CN105866963B - 一种增加视点呈现数目的空间复用模组和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三维图像显示技术领域，具体涉及一种增加视点呈现数目的空间复用模组和方法，该模组包括滤光孔径阵列及控制单元；所述滤光孔径阵列由沿一维方向排列的、可以选通外部显示屏不同部分呈现光信息的滤光孔径组成；所述控制单元与外部显示屏电连接，控制外部显示屏不同选通部分相对于各自滤光孔径显示内容的加载。将上述滤光孔径阵列附着于立体显示眼镜的目镜，或在裸眼三维显示技术中单独作为目镜使用，基于空间复用，增加单目接收光线数量，并通过两束或多束光束的叠加，在空间形成可以自然聚焦光点，抑制或消除聚焦‑会聚冲突，提高三维视觉舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及三维图像显示技术领域，更具体地，涉及一种增加视点呈现数目的空间复用模组和方法。
背景技术
传统三维显示技术大都是基于体视技术，观察者双目各自接收对应的一个视图，利用双目会聚，由大脑形成三维深度知觉，但却丢失了单目生理深度线索。由此，单目生理深度线索缺失导致的聚焦-会聚冲突，有悖于自然状态下双目会聚距离和单目聚焦距离一致的特性，导致生理上的视觉疲劳，不利于理想三维显示技术的实现。因此，会聚-聚焦冲突的克服，是目前亟待解决的科学问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种增加视点呈现数目的空间复用模组，该模组的滤光孔径阵列可以附着于外部立体眼镜目镜，或在裸眼三维显示技术中单独作为目镜使用，用以增加单目接收到的通过显示光点的光束数量，通过两束或多束光束的叠加，在空间形成自然聚焦光点，抑制或消除聚焦-会聚冲突，提高三维视觉舒适度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
提供一种增加视点呈现数目的空间复用模组，包括滤光孔径阵列及控制单元；所述滤光孔径阵列由沿一维方向排列的、可以选通外部显示屏不同部分呈现光信息的滤光孔径组成；所述控制单元与外部显示屏电连接，并控制外部显示屏不同选通部分对应各自滤光孔径显示信息内容的加载。
上述方案中，通过将控制单元与外部显示屏电连接，对于一个滤光孔径，控制单元控制外部显示屏对应该滤光孔径的选通部分显示信息的加载，通过多个滤光孔径向观察者眼睛传输显示信息，基于空间复用，增加单目接收光线数量。本发明一种增加视点呈现数目的空间复用模组和方法，借助空间复用，可以结合外部立体眼镜目镜，或在裸眼三维显示技术中单独作为目镜使用，增加单目接收到的通过显示光点的光束数量，提高三维视觉舒适度。
本发明的另一个目的是提供一种增加视点呈现数目的空间复用方法，该方法使用上述空间复用模组，将模组的滤光孔径阵列附着于外部立体眼镜的目镜，或在裸眼三维显示技术中单独作为目镜使用，用以增加单目接收到的通过显示光点的光束数量，通过两束或多束光束的叠加，在空间形成自然聚焦光点，抑制或消除聚焦-会聚冲突，提高三维视觉舒适度。
本发明提供的一种增加视点呈现数目的空间复用方法，包括以下步骤：
S1.K个滤光孔径排列而成的滤光孔径阵列附着于外部立体眼镜目镜放置；
S2.沿滤光孔径排列方向，将外部显示屏空间上分为N个子区域；
S3.外部显示屏上对应滤光孔径k的显示信息通过滤光孔径k向观察者眼睛传输；
S4.沿滤光孔径排列方向，将子区域n两边点和滤光孔径k两边点分别连线，该四条连线围成封闭区域，命名包含边线的该区域为有效视点区域(k)n，并取有效视点区域(k)n内一点作为滤光孔径k和子区域n共同对应的视点(k)n；
S5. 外部显示屏不同选通部分对应各自滤光孔径的显示信息，在各子区域由控制单元分别设置为按步骤S4所确定视点对应视图的内容。
作为上述增加视点呈现数目的空间复用方法的可替代方法，本发明提供另一种增加视点呈现数目的空间复用方法，包括以下步骤：
