CN105511093A - 3d成像方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种3D成像方法及装置，其通过双折射效应将源3D图像光线分离为两束携带图像信息的偏振光线、调整双折射得到的两束偏振光线的光路，并控制两束偏振光线交替射出，即可实现3D成像；由于上述成像方法的实施仅需要一台具有相应功能的成像装置，相对于传统3D投影技术必须使用两套成像设备的情况，因此本申请可以简化系统结构，降低系统成本；另外，由于携带图像信息的两束偏振光线交替射出投影设备造成的视差可以是观察者直接看到3D图像，不需要佩戴相应的3D眼镜，故可以节省配置3D眼镜的投资，进一步降低系统成本。

Description

3D成像方法及装置
技术领域
本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种3D成像方法及装置。
背景技术
随着三维(3Dimensions，3D)成像技术的发展，其应用范围已普及到工业设计、模具设计、影视动漫等多个领域，给人们带来真实、立体的视觉享受。传统的3D成像系统通过两台完全相同参数的投影设备分别交替投射左眼图像和右眼图像，再通过相应的3D眼镜使左右眼图像在正确的时间透过相应的镜片进入人眼，进而人的大脑就可以根据左右眼的视差将左右眼图像合成为具有真实景深、无重影的三维立体图像。
可见，上述3D成像系统采用两台投影设备分别投射左右眼图像，不仅导致系统结构复杂，还增加了系统成本。另外，与投影设备配套使用的3D眼镜一般包括快门式和偏振式两种。如果采用快门式3D眼镜，则会进一步提高系统成本，特别是影院等需要配置多个3D眼镜的应用场景，系统成本会更高；如果采用偏振式3D眼镜，则易发生重影现象，3D效果差，且易造成眼疲劳。因此，如何降低3D成像系统的成本，并保证其实现的3D效果，成为本领域亟需解决的问题。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种3D成像方法及装置。
本申请第一方面提供一种3D成像方法；该方法包括：
将源3D图像光线通过双折射效应分离为携带左眼图像信息的第一偏振光线和携带右眼图像信息的第二偏振光线；
根据成像位置调整所述第一偏振光线和第二偏振光线的光路；
控制所述第一偏振光线和第二偏振光线交替射出；其中，所述第一偏振光线和第二偏振光线之间的交替频率与所述源3D图像光线的帧频率相同。
结合第一方面，在第一方面的第一种可行的实施方式中，该方法还包括：控制辅助平行光线与所述第一偏振光线和第二偏振光线共同射出。
结合第一方面，或者第一方面的第一种可行的实施方式，在第一方面的第二种可行的实施方式中，所述双折射效应包括：基于单轴晶体的自然双折射效应、基于无色光学玻璃的应力双折射效应，基于透明液体与其外加电场产生的电光双折射效应，以及，基于透明液体与其外加磁场产生的磁致双折射效应。
本申请第二方面提供一种3D成像装置；该装置包括：光源分离模块、光路调整模块和可控开关模块，所述光路调整模块设置于所述光源分离模块和可控开关模块之间；
所述光源分离模块用于，将源3D图像光线通过双折射效应分离为携带左眼图像信息的第一偏振光线和携带右眼图像信息的第二偏振光线；
所述光路调整模块用于，根据成像位置调整所述第一偏振光线和第二偏振光线的光路；
所述可控开关模块用于，控制所述第一偏振光线和第二偏振光线交替射出；其中，所述第一偏振光线和第二偏振光线之间的交替频率与所述源3D图像光线的帧频率相同。
结合第二方面，在第二方面的第一种可行的实施方式中，该装置还包括：亮度补偿模块，用于向所述可控开关模块发射辅助平行光线，以使得所述辅助平行光线与所述第一偏振光线和第二偏振光线共同射出。
