以将各套压缩图像光束中的K列图像光束准确地投射到成像屏幕对应的区域中，可在控制成本、提高显示亮度、降低校准难度的基础上获得需要的视场范围。

真三维图像显示方法的实施例5

参考图11，本发明的真三维图像显示方法的实施例5与实施例4基本相同，在实施例5中，本发明的真三维图像显示方法包括图像生成步骤S111、光学压缩步骤S1113、光学扫描步骤S115、反射步骤S117、光束投射步骤S119，还可包括投射角度调整步骤，其与实施例4的区别在于，反射步骤S117和光束投射步骤S119之间还包括：透射步骤S118：通过分段投影镜头组的H个投影镜头对应地将反射步骤S117中反射的H套图像光束透射至成像屏幕的H个区域，以使该H套压缩图像光束中的K列图像光束经光学器件对应的成像单元射向K个视场中。

当前的双目立体眼镜技术、平行遮挡光栅技术、柱面镜技术以及集成显示技术都存在着各种缺陷，比如显示尺寸不大、视场数量少、分辨率低、亮度低、清晰度低不足等。而多投影仪的光场真三维图像显示系统虽然有获得大视场的潜质，但其存在着个投影仪间校准困难以及价格昂贵等固有的缺陷，与之对应，本发明提出的真三维图像显示系统及真三维图像显示方法具有一种或多种独具的优点：

1，结构简单，可只用单台投影装置例如高速投影仪；

2，高清分辨率，每一个视场的图像均为高清图像；

3，低成本，只用单台投影装置以及廉价的光学元件，其成本大大低于多投影仪；

4，视场个数可达数十个，有效地提高了三维显示质量而不增加系统成本；

5，高亮度，本设计实现多投影仪投影的效果而不损失亮度；

6，校准方便，传统多投影仪系统的一个主要缺点便是难于校准，本设计方案克服了这一缺陷；

7，成像屏幕尺寸可灵活调整，便于不同的应用需求；

8，可以实现全真彩色三维显示。采用RGB三色光源,分别投射红、绿、蓝三原色(或其他可以生成逼真颜色的色彩组合),合成后的显示器便可生成全真彩色真三维图像显示；

在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (13)

1.一种真三维图像显示系统，其特征在于，包括：

至少一个图像源，用于以预设的时序生成分别对应于K个视场的K个视场图像光束；

光学压缩装置，设置于所述图像源的出射光路上，用于对各所述视场图像光束进行压缩以形成H套压缩图像光束，每套压缩图像光束包括K列图像光束，每套压缩图像光束中的K列图像光束分别为所述K个视场图像光束的相同列图像光束；

成像屏幕，具有H个区域，每个区域用于对应接收一套压缩图像光束；

光学器件，设置于所述成像屏幕远离所述光学扫描装置的一面，所述光学器件包括H个成像单元，所述H个成像单元分别对应所述成像屏幕的H个区域，所述光学器件的每个成像单元用于对应地将投射至所述成像屏幕的各区域中的压缩图像光束中的K列图像光束分别射向K个视场中；

光学扫描装置，设置于所述光学压缩装置的出射光路上，用于将所述H套压缩图像光束中的图像光束按所述预设的时序分别导引至所述成像屏幕的H个区域中，

其中，所述K、H均为不小于1的整数。

2.根据权利要求1所述的真三维图像显示系统，其特征在于，所述图像源包括光束处理器，用于根据所述预设的时序对任意的连续两个所述视场图像光束进行组合处理。

3.根据权利要求1所述的真三维图像显示系统，其特征在于，所述光学器件为柱面镜阵列，所述柱面镜阵列包括多个柱面镜，各所述柱面镜作为所述光学器件的各成像单元。

4.根据权利要求1所述的真三维图像显示系统，其特征在于，所述光学器件为光栅，所述光栅的各栅孔作为所述光学器件的各成像单元。

5.根据权利要求1所述的真三维图像显示系统，其特征在于，所述光学压缩装置包括折射镜组件、或者反射镜组件、或者衍射元件组件。

6.根据权利要求1-5任一项所述的真三维图像显示系统，其特征在于，还包括反射装置，所述反射装置包括H个反射光学单元，所述H个反射光学单元用于对应接收所述H套压缩图像光束，并对应地将所述H套压缩图像光束中的K列图像光束反射至所述成像屏幕的H个区域中。

7.根据权利要求6所述的真三维图像显示系统，其特征在于，还包括投射角度调整装置，设置于所述光学扫描装置的出射光路和所述反射装置的入射光路之间，用于对所述光学扫描装置输出的各图像光束向所述反射装置的投射角度进行调整以使各所述图像光束对应地投射到所述反射装置的H个反射光学单元。

8.根据权利要求7所述的真三维图像显示系统，其特征在于，还包括设置于所述反射装置和成像屏幕之间的分段投影镜头组，所述分段投影镜头组包括H个投影镜头，将所述反射装置的H个反射光学单元反射的图像光束经所述分段投影镜头组的H个投影镜头透射至所述成像屏幕的H个区域。

9.一种真三维图像显示方法，利用权利要求1-8任一项所述的真三维图像显示系统进行真三维图像的显示，其特征在于，所述真三维图像显示方法包括：

图像生成步骤：所述图像源按照预设的时序生成分别对应于K个视场的K个视场图像光束；

光学压缩步骤：所述光学压缩装置对各所述视场图像光束进行压缩以形成H套压缩图像光束，每套压缩图像光束包括K列图像光束，每套压缩图像光束中的K列图像光束分别为所述K个视场图像光束的相同列图像光束；

光学扫描步骤：所述光学扫描装置将所述H套压缩图像光束中的图像光束按所述预设的时序分别导引至所述成像屏幕的H个区域中；

光束投射步骤：所述光学器件的H个成像单元对应地将投射至所述成像屏幕的H个区域中的压缩图像光束中的K列图像光束分别射向K个视场中；

其中，所述K、H均为不小于1的整数。

10.根据权利要求9所述的真三维图像显示方法，其特征在于，在所述图像生成步骤和光学压缩步骤之间还包括：

组合步骤：根据所述预设的时序对任意的连续两个所述视场图像光束进行组合处理。

11.根据权利要求9或10的真三维图像显示方法，其特征在于，所述光学扫描步骤和光束投射步骤之间还包括：

反射步骤：将所述H套压缩图像光束中的K列图像光束反射至所述成像屏幕的H个区域中。

12.根据权利要求11所述的真三维图像显示方法，其特征在于，所述光学扫描步骤和反射步骤之间还包括：

投射角度调整步骤：对所述光学扫描装置输出的各图像光束的投射角度进行调整。

13.根据权利要求11所述的真三维图像显示方法，其特征在于，所述反射步骤和光束投射步骤之间还包括：

透射步骤：对应地将反射的H套图像光束经包括H个投影镜头的分段投影镜头组透射至所述成像屏幕的H个区域。