CN105378541A - 基于振动格栅的3d空间可视装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种基于振动格栅的空间生成设备，所述空间生成设备为用户实现3D感知，并包括容纳框架和图像显示面，其特征在于，所述容纳框架(1)以可旋转方式将振动格栅(10)附连至所述空间生成设备，所述振动格栅配备了垂直设置的以径向方式配置并聚焦到垂直取向的亚光黑阻挡条带(13)，配置在所述振动格栅(10)的中心线上的连接元件(12)将所述振动格栅(10)连接到所述容纳框架(1)，以便其在水平方向上转动，在所述振动栅格(10)的振动距离(3)的左和右侧端位置，通过使得先前记录的图像针对左眼(27)和右眼(28)交替、相应于双眼间距离而偏移，在位于所述振动格栅(10)后面的所述图像显示面(20)上以每秒至少24个图像的交替速率显示而使得所述图像的三维感知变为可能，而在所述振动格栅(10)的中间位置，即在图像交替的时刻，由所述阻挡条带(13)对于左眼(27)和右眼(28)同时形成均匀黑暗的左侧和右侧表面。

Description

基于振动格栅的3D空间可视装置

本发明公开了一种用于一人或多人的基于振动格栅的空间生成装置，其生成相当于自然视觉的逼真的3D视图，而不需要专门的3D眼镜。

发明领域

本发明可能的应用领域是健康、教育、通讯、娱乐(电影，电视)和广告业领域、科学研究的各个领域以及国家、公共和私人安全领域。

相关技术描述

不戴眼镜实现3D已经通过各种解决方案(视差屏障、双凸透镜、全息照相和其他方法)来实现，其中之一是专利文献号P1100360HU中公开的代表现有相关技术的解决方案，其提出了一种用于显示立体图像的装置，其中具有用于解锁的重复图案的解锁图案被放置在图像和眼睛之间，以此方式该解锁模式同时允许用于左眼的图像只能由左眼看到，用于右眼的图像对左眼左阻塞因而左眼看不到它，并允许用于右眼的图像只能由右眼看到，用于左眼的图像对右眼左阻塞。

该解决方案的缺点是两只眼睛同时看到图像(即两个图像)，一个由左侧照相机拍摄的图像和一个由右侧照相机拍摄的图像，使得投影的图像同时对相反的眼解锁，因此两个图像的大约50％对于相应的眼是可见的。另一个缺点是，所述解锁将阻挡同时可见的两个图像的某些部分。

在本发明中公开的解决方案中，不需要上述的阻挡，从而确保图像的质量优越，其可以通过一只眼睛以每秒至少1/24图像的速率看到接近100％的图像。

专利文献号GB2476160也公开了一种代表现有相关技术的解决方案，其公开了一种平板3D电视，它包括绕第一轴旋转的光源矩阵，将来自每个光源发射的光线准直为一维的准直设备，包含布置成旋转光源的设备，调制从各光源射出的光强度的调制设备，以及设置为控制和同步每个光源的旋转速度和/或角度的旋转同步设备。该发明的目的还包括一个设备，其电子地存储从多个水平位移视点发射的3D图像的二维镜像数据的时间序列，其中，镜像数据被用来驱动调制装置和/或旋转同步装置，以便生成给定图像的实时三维镜像。

代表现有相关技术的该解决方案的缺点是，由于水平和垂直地放置在反射镜的行之间的格栅厚度，电机控制反射镜投射的图像只能投影一定百分比(50-60)的图像到眼睛。因此，图像将总是有颗粒和不完整的。该装置是复杂的，其制造成本高并且现实生活中的3D内容没有实现。

检查上述解决方案也可以清楚地得出结论，这些技术解决方案无法重现或创建现实生活中的三维内容。

显示的3D图像应当有效地“呈现”给用户或者用户们，就像用户或用户们正用自己的眼睛在看它，完全和它在现实中看起来的一样。否则，我们以不自然的方式为我们的眼睛和小脑提供以各种方式不当生成的光和图像效果，这可能产生眩晕或不舒服的总体感觉。

