CN105700160A - 三维显示装置及适用该三维显示装置的图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维显示装置以及适用于该三维显示装置的图像处理方法，其中，三维显示装置包括:显示组件、导光组件、旋转组件和控制单元；显示组件用于出射光线以显示图像，导光组件用于改变所述显示组件出射的光线的投射方向，旋转组件用于转动所述导光组件，控制单元用于控制所述显示组件与所述旋转组件；其中，在所述控制单元控制所述显示组件与所述旋转组件时，所述旋转组件能转动所述导光组件使所述显示组件出射的光线朝向预设角度投射。本发明的三维显示装置结构简单，能够实现全方位观看。

Description

三维显示装置及适用该三维显示装置的图像处理方法

技术领域

本发明涉及一种显示装置，具体涉及一种三维显示装置和适用该三维显示装置的图像处理方法。

背景技术

三维显示装置是一种建立在人眼立体视觉机制上的新一代三维显示设备。三维显示装置能够提供普通的二维影像无法呈现的深度信息，能更真实地再现物体和场景，更符合人眼的视觉习惯，因此发展三维显示装置已经成为显示领域的发展趋势。

但是现有的三维显示装置结构复杂，且视角较小，只有在特定位置的观察者才能够观看到显示图像。

发明内容

本发明在于提供一种结构简单，能够实现全方位观看的三维显示装置。

为达上述目的，本发明提供一种三维显示装置，其包括:显示组件、导光组件、旋转组件和控制单元；显示组件用于出射光线以显示图像，导光组件用于改变显示组件出射的光线的投射方向，旋转组件用于使导光组件转动，控制单元用于控制显示组件与旋转组件；其中，在控制单元控制旋转组件时，旋转组件能转动导光组件从而使显示组件出射的光线朝向预设角度投射。

进一步地，导光组件设置于显示组件靠近观看者的一侧；导光组件包括：准直镜和偏折镜；准直镜用于准直光线，偏折镜用于偏折光线；其中，准直镜设置于显示组件和偏折镜之间。

进一步地，准直镜为菲涅尔透镜阵列，偏折镜为偏折棱镜阵列。

或者，准直镜为全息准直镜，偏折镜为全息偏折镜。

进一步地，准直镜与显示组件构成固定连接；偏折镜受到旋转组件的驱动而相对显示组件转动。

进一步地，导光组件包括：准直镜和偏折镜；准直镜用于准直光线，偏折镜用于偏折光线；旋转组件包括：驱动偏折镜转动的伺服电机。

进一步地，控制单元包括：图像处理单元和旋转控制单元；图像处理单元用于向显示组件输出与旋转组件的当前角度相对应的三维图像，旋转控制单元用于控制旋转组件的角度与转速；其中，图像处理单元能够接收旋转控制单元所发送的旋转组件的当前角度，图像处理单元还能将从计算机接收到的与旋转组件的当前角度相对应的三维图像的数字信号转换成模拟信号并发送至显示组件。

进一步地，三维显示装置还包括：用于获取人体动作信息的动作捕捉单元；动作捕捉单元与控制单元连接；控制单元还包括用于将动作捕捉单元所捕捉的结果转换为控制命令的动作识别单元。

进一步地，显示组件包括：有机发光二极管显示屏或者量子点发光二极管显示屏。

一种适用于以上的三维显示装置的图像处理方法，该图像处理方法包括步骤：形成并渲染三维图像；存储三维图像为数字信号并将数字信号转换成模拟信号；将模拟信号转换成电压信号并传输至显示组件的像素阵列；显示组件出射光线；导光组件改变显示组件出射的光线的投射方向；控制单元生成控制信号控制显示组件和旋转组件；识别观察者的骨骼节点与动作姿态并反馈至控制单元以实时调整显示组件的显示内容以实现人机交互。