SS1.K个滤光孔径排列而成的滤光孔径阵列在裸眼三维显示系统中，独立作为目镜置于观察者眼睛前；
SS2.沿滤光孔径排列方向，将外部显示屏空间上分为N个子区域；
SS3.外部显示屏上对应滤光孔径k的显示信息通过滤光孔径k向观察者眼睛传输；
SS4.沿滤光孔径排列方向，将子区域n两边点和滤光孔径k两边点分别连线，该四条连线围成封闭区域，命名包含边线的该区域为有效视点区域(k)n，并取有效视点区域(k)n内一点作为滤光孔径k和子区域n共同对应的视点(k)n；
SS5. 外部显示屏不同选通部分对应各自滤光孔径的显示信息，在各子区域由控制单元分别设置为按步骤SS4所确定视点对应视图的内容。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用空间复用，将光信息接收区域分为两个或多个滤光孔径，各滤光孔径可以接收各自的显示信息，从而增加呈现信息量，由此提高通过各显示物点进入观察者单目的光束数量，甚至叠加形成自然聚焦显示光点，最终消除聚焦-会聚冲突，提高三维视觉舒适度。
附图说明
图1是本发明模组用于基于立体眼镜的三维显示系统中观察者右眼目镜的结构示意图。
图2是实施例中各滤光孔径和各外部显示屏选通部分间对应关系示意图。
图3是实施例中，外部显示屏为真实显示屏经成像透镜所成像的示意图。
图4是实施例中，外部显示屏为两个真实显示屏经成像透镜所成重叠像。
图5是实施例中，子区域2范围内，滤光孔径1选通显示屏部分加载图像内容确定原理图。
图6是实施例中，子区域2范围内，滤光孔径2选通显示屏部分加载图像内容确定原理图。
图7是实施例中，滤光孔径1选通显示屏所呈现P点视图发出光束和滤光孔径2选通显示屏所呈现P点视图发出光束，叠加形成显示光点P的示意图。
图8是本发明模组用于裸眼三维显示系统中观察者右眼的结构示意图。
图9是外部裸眼三维显示系统产生的单个视区宽度大于观察者瞳孔时，滤光孔径间距和瞳孔的尺寸关系示意图。
图10是外部裸眼三维显示系统产生的单个视区宽度小于观察者瞳孔时，滤光孔径间距和瞳孔的尺寸关系示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本发明通过空间复用的引入，提高传统三维显示技术所能呈现的视图数目，以获得更好的三维视觉体验。
实施例
本发明一种增加视点呈现数目的空间复用模组的结构示意图如图1所示，包括滤光孔径阵列10及控制单元20；所述滤光孔径阵列10由沿一维方向排列的、可以选通外部显示屏不同部分所呈现光信息的滤光孔径组成；所述控制单元与外部显示屏电连接，并控制外部显示屏不同选通部分对应各自滤光孔径的显示信息加载。
使用该模组时，将该模组结合外部立体眼镜目镜，或在裸眼三维显示技术中单独作为目镜使用，通过控制单元20控制外部显示屏不同选通部分对应各自滤光孔径显示信息的加载，基于空间复用，增加单目接收光线数量，提高三维视觉舒适度。
本实施例一种增加视点呈现数目的空间复用方法，该方法使用上述空间复用模组，并将该模组中的滤光孔径阵列10附着于外部立体眼镜目镜放置，包括以下实施步骤：
S1.K个滤光孔径排列而成的滤光孔径阵列10附着于外部立体眼镜目镜放置；
S2.沿滤光孔径排列方向，将外部显示屏空间上分为N个子区域；
S3.外部显示屏上对应滤光孔径k的显示信息通过滤光孔径k向观察者眼睛传输；
S4.沿滤光孔径排列方向，将子区域n两边点和滤光孔径k两边点分别连线，该四条连线围成封闭区域，命名包含边线的该区域为有效视点区域(k)n，并取有效视点区域(k)n内一点作为滤光孔径k和子区域n共同对应的视点(k)n；
S5. 外部显示屏不同选通部分对应各自滤光孔径的显示信息，在各子区域由控制单元20分别设置为按步骤S4所确定视点对应视图的内容。