当然事实上，在使用眼镜的方案的情况下，观众可以从各种眼镜尺寸中选择，但观看者会选择那些对应于他们自己的两眼间的距离的眼镜的概率是微小的。

采用目前在市场上的裸眼3D图像显示中的凸透镜和视差屏障应用二者，将经历一定程度的串扰，其结果是不产生逼真的图像，并且可能发生类似于上述的有害健康的影响。

这些有害健康的影响的发生是由于这样的事实，小脑无法处理用于另一只眼睛的信息(上述的串扰效应)。当一个三维显示器上的左和右图像被简单地切换时，这很明显。如果还考虑到对于两眼间距离而言不足的(眼睛偏角向外或向内)图像的不当显示，经常暴露给用户的对健康造成不良影响的程度是很容易理解的。

三维视觉的基本条件之一是，光源和从观察者之前的空间以两个不同角度发射的图像几乎在同一时间到达两只眼睛，小脑同时感知，然后解读为三维图像。

在视网膜上出现的二维图像中的相似度和差异由两眼间距离所导致，其因人而异，但大约在40到80毫米之间。大多数人相信，它们以三维观看效果，但这并非如此。

由小脑解读的图像其实是由两个单独的二维图像组成。如果一个人密切观察完全反面和正面，当交替地关闭一个人的左眼和右眼，可以得出结论，尽管该对象事实上保持在一个地方，但看到的图像都是错位的，即当左眼和右眼看到物体的左侧和右侧时图像向左和向右移动。这种错位精确对应于观察者眼睛的双眼间距离，左右眼的视点是由所观察的物体的距离来定义。

如果一个人观察该相同的场面，即对象位于两个眼睛之间，而在同一时间注意力集中在背景图像上，就可以得出结论，当人们看到物体的一个图像，同时人们看到出现在背景上的图像的一部分的重影。

如果这个实验反过来重复，也就是说，如果一个人观察出现在背景的对象，而注意力集中在前景中更近的对象，然后将得到同样的结论。

因此以上概括和呈现的实验证明，在现实中人不以三维观看，因为如果一个人以三维观看，则在这两种情况下，第二个实验过程中人们都将只看到背景中所有事物中的一个，而不是两个。

在创建本发明时，发明者的目标是创建一个裸眼的3D图像显示，这样，考虑到以前的结论，发明人从上述结论的方面的3D视觉解决方案寻找问题。

公知的是，即使扰乱小脑，小脑也以某种方式领会并独立地解释出现在视网膜上的影像是如何出现的。有了这方面的知识，也就清楚如果这两个图像创建3D录像或图像从二维(平面)表面到达眼睛，使得一只眼睛在给定时间看不到另一只眼睛可见的东西，大脑能够理解再现的3D录像或图像。

当通过旋转叶片风扇从近距离观看，风扇叶片外的空间以深度方式被看到，即以3D方式，独立于这样一个事实，即观看者一次只能用一只眼睛通过刀片观看。三维视觉的基本条件之一是两只眼睛在大约相同的时间看到至少两个二维图像。

如果，经过这一观察，观看者从风扇慢慢向后移动，深度，即三维景象将由两只眼睛和小脑以相同的方式看出。

在创造本发明的过程中认识到，为了生成三维景象，或类似于自然视觉的空间图像，发明人在由其创建的特殊格栅设备的帮助下能够为给定的目标提供解决方案，即每只眼睛单独观看在大约相同的时间显示或再生的图像，以这样一种方式，该图像显示面在图像的交替的时刻——即在不被小脑感测的时间以一秒的大约1/100th的速度——是由均匀的暗面以与创建和重放移动图像相同的方式从两只眼睛中分离。被称为3D的景象其实是统一的解释，即在小脑出现两次的二维图像的融合。进一步的认识是，与现有的解决方案相反，也可以生成裸眼3D真实生活运动图像的景象，如果相应的图像从二维平面上以至少1/24图像每秒的交替速率到达相应的眼睛，以便在此期间在投影于通过振动被向左和向右移动的表面上的交替左右图像的前方专门配置有一个格栅型设备，并且其运动一方面同步到图像交替的速率，而另一方面确保由交替眼睛通过格栅装置观看，使得当一个眼睛通过格栅观看，同时通过格栅防止另一只眼睛做相同的事情。如果图像被显示在图像显示面上，使得他们在水平方向(这是特定于每个个体)的彼此“位移”精确对应于用户的双眼间距离，如果用户被放置在一定的距离和从这样安排和配置的结构的垂直高度的一定聚焦对准，此外如果以每秒至少1/24图像的速率显示的图像是由来自3D照相机拍摄的图像的左右图像组成，并且一定的死区(在图像交替的时刻)被施加在那些图像的外观之间，则本发明的目标已经实现。