相较于现有技术，本发明的三维显示装置结构简单，能够实现全方位观看。

附图说明

图1所示为本发明第一实施例的三维显示装置的立体结构图；

图2所示为图1中的三维显示装置的平面图；

图3示出了导光组件的具体结构；

图4示出了图3中的导光组件的光路图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1所示为本发明第一实施例的三维显示装置的立体结构图；图2所示为图1中的三维显示装置的平面图。请参照图1和图2所示，本发明的三维显示装置100包括：显示组件10、导光组件20、旋转组件30、控制单元（图未示）和动作捕捉单元40。

显示组件10用于出射光线以显示图像，具体的，显示组件10可以包括：显示屏11和显示驱动板（图未示）。

其中，显示屏11进一步的可以为OLED（OrganicLightEmittingDiode，有机发光二极管）显示屏。OLED显示屏能够自发光，其采用极薄的有机功能材料层和玻璃基板形成，当有电流通过时，有机材料能够被激发从而发光，从而可以节省传统的非自发光显示所需的背光源所占据的空间。同时，由于有机材料自发光带来的快速响应特性，OLED显示屏可以实现微秒量级的刷新速率，从而改善显示的延迟与闪烁问题。因为由计算机建模好的三维图像为360度全方位图像，每个方位角所对应的图像均不相同，因此要求显示组件必须具有微秒量级或更快的刷新速率，才能保证与旋转组件同步输出与当前所处的旋转角度所对应的图像，并抑制闪烁问题。显示驱动板可以为设置具有控制单元和/或动作捕捉单元40的电路基板，从而控制该三维显示装置100。

其中，显示屏11进一步的可以为QLED（Quantum-DotLightEmittingDiode，量子点发光二极管）显示屏。QLED显示屏能够自发光，其采用极薄的量子点发光层、有机或无机功能材料层和玻璃基板形成，当有电流通过时，量子点材料能够被激发从而发光，从而可以节省传统的非自发光显示所需的背光源所占据的空间。同时，由于量子点材料自发光带来的快速响应特性，QLED显示屏可以实现微秒量级的刷新速率，从而提高显示的质量。导光组件20用于改变显示组件10出射的光线的投射方向，导光组件20设置于显示组件10靠近观察者的一侧。

导光组件20可以包括基于折射原理的传统光学透镜，具体可以包括：准直镜21和偏折镜22。

图3示出了导光组件的具体结构，图4示出了图3中的导光组件的光路图。如图2至图4所示，准直镜21用于准直光线，偏折镜22用于偏折光线。准直镜21设置在显示组件10的显示屏11上，并可以与显示屏11构成固定连接，准直镜21还位于显示屏11与偏折镜22之间。偏折镜22设置在准直镜21与观察者之间。准直镜21使得分散的光线沿直线射出，光线平行进入偏折镜22。偏折镜22使得平行射入的具有特定波长的光线按照特定的偏折角度偏折，从而使得光线朝向特定方向射出，进而实现光线的精确投射。更具体的，准直镜21可以是由玻璃、石英、塑料、树脂等透明光学材料所制备的菲涅尔透镜阵列，偏折镜22可以是由玻璃、石英、塑料、树脂等透明光学材料所制备的锯齿状棱镜阵列。

当然，作为一种具体方案，可以在一块偏折镜22上划分出不同的区域，每个区域可以具有不同的偏折角度，因此可以仅仅通过一块偏折镜22实现不同高度的三维显示。在该情况下，每个高度只能享有部分观看视角，具体视角大小由划分区域数量决定。

旋转组件30用于驱动导光组件20，使得显示组件10出射的光线朝向预设角度投射。具体的，旋转组件30包括：伺服电机31和传动机构（图未标），伺服电机31用于驱动偏折镜22相对显示屏11旋转，传动机构设置在伺服电机31和偏折镜22之间。当伺服电机31运动时，其驱动传动机构，传动机构将动力传递至偏折镜22，并使得偏折镜22旋转，从而旋转的偏折镜22能够使得显示装置出射的光线经过偏折镜22后朝向预设角度投射，并投射至用户的眼睛。其中传动机构可以为机械传动装置，例如可以包括：传送带32、传动盘33和连接轴34。其中传送带32分别与伺服电机31和传动盘33连接，连接轴34设置在传动盘33上，连接轴34还与偏折镜22构成固定连接。这样，当伺服电机31启动后，传送带32将动力传递至传动盘33，传动盘33开始转动，转动的传动盘33带动设置其上的连接轴34也同步转动，进而驱动偏折镜22转动。