具体地，本实施例中，以滤光孔径阵列10附着于右眼目镜，K=6个滤光孔径沿水平x方向排列而成的滤光孔径阵列10为例进行说明。如图1所示，滤光孔径阵列10附着于外部立体眼镜右眼目镜放置。外部显示屏x方向两边点分别表示为E和F。K=6个滤光孔径，分别只允许具有互不相同特性的光通过，比如滤光孔径1只允许水平偏振的红光通过、滤光孔径2只允许水平偏振的绿光通过、滤光孔径3只允许水平偏振的蓝光通过、滤光孔径4只允许垂直偏振的红光通过、滤光孔径5只允许垂直偏振的绿光通过、滤光孔径6只允许垂直偏振的蓝光通过。也即是说，各滤光孔径只允许某种特定特性的光通过。此时，在外部显示屏上，其(1,K+1,2K+1,...)列像素组、(2,K+2,2K+2,...)列像素组、(3,K+3,2K+3,...)列像素组、(4,K+4,2K+4,...)列像素组、(5,K+5,2K+5,...)列像素组、(6,K+6,2K+6,...)列像素组出射的光分别为所述水平偏振的红光、水平偏振的绿光、水平偏振的蓝光、垂直偏振的红光、垂直偏振的绿光、垂直偏振的蓝光中的一种。例如，(1,K+1,2K+1,...)列像素组、(2,K+2,2K+2,...)列像素组、(3,K+3,2K+3,...)列像素组、(4,K+4,2K+4,...)列像素组、(5,K+5,2K+5,...)列像素组、(6,K+6,2K+6,...)列像素组出射的光分别为水平偏振的红光、水平偏振的绿光、水平偏振的蓝光、垂直偏振的红光、垂直偏振的绿光、垂直偏振的蓝光。此时，(1,K+1,2K+1,...)列像素组可以设定为滤光孔径1所选通外部显示屏部分，命名为滤光孔径1选通显示屏部分；(2,K+2,2K+2,...)列像素组可以设定为滤光孔径2所选通外部显示屏部分，命名为滤光孔径2选通显示屏部分；(3,K+3,2K+3,...)列像素组可以设定为滤光孔径3所选通外部显示屏部分，命名为滤光孔径3选通显示屏部分；(4,K+4,2K+4,...)列像素组可以设定为滤光孔径4所选通外部显示屏部分，命名为滤光孔径4选通显示屏部分；(5,K+5,2K+5,...)列像素组可以设定为滤光孔径5所选通外部显示屏部分；(6,K+6,2K+6,...)列像素组可以设定为滤光孔径6所选通外部显示屏部分，命名为滤光孔径6选通显示屏部分，如图2所示。
上述K=6种状态出射光的实现，由其它技术在外部显示屏上实现。例如，沿光出射方向，(1,K+1,2K+1,...)列像素组后置红光滤光片和水平偏振态通过的偏振片、(2,K+2,2K+2,...)列像素组后置绿光滤光片和水平偏振态通过的偏振片、(3,K+3,2K+3,...)列像素组后置蓝光滤光片和水平偏振态通过的偏振片、(4,K+4,2K+4,...)列像素组后置红光滤光片和垂直偏振态通过的偏振片、(5,K+5,2K+5,...)列像素组后置绿光滤光片和垂直偏振态通过的偏振片、(6,K+6,2K+6,...)列像素组后置蓝光滤光片和垂直偏振态通过的偏振片。此时，滤光孔径1、滤光孔径2等也分别置相应滤光片和偏振片的组合，以实现对应显示屏部分呈现信息的选通。
所述外部显示屏，也可以是一个反射屏，由多个投影仪投影信息到该反射屏上。此时，各投影仪出射的光可以具有不同的属性。比如，两台影仪分别投影两个正交偏振的光信息到保偏反射屏，则图2中的像素变成投影仪像素在反射屏上的像，此时，出射不同偏振光的像素在空间上可能重合，但其显示内容分别来自不同的投影仪，可以由控制单元20分别控制加载。类似地，也可以是三台分别投射红光、滤光、蓝光图像的投影仪，甚至是六台分别投射两个正交偏振方向、三种颜色图像的投影仪，投射图像到反射屏。
所述外部显示屏，也可以是一个真实显示屏经成像透镜所成的像，如图3所示。此时，控制单元20和真实显示屏电连接，则图2中的像素变成该真实显示屏像素在外部显示屏上的像。类似前面所述多台投影仪的情况，通过分光镜，也可以实现多个真实显示屏的像在外部显示屏上的重叠，如图4，其中显示屏1和显示屏2出射光信息经对应偏振片具有正交偏振方向，或本身出射光线具有正交偏振方向，或经偏振分光棱镜在外部投影面上等效呈现具有正交偏振方向的光信息。