发明概述

因此，本发明的目的是提供一种基于振动格栅的空间生成设备，所述空间生成设备为用户实现3D感知，并包括容纳框架和图像显示面，其特征在于，所述容纳框架(1)以可旋转方式将振动格栅(10)附连至所述空间生成设备，所述振动格栅配备了垂直设置的以径向方式配置并聚焦到垂直取向的亚光黑阻挡条带(13)，配置在所述振动格栅(10)的中心线上的连接元件(12)将所述振动格栅(10)连接到所述容纳框架(1)，以便其在水平方向上转动，在所述振动栅格(10)的振动距离(3)的左和右侧端位置，通过使得先前记录的图像针对左眼(27)和右眼(28)交替、相应于双眼间距离而偏移，在位于所述振动格栅(10)后面的所述图像显示面(20)上以每秒至少24个图像的交替速率显示而使得所述图像的三维感知变为可能，而在所述振动格栅(10)的中间位置，即在图像交替的时刻，由所述阻挡条带(13)对于左眼(27)和右眼(28)同时形成均匀黑暗的左侧和右侧表面，即没有眼睛通过格栅观看。

根据本发明的基于振动格栅的空间可视化设备的特征结构在权利要求中详细介绍。

根据本发明的解决方案通过下列附图来更详细地描述：

图1示出了容纳框架的前视图，

图2示出了容纳框架的顶视图，

图3示出了具有控制电缆和电位计的容纳框架的侧视图，

图4示出了振动格栅的前视图，

图5示出了振动格栅的顶视图，

图6示出了振动格栅的侧视图，

图7示出了图像显示面、眼以及小脑的位置的透视图，

图8呈现了根据本发明从顶视图来看在左眼通过格栅观看时所在位置处装置的操作，

图9呈现了根据本发明从顶视图来看在右眼通过格栅观看时所在位置处装置的操作，

图10呈现了从顶视图来看在图像交替出现时所在的“特定”位置处装置的操作。

图1示出了根据本发明的容纳框架1和透明盖板6。

参照图2和3，在容纳框架1的顶视图和侧视图中清楚可见的是连接端口2、振动距离3、在两侧的磁性止动销4、图像投影壳体5、透明前面板6、导线7、控制单元8、以及优选地连接到电位器的控制电缆9。

参考图4、图5和6，根据本发明的振动格栅的前视图、顶视图和侧视图中可见的是框架11、连接元件12(优选为枢轴)、阻挡条带13、配置在阻挡条带间的狭缝14、缓冲柱15、铁插入件16、减振器17，以及在振动的过程中形成的振动曲线18。在图5的顶视图中清晰可见的是确保最佳观看的视点19。

图7呈现了根据本发明的设备的操作，其中对应于该用户和图像显示面20的说明标记是可见的，如空间的中心线21、图像的左侧中心线22、图像的右侧中心线23、视点的焦点25、焦点的曲线26、使用者的左眼27、右眼28和小脑29。

图8示出了根据本发明在透视图中在左眼27通过格栅观看时所在位置处装置的操作。可见的是容纳框架1、配置在容纳框架1的内表面上的图像显示表面20、以及被配置在容纳框架1的内部并向左旋转的振动格栅10，并且在其框架11中在径向方向配置了阻挡条带13。在这个位置上显然左眼27看到图像。