结合第二方面，或者第二方面的第一种可行的实施方式，在第二方面的第二种可行的实施方式中，所述光源分离模块包括以下任意一种：
可以产生自然双折射效应的单轴晶体、可以产生应力双折射效应的无色光学玻璃、可以产生电光双折射效应的透明液体及其外加电场构成的第一光学器件、可以产生磁致双折射效应的透明液体及其外加磁场构成的第二光学器件。
由以上技术方案可知，本申请实施例通过双折射效应将源3D图像光线分离为两束携带图像信息的偏振光线、调整双折射得到的两束偏振光线的光路，并控制两束偏振光线交替射出，即可实现3D成像；由于上述成像方法的实施仅需要一台具有相应功能的成像装置，相对于传统3D投影技术必须使用两套成像设备的情况，因此本申请可以简化系统结构，降低系统成本；另外，由于携带图像信息的两束偏振光线交替射出投影设备造成的视差可以是观察者直接看到3D图像，不需要佩戴相应的3D眼镜，即实现裸眼3D成像，故可以节省配置3D眼镜的投资，进一步降低系统成本。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本申请实施例提供的一种3D成像方法的流程图。
图2是本申请实施例提供的一种3D成像方法的原理图。
图3是本申请实施例提供的另一种3D成像方法的原理图。
图4是本申请实施例提供的一种3D成像装置的结构示意图。
图5是本申请实施例提供的另一种3D成像装置的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1为本申请实施例提供的一种3D成像方法的流程图图。如图1所示，该方法包括以下步骤。
S11、将源3D图像光线通过双折射效应分离为携带左眼图像信息的第一偏振光线和携带右眼图像信息的第二偏振光线。
所谓双折射效应，即一束自然光入射到各向异性的媒介中(入射方向可以为该媒介的光轴以外的任意方向)折射出两束线偏振光的现象；其中，两束线偏振光的振动方向相互垂直。如图2所示的本申请实施例所述的3D成像方法的原理图，S表示源3D图像光线、M表示各向异性的媒介；S沿光轴L外的某一方向入射到M中，折射出偏振方向互相垂直的线偏振光o和e(即上述第一偏振光线和第二偏振光线)，两束线偏振光携带的图像信息分别作为左眼图像和右眼图像。
S12、根据成像位置调整所述第一偏振光线和第二偏振光线的光路。
S13、控制所述第一偏振光线和第二偏振光线交替射出。
其中，所述第一偏振光线和第二偏振光线之间的交替频率与所述源3D图像光线的帧频率相同。
在得到携带左眼图像和右眼图像的偏振光线o和e后，为实现3D成像，需要将两束偏振光线在预设位置处汇聚为3D图像；有鉴于此，本申请实施例一方面通过调整两束偏振光线o和e的光路来控制其汇聚点，也即控制成像位置，另一方面通过控制两束偏振光线o和e交替射出，从而形成观察者左右眼的视差，进而在观察者大脑中合成3D图像。如图2所示，可以通过透镜N的折射作用改变偏振光线o和e的光路，通过液晶遮蔽开关K控制o和e交替射出。
基于以上原理可知，本申请实施例可以仅通过一套成像设备实现3D成像，其中该成像设备具有如下三个功能：通过双折射效应将源3D图像光线分离为两束携带图像信息的偏振光线、调整双折射得到的两束偏振光线的光路，以及控制两束偏振光线交替射出。因此，与传统3D投影技术必须使用两套成像设备的情况相比，应用本申请实施例可以为每个3D成像系统省去一套成像设备，从而简化系统结构，降低系统成本；另外，由于携带图像信息的两束偏振光线交替射出投影设备造成的视差可以是观察者直接看到3D图，不需要佩戴相应的3D眼镜，即本申请实施例可以实现裸眼3D技术，可以节省配置3D眼镜的投资，进一步降低系统成本。