沿滤光孔径排列方向，将该外部显示屏EF分成N个子区域。此处以N=2为例进行说明， D为子区域1和子区域2的连接点，如图5。沿外部显示屏出射光束的传输方向，任意滤光孔径k两边点和任意子区域n两边点的四条连线围成封闭区域，命名包含边线的该区域为有效视点区域(k)n；取有效视点区域(k)n内一点作为滤光孔径k和子区域n共同对应的视点(k)n；滤光孔径k选通显示屏部分，在子区域n范围内的像素，显示内容设置为以VP(k)n为视点的视图。如图5中的有效视点区域(1)2即为滤光孔径1和子区域2对应的有效视点区域，取其中一点VP(1)2为滤光孔径1和子区域2组合所对应的视点。滤光孔径1选通显示屏部分，在子区域2范围内的像素，显示内容设置为以VP(1)2为视点的视图。对显示物点P，滤光孔径1选通显示屏所对应像素阵列中，重合或最靠近外部显示屏Pix1点的像素显示该物点P关于视点VP(1)2的视图。Pix1为连线VP(1)2P和外部显示屏的交点。
同理，Pix2为连线VP(2)2P和外部显示屏的交点，滤光孔径2选通显示屏所对应像素阵列中，重合或最靠近外部显示屏Pix2点的像素显示该物点P关于视点VP(2)2的视图，如图6。
基于同样道理，对各滤光孔径，都有一个物点P的视图经过该滤光孔径进行呈现。当相邻两个或更多滤光孔径对应P点的视图发出光线夹角足够小，可以同时进入观察者瞳孔时，瞳孔即可接收过显示物点P的两条或更多条光束，如图7所示。为了简化，图7中仅画出代表两条光束的直线Pix1VP(1)2和Pix2VP(2)2。该两条或更多条光束叠加形成瞳孔可以自然聚焦的光点，实现聚焦-会聚冲突的克服。本实施例中，以滤光孔径无缝频率排列为例进行说明，实际上，相邻滤光孔径也可以以相邻滤光孔径间存在重叠区域、或相邻滤光孔径间存在非透光区域进行排列，比如当以电控液晶片实现滤光孔径阵列10功能时即可实现相邻滤光孔径的上述排列。
作为上述增加视点呈现数目的空间复用方法的可替代方法，也可将该空间复用模组直接应用于裸眼三维显示系统，该方法与上述方法的不同之处在于，滤光孔径阵列10在裸眼三维显示系统中，独立作为目镜置于观察者眼睛前，具体包括以下实施步骤：
SS1.K个滤光孔径排列而成的滤光孔径阵列10在裸眼三维显示系统中，独立作为目镜置于观察者眼睛前；
SS2.沿滤光孔径排列方向，将外部显示屏空间上分为N个子区域；
SS3.外部显示屏上对应滤光孔径k的显示信息通过滤光孔径k向观察者眼睛传输；
SS4.沿滤光孔径排列方向，将子区域n两边点和滤光孔径k两边点分别连线，该四条连线围成封闭区域，命名包含边线的该区域为有效视点区域(k)n，并取有效视点区域(k)n内一点作为滤光孔径k和子区域n共同对应的视点(k)n；
SS5. 外部显示屏不同选通部分对应各自滤光孔径的显示信息，在各子区域由控制单元20分别设置为按步骤SS4所确定视点对应视图的内容。
裸眼三维显示系统通过各种技术，使观察者眼睛在不同视区，对应接收来自于显示屏的不同视图。此时，滤光孔径阵列10置于观察者眼睛前，直接作为目镜，如图8所示，此处3个滤光片排列而成滤光孔径阵列10。当外部裸眼三维显示系统产生的单个视区宽度大于观察者瞳孔尺寸时，本发明一种增加视点呈现数目的空间复用模组和方法产生的相邻视点间距小于观察者瞳孔尺寸，如图9所示。以滤光孔径阵列10置于观察者右眼前为例，根据SS1至SS5所述步骤，同于图5至图7所示原理，也可结合裸眼三维显示系统实现自然聚焦显示光点呈现。在外部裸眼三维显示系统产生的单个视区宽度小于观察着瞳孔尺寸时，要求本发明一种增加视点呈现数目的空间复用模组和方法产生的相邻视点间距小于外部裸眼三维显示系统产生的单个视区宽度，如图10示所示。在该种情况下，对于一个瞳孔覆盖的多个视区，各视区范围内的滤光孔径组成一个滤光孔径阵列10，如图10中滤光孔径2、滤光孔径3和滤光孔径4组成的滤光孔径阵列10；对于各滤光孔径阵列10，按同于图5至图7所示原理进行空间复用，以进一步增加进入瞳孔的光束数量。