图9示出了根据本发明在透视图中在右眼28通过格栅观看时所在位置处装置的操作。可见的是容纳框架1、具有图像显示面20，以及振动格栅10，其中其框架11内配置了阻挡条带13。振动格栅10向右转动，从而右眼28看到图像。

图10示出了根据本发明在透视图中在图像交替出现时所在“特定”位置处装置的操作。在图像交替的时刻，振动格栅10的阻挡条带13同时防止双眼通过格栅观看。左眼27看到由阻挡条带13的左侧形成的左侧均匀暗面，而右眼28看到右侧暗面，即两个眼睛同时被阻止通过格栅观看。

实施例的优选操作的详细描述。

根据本发明，一个可能结构中的容纳框架1被构造成使得它包含图像显示面20和位于其前面的振动格栅10，并且将二者连接在一起，目的在于再现三维图像，使得在操作中当左眼27和右眼28通过振动格栅10观看时，交替出现在图像显示面20上的左右图像的连续交替使得通过左眼27和右眼28的现实生活的3D感知到达小脑29。

容纳框架1的用于固定连接元件12的连接端口2(优选地是振动格栅10的枢轴)确保振动格栅10向左和向右稳定旋转的可能性，其操作由控制单元8来确保。

振动格栅10的活动范围由振动曲线3限定，并且被固定在可调节止动销4的末端位置。

在一个配置中，图像显示面20位于图像投影壳体5中，平行于容纳框架1的后壁，所述透明前面板6被嵌入前壁中。

振动格栅10单元的操作和调制和图像显示面20与容纳框架1同步操作是通过控制电缆9由控制单元8来确保的。

用户手动调整图像的分辨率“将他自己的瞳孔间距离输入到装置”，这是通过使图像的左右中心线22、23与振动曲线18同步而实现的。由于两眼间距离不同，根据本发明的设备能够满足仅一个、最多两个用户的需求，使得两眼距离或多或少地相同，并且他们的头位于彼此上面或可能彼此后面(前面的用户总是两眼间距离较小的人)。这种操作方式在各教育领域是有用的。对应于投影在图像显示面20前壁的图像的左和右中心线22、23的图像将在每次从图像显示面的中心线以对应于给定用户两眼间距离的距离向右和向左位移时出现，使得图像22、23的左右中心线总是平行于眼睛。观看者将看到图像，显示图像就好像在捕获图像时他的两眼间距离与照相机之间的轴间距是相同的，即他将看到一朵花正如由蜜蜂看到的一样。

由3D相机拍摄的左和右图像在图像显示面20上以每秒至少(12+12)即24次的速度交替出现，使得在它们出现的时刻，位于图像前面的振动格栅10确保相应左眼27和右眼28通过在其一个端部位置中的格栅观看的可能性。

在图像拍摄期间，所述3D相机必须始终彼此平行放置。然而，彼此间的距离可以是任意的。例如，其在空间研究领域的应用中，距离可能是几千公里，而在显微镜图像拍摄的情况下，距离可以小于一毫米。

振动栅极10是以垂直方式专门配置的单元，但容纳框架能够以大约90度角倾斜，并且可以在枢轴12上在两个方向水平地转动，其中框架11的一部分是以径向方式配置的垂直排列的阻挡条带13，并且其提供通过格栅观看的三种模式。阻挡条带13的结构可以机械地、电子地、并且使用液晶实现。在用于通过格栅观看的三种可能性之间，两种提供左眼27和右眼28通过格栅观看，而第三种可能性防止在图像交替的时刻两个眼睛同时通过格栅观看。

根据本发明生成的显示，小脑29(错误地)得到以下“知识”，在其感知之前两只眼睛同时看到通过它(隐含地)解读为3D图像。

振动格栅10的配置可以通过几种技术手段来实现，例如机械地、电子地或使用液晶，对于更小的图像显示面(移动电话、平板电脑、笔记本电脑)后者是有利的。

许多这些专门配置的振动格栅10可被彼此并肩放置、设置。

振动格栅10(在构造用于许多人的房间中)后面的图像显示面的距离可以是任意的，因此，当使用多个振动格栅10时，可以在单个图像显示面(例如，电影屏幕)上获得3D显示，这是与本发明相关的目的。