另外，本申请实施例提供的3D成像方法的具体应用场景包括近眼3D显示器、3D电影放映机等。
本申请实施例所述的将源3D图像光线分离为两束偏振光线的双折射效应，其具体实施方式包括但不限于以下四种中的任意一种。
1)基于单轴晶体实现自然双折射效应：单轴晶体为各向异性的媒介，自然光沿其光轴外的任一方向射入即可发生双折射；其中，由于单轴晶体为自然形成的，故由其产生的双折射效应又称为自然双折射效应。
2)基于无色光学玻璃实现应力双折射效应：因内部密度不完全相同，故无色光学玻璃也是各向异性的媒介，也可以产生双折射效应；其中，由于无色光学玻璃内部的密度差是由外力造成的，故由其产生的双折射效应又称为应力双折射效应。
3)基于透明液体与其外加电场实现电光双折射效应：透明液体在外加电场的作用下可以呈现各向异性的性质，产生双折射效应，又称电光双折射效应或克尔效应(Kerreffect)。
4)基于透明液体与其外加磁场实现磁致双折射效应：透明液体在外加磁场的作用下可以呈现各向异性的性质，产生双折射效应，又称磁致双折射效应或科顿—穆顿效应(Cotton-Moutoneffect)。
由以上实施方式可知，作为本申请提供的3D成像方法的关键步骤，利用双折射效应得到两束偏振光线的步骤可以通过常见的单轴晶体、无色光学玻璃、外加有电场或磁场的透明液体实现，从而可以保证系统的低成本。
在本申请一个可行的实施例公开的3D成像方法中，在控制所述第一偏振光线和第二偏振光线交替射出的同时，还可以控制辅助平行光线与所述第一偏振光线和第二偏振光线共同射出。
传统3D成像技术中，携带左右眼图像的光线交替透过3D眼镜时，会产生亮度损耗，即摄入人眼的光线亮度降低，进而易造成观察者视觉疲劳；类似的，本申请实施例中的携带图像信息的两束偏振光线在交替射出时，也存在亮度损耗。如图3所示的原理图，有鉴于此，本申请实施例通过辅助平行光线对射出的偏振光线进行亮度补偿，从而可以提高入射至人眼中的光线的亮度，避免观察者视觉疲劳。
可选的，上述辅助平行光线通过辅助光源和凸透镜获得，即将散射的辅助光源置于凸透镜一侧的焦点处，在该凸透镜的另一侧就可以得到平行光。可见，本申请实施例可以通过较低的成本实现亮度补偿，既可以提高成像效果，又可以保证成像系统的低成本。
图4为本申请实施例提供的3D成像装置的结构示意图。参见图4，该装置包括：光源分离模块100、光路调整模块200和可控开关模块300。
其中，该光源分离模块100用于，将源3D图像光线通过双折射效应分离为携带左眼图像信息的第一偏振光线和携带右眼图像信息的第二偏振光线。
该光路调整模块200用于，根据成像位置调整所述第一偏振光线和第二偏振光线的光路。
该可控开关模块300用于，控制所述第一偏振光线和第二偏振光线交替射出3D成像装置。其中，所述第一偏振光线和第二偏振光线之间的交替频率与所述源3D图像光线的帧频率相同。
另外，光路调整模块200设置于光源分离模块100和可控开关模块300之间。图4中以带标号的箭头标示出了上述3D成像装置工作过程中的光线传播示意图，其中，标号为①的箭头表示源3D成像光线，标号为②的箭头表示第一偏振光线和第二偏振光线。
由以上装置结构可知，本申请实施例通过光源分离模块将源3D光线分离为两束振动方向相互垂直的偏振光线，并通过光路调整模块和可控开关模块将两束偏振光线交替射出，并分别交替进入观察者的左右眼，造成观察者左右眼的视差，从而在观察者的大脑中合成源3D图像；可见，每个3D成像系统中仅需一台本申请实施例提供的3D成像装置即可完成3D成像，且不需要配置相应的3D眼镜，因而可以简化系统结构，降低系统成本。