控制单元用于控制旋转组件30，更具体的是用于控制伺服电机31，从而控制偏折镜22的角度与转速。动作捕捉单元40与控制单元连接，其用于获取观察者的人体动作信息。动作捕捉单元40能将捕捉的信息传递至控制单元，控制单元根据人体动作信息判断观察者的骨骼节点与动作姿态，并根据观察者的骨骼节点与动作姿态，从而控制伺服电机31使得偏折镜22转动至能使得光线朝向观察者的位置或者控制显示屏11显示出用于回应人体动作的交互图像。

其中，控制单元还能够控制显示屏11生成图像，具体的，控制单元可以包括：图像处理单元，旋转控制单元和动作识别单元。图像处理单元用于向显示组件10输出与旋转组件30的当前角度相对应的三维图像，旋转控制单元用于控制旋转组件30的角度与转速，动作识别单元用于把动作捕捉单元所捕捉的结果转换为计算机控制命令，实现人机交互。

具体而言，其中，图像处理单元能够接收旋转控制单元所发送的旋转组件30的当前角度，图像处理单元还能将从计算机接收到的与旋转组件30的当前角度相对应的三维图像的数字信号转换成模拟信号并发送至显示组件10。

动作捕捉单元40可以为通过光学式、声学式、电磁式或者惯性式的单个传感器或者多个传感器的组合，这样可以通过传感器对观察者进行动作捕捉，从而实现定位或者切换显示图像。具体的，动作捕捉单元40还可以包括摄像单元，这样，当观察者对摄像单元做出交互动作时，摄像单元获取动作图像并将数据反馈回控制单元进行分析。例如，当观察者做出左右平移的手势动作时，可以相应移动图像位置，或者实现图形界面的滑动操作；当观察者做出扩大、缩小的手势动作时，可以相应改变图像的尺寸大小，从而完成缩放的操作；当观察者做出抓取的手势动作时，可以选中当前的图标，从而进入与该图标所对应的操作界面。

作为一种方案，该三维显示装置100还可以包括光传感器50，利用光传感器50的反馈，可以帮助确定显示图像的顺序以及旋转组件30转动的位置。具体实现方式可以是，在偏折镜22的下表面，将圆周平分成四等分，在端点分别涂上相应的涂料，在具有涂料的端点位置经过光传感器50上方时，光传感器50获得特定信号脉冲，并将信号脉冲返还给控制单元，从而获得偏折镜22旋转位置的信息，帮助确定偏差从而得到正确的显示顺序。

本发明还提出一种适用于以上的三维显示装置100的图像处理方法，该图像处理方法可以包括以下步骤：生成并渲染360度全景三维图像，并将全景三维图像分割为多个不同视角的图像；存储三维图像为数字信号并将数字信号转换成模拟信号；将模拟信号转换成电压信号并传输至显示组件10的像素阵列；显示组件10出射光线；导光组件20改变显示组件10出射的光线的投射方向；控制单元同步生成控制信号控制旋转组件30；检测观察者的位置或者动作信息并反馈至控制单元以实时控制旋转组件30与显示组件10。这些步骤中的某些步骤可以不分先后顺序，也可以同步进行。

具体的，图像处理单元形成并渲染三维图像，然后将三维图像存储为数字信号，再将数字信号转换成模拟信号，最后将模拟信号转换成电压信号并传输至所述显示组件10的像素阵列；然后显示组件10发射出光线，这时动作捕捉单元40可以检测观察者的位置或者动作信息并通过动作识别单元将信息反馈至控制单元，控制单元生成控制信号控制旋转组件30与显示组件10，旋转组件30驱动导光组件20，从而改变显示组件10出射的光线的投射方向或者命令显示组件10显示出可回应人体动作的交互图像。