因此，根据本发明的解决方案能够满足其设定的目标，并提供以下优点：

-图像显示面上至少90％的显示图像的是可见的，

-个人的眼睛看到的图像中没有串扰，因此也就不存在失真，

-由左眼和右眼看到的图像之间的距离对应于用户的双眼间距离，因此没有不利的健康影响，没有眼疲劳，

-本发明可被用于在空间中心线的垂直平面中的用户的高度和视点的任何改变，

-具有框架的振动格栅可以从垂直平面倾斜45-45度，即90度角，因此用户可以看到图像不仅具有垂直景象，

-本发明的设计适合于低成本制造和快速简单组装，

-所述阻挡条带的结构可机械地、电子地和使用液晶实现，

-本发明适合于各种应用：例如当照相机被调整为针对小距离时，其可能在健康领域有效利用，而对于较大的距离，可适用于空间研究领域。普通的相机间距离(即对应于平均双眼间距离)可以在教育、娱乐和其他领域中有效地应用。

附图标记

1.容纳框架

2.连接端口

3.振动距离

4.磁性止动销

5.图像投影壳体

6.透明前面板

7.线

8.控制单元

9.控制电缆

10.振动格栅

11.框架

12.连接元件，枢轴

13.阻挡条带

14条带之间的狭缝

15.缓冲柱

16.铁插入件

17.减振器

18.振动曲线

19.视点

20.图像显示面

21.空间中心线

22.图像的左侧中心线

23.图像的右侧中心线

24.用户

25视点焦点

26.焦点曲线

27.左眼

28.右眼

29.小脑

Claims (8)

1.一种基于振动格栅的空间生成设备，所述空间生成设备为用户实现3D感知，并包括容纳框架和图像显示面，其特征在于，所述容纳框架(1)以可旋转方式将振动格栅(10)附连至所述空间生成设备，所述振动格栅配备了垂直设置的以径向方式配置并聚焦到垂直取向的亚光黑阻挡条带(13)，配置在所述振动格栅(10)的中心线上的连接元件(12)将所述振动格栅(10)连接到所述容纳框架(1)，以便其在水平方向上转动，在所述振动栅格(10)的振动距离(3)的左和右侧端位置，通过使得先前记录的图像针对左眼(27)和右眼(28)交替、相应于双眼间距离而偏移，在位于所述振动格栅(10)后面的所述图像显示面(20)上以每秒至少24个图像的交替速率显示而使得所述图像的三维感知变为可能，而在所述振动格栅(10)的中间位置，即在图像交替的时刻，由所述阻挡条带(13)对于左眼(27)和右眼(28)同时形成均匀黑暗的左侧和右侧表面。

2.如权利要求1所述的基于振动格栅的空间生成设备，其特征在于，所述图像显示面(20)设置在所述振动格栅(10)后面所述容纳框架(1)的内表面上。

3.如权利要求1或2所述的基于振动格栅的空间生成设备，其特征在于，所述图像显示面(20)位于距所述振动格栅(10)的任意距离处。

4.如权利要求1-3中的任意一个所述的基于振动格栅的空间生成设备，其特征在于，所述阻挡条带(13)的配置是机械地或电子地实现的。

5.如权利要求1-3中的任意一个所述的基于振动格栅的空间生成设备，其特征在于，所述阻挡条带(13)的配置是通过液晶实现的。

6.如权利要求5所述的基于振动格栅的空间生成设备，其特征在于，所述振动栅格(10)的操作使用交流电来进行。

7.如权利要求1-6中的任意一个所述的基于振动格栅的空间生成设备，其特征在于，所述振动格栅(10)可以并排构建。

8.如权利要求1-7中的任意一个所述的基于振动格栅的空间生成设备，其特征在于，所述振动格栅(10)的最佳移动由控制单元(8)确保。