在本申请一个可行的实施例中，光路调整模块200具体可以采用透光率较高的透镜，即通过透镜对光线的折射作用实现对上述第一偏振光线和第二偏振光线的光路的调节。
在本申请另一个可行的实施例中，可控开关模块300可采用液晶遮蔽开关。
光源分离模块100具体可采用以下任意一种：单轴晶体、无色光学玻璃、透明液体及其外加电场构成的第一光学器件、透明液体及其外加磁场构成的第二光学器件。其中，单轴晶体可以产生自然双折射，光学玻璃可以产生应力双折射，第一光学器件可以产生电光双折射，第二光学器件可以产生磁致双折射，从而实现将源3D图像光像分离为上述第一偏振光线和第二偏振光线。
在本申请又一个可行的实施例中，上述3D成像装置还包括：亮度补偿模块400，如图5所示；该亮度补偿模块400用于向所述可控开关模块发射辅助平行光线，以使得所述辅助平行光线与所述第一偏振光线和第二偏振光线共同射出。其中，图5中亦以带标号的箭头标示出了上述3D成像装置工作过程中的光线传播示意图，标号为①的箭头表示源3D成像光线，标号为②的箭头表示第一偏振光线和第二偏振光线，标号为③的箭头表示辅助平行光线。
上述辅助平行光线用于对第一偏振光线和第二偏振光线进行亮度补偿，从而提高成像亮度，避免观察者视觉疲劳。可选的，上述亮度补偿模块400可以包括辅助光源和凸透镜，根据凸透镜的光学特性，将该辅助光源设置于凸透镜的一侧焦点处，即可在另一侧得到平行光线。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种3D成像方法，其特征在于，包括：
将源3D图像光线通过双折射效应分离为携带左眼图像信息的第一偏振光线和携带右眼图像信息的第二偏振光线；
根据成像位置调整所述第一偏振光线和第二偏振光线的光路；
控制所述第一偏振光线和第二偏振光线交替射出；其中，所述第一偏振光线和第二偏振光线之间的交替频率与所述源3D图像光线的帧频率相同。
2.根据权利要求1所述的3D成像方法，其特征在于，还包括：
控制辅助平行光线与所述第一偏振光线和第二偏振光线共同射出。
3.根据权利要求1或2所述的3D成像方法，其特征在于，所述双折射效应包括：基于单轴晶体的自然双折射效应，或者基于无色光学玻璃的应力双折射效应，或者基于透明液体与其外加电场产生的电光双折射效应，或者基于透明液体与其外加磁场产生的磁致双折射效应。
4.一种3D成像装置，其特征在于，包括：光源分离模块、光路调整模块和可控开关模块，所述光路调整模块设置于所述光源分离模块和可控开关模块之间；
所述光源分离模块用于，将源3D图像光线通过双折射效应分离为携带左眼图像信息的第一偏振光线和携带右眼图像信息的第二偏振光线；
所述光路调整模块用于，根据成像位置调整所述第一偏振光线和第二偏振光线的光路；
所述可控开关模块用于，控制所述第一偏振光线和第二偏振光线交替射出；其中，所述第一偏振光线和第二偏振光线之间的交替频率与所述源3D图像光线的帧频率相同。
5.根据权利要求4所述的3D成像装置，其特征在于，还包括：
亮度补偿模块，用于向所述可控开关模块发射辅助平行光线，以使得所述辅助平行光线与所述第一偏振光线和第二偏振光线共同射出。
6.根据权利要求4或5所述的3D成像装置，其特征在于，所述光源分离模块包括以下任意一种：
可以产生自然双折射效应的单轴晶体、可以产生应力双折射效应的无色光学玻璃、可以产生电光双折射效应的透明液体及其外加电场构成的第一光学器件、可以产生磁致双折射效应的透明液体及其外加磁场构成的第二光学器件。
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