作为一种具体方案，该图像处理方法中还可以包括步骤：检测偏折镜22的位置信息，并将位置信息反馈回控制单元。这样，能够实时调整旋转组件30的方位。

本发明还提出第二实施例的三维显示装置，该三维显示装置与第一实施例中可以具有相同的显示组件、旋转组件、控制单元、动作捕捉单元和光传感器，区别仅在于导光组件的具体结构不同。

需要说明的是，第一实施例中的以上所述的结构和功能在可以兼容的情况下均可以认为是能适用于第二实施例中，具体不再赘述。

以下仅介绍本实施例与第一实施例的区别部分，在本实施例中，导光组件可以为基于衍射原理的全息准直镜和全息偏折镜，全息准直镜和全息偏折镜可以使用光学非线性材料通过全息工艺制成。相比第一实施例中基于折射原理的传统准直镜和偏折镜，全息准直镜和偏折镜具有工艺简单、平板化结构、成本低廉等优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种三维显示装置，包括：

显示组件，用于出射光线以显示图像；

其特征在于：

所述三维显示装置还包括：

导光组件，用于改变所述显示组件出射的光线的投射方向；

旋转组件，用于转动所述导光组件；

控制单元，用于控制所述显示组件与所述旋转组件；

其中，在所述控制单元控制所述旋转组件时，所述旋转组件能转动所述导光组件使所述显示组件出射的光线朝向预设角度投射。

2.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于：

所述导光组件设置于所述显示组件靠近观看者的一侧；

所述导光组件包括：

准直镜，用于准直光线；

偏折镜，用于偏折光线；

其中，所述准直镜设置于所述显示组件和所述偏折镜之间。

3.根据权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于：

所述准直镜为菲涅尔透镜阵列，所述偏折镜为偏折棱镜阵列。

4.根据权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于：

所述准直镜为全息准直镜，所述偏折镜为全息偏折镜。

5.根据权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于：

所述准直镜与所述显示组件构成固定连接；所述偏折镜受到所述旋转组件的驱动而相对所述显示组件转动。

6.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于：

所述导光组件包括：

准直镜，用于准直光线；

偏折镜，用于偏折光线；

所述旋转组件包括：

伺服电机，驱动所述偏折镜转动。

7.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于：

所述控制单元包括：

图像处理单元，用于向所述显示组件输出与所述旋转组件的当前角度相对应的三维图像；

旋转控制单元，用于控制所述旋转组件的角度与转速；

其中，所述图像处理单元能够接收所述旋转控制单元所发送的所述旋转组件的当前角度；所述图像处理单元能将从计算机接收到的与所述旋转组件的当前角度相对应的三维图像的数字信号转换成模拟信号并发送至所述显示组件。

8.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于：

所述三维显示装置还包括：

动作捕捉单元，用于获取人体动作信息；

所述动作捕捉单元与所述控制单元连接；

所述控制单元还包括用于将所述动作捕捉单元所获取的动作信息转换为计算机控制命令的动作识别单元。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的三维显示装置，其特征在于：

所述显示组件包括：有机发光二极管显示屏或者量子点发光二极管显示屏。

10.一种适用于权利要求1至8任意一项所述的三维显示装置的图像处理方法，其特征在于：

所述图像处理方法包括步骤：

形成并渲染三维图像；

存储三维图像为数字信号并将数字信号转换成模拟信号；

将模拟信号转换成电压信号并传输至所述显示组件的像素阵列；

所述显示组件出射光线；

所述导光组件改变所述显示组件出射的光线的投射方向；

所述控制单元生成控制信号控制所述显示组件及所述旋转组件；

识别观察者的骨骼节点与动作姿态并反馈至所述控制单元以实时调整所述显示组件的显示内容以实现人机交互。