本发明专利的实例中，是以滤光孔径沿一维直线方向进行排列形成滤光孔径阵列10进行说明的，明显地，本发明专利一种增加视点呈现数目的空间复用模组和方法也适用于滤光孔径沿一维折线或曲线进行排列的情况。
本发明专利的实例中，是以滤光孔径沿一维方向进行排列形成滤光孔径阵列10进行说明的，明显地，本发明专利一种增加视点呈现数目的空间复用模组和方法也适用于滤光孔径沿二维方向进行排列的情况
本发明专利的实例中，是以平面外来显示屏为例进行说明的，明显地，本发明专利一种增加视点呈现数目的空间复用模组和方法也适用于非平面的外来显示屏。
本发明实例中，图1、图5和图6均以K=6种滤光孔径(基于偏振和色彩不同)为例进行说明的。比如对基于快门式立体眼镜的体三维显示系统，该K=6种滤光孔径可以应用于该类系统。但在其它情况下，比如基于偏振立体眼镜的体三维显示系统，因为双目本身获得的光信息，需要通过不同的偏振态进行分离，对于单个瞳孔来说，K=3种基于色彩的滤光孔径可以应用于该类系统，图8、图9和图10中所示即为K=3中滤光孔径。对基于分色式立体眼镜的体三维显示系统，因为双目本身获得的光信息，需要通过不同的颜色进行分离，对于单个瞳孔来说，K=2种基于正交偏振态的滤光孔径可以应用于该类系统。事实上，可以分离不同种类光状态的技术，都可以应用于本发明专利的滤光孔径，以提高本专利提出方法中对应单个瞳孔的滤光孔径数量。
Claims (3)
1.一种增加视点呈现数目的空间复用模组，其特征在于，包括滤光孔径阵列(10)及控制单元(20)；所述滤光孔径阵列(10)由沿一维方向排列的、可以选通外部显示屏不同部分呈现光信息的滤光孔径组成，附着于外部立体眼镜目镜放置/或独立作为目镜置于观察者眼睛前；所述控制单元(20)与外部显示屏电连接，并控制外部显示屏各选通部分以对应滤光孔径附近点为视点加载待显示场景的视图信息；所述滤光孔径阵列中的滤光孔径以足够小间距排列，以保证外部显示屏各选通区域所显示两个或多个视图出射光线空间叠加后经该滤光孔径阵列入射对应眼睛。
2.一种增加视点呈现数目的空间复用方法，该方法使用权利要求1所述的一种增加视点呈现数目的空间复用模组，其特征在于，包括以下步骤：
S1.K个滤光孔径排列而成的滤光孔径阵列(10)附着于外部立体眼镜目镜放置；
S2.沿滤光孔径排列方向，将外部显示屏空间上分为N个子区域；
S3.外部显示屏上对应滤光孔径k的显示信息通过滤光孔径k向观察者眼睛传输；
S4.沿滤光孔径排列方向，将子区域n两边点和滤光孔径k两边点分别连线，该四条连线围成封闭区域，命名包含边线的该区域为有效视点区域(k)n，并取有效视点区域(k)n内一点作为滤光孔径k和子区域n共同对应的视点(kk)n；
S5. 外部显示屏不同选通部分对应各自滤光孔径的显示信息，在各子区域由控制单元（20）分别设置为按步骤S4所确定视点对应视图的内容。
3.一种增加视点呈现数目的空间复用方法，该方法使用权利要求1所述的一种增加视点呈现数目的空间复用模组，其特征在于，包括以下步骤：
SS1.K个滤光孔径排列而成的滤光孔径阵列(10)在裸眼三维显示系统中，独立作为目镜置于观察者眼睛前；
SS2.沿滤光孔径排列方向，将外部显示屏空间上分为N个子区域；
SS3.外部显示屏上对应滤光孔径k的显示信息通过滤光孔径k向观察者眼睛传输；
SS4.沿滤光孔径排列方向，将子区域n两边点和滤光孔径k两边点分别连线，该四条连线围成封闭区域，命名包含边线的该区域为有效视点区域(k)n，并取有效视点区域(k)n内一点作为滤光孔径k和子区域n共同对应的视点(kk)n；
SS5. 外部显示屏不同选通部分对应各自滤光孔径的显示信息，在各子区域由控制单元（20）分别设置为按步骤SS4所确定视点对应视图的内容。
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