CN105929553A - 基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3d显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法，其基于的系统包括显示屏、障壁阵列和渐变节距微透镜阵列；显示屏用于显示微图像阵列；微图像阵列的图像元与渐变节距微透镜阵列的透镜元一一对应，微图像阵列中的每个图像元由第一子图像元和第二子图像元构成，微图像阵列的第一子图像元和第二子图像元通过渐变节距微透镜阵列的透镜元，分别形成用于观看第一3D场景的第一视区和用于观看第二3D场景的第二视区。本发明不仅能够在两个视区内观看到两个不同的3D场景，而且实现宽视角的集成成像双视3D显示。

Description

基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法

技术领域

本发明涉及双视3D显示技术领域，特别涉及一种基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法。

背景技术

双视显示是近年来出现的一种新型显示，它的原理是通过在一个显示屏上同时显示两个不同的画面，在不同观看方向上的观看者只能看到其中一个画面，从而实现在一个显示屏上同时满足多个观看者的不同需求。

集成成像3D显示是一种无需任何助视设备的真3D显示。集成成像3D显示利用了光路可逆原理，通过微透镜阵列将3D场景的立体信息记录到图像记录设备上，生成微图像阵列，然后把该微图像阵列显示于显示屏上，透过微透镜阵列重建出原3D场景的立体图像。

集成成像双视3D显示是以上两种显示技术的融合。它可以使得观看者无需佩戴助视设备即可在不同的观看方向上看到3D画面。但是，传统的集成成像双视3D显示存在观看视角窄等缺点，因此它的应用范围受到了限制。传统的集成成像双视3D显示的观看视角θ为：

$\mathrm{\θ}=\arctan \[\frac{mp}{2(m-1)f}\]\≈\left(\frac{p}{2f}\right)$

其中，p为图像元的水平节距，f为微透镜阵列中透镜元的焦距，m为微图像阵列水平方向上图像元的数目。

发明内容

本发明的目的在于：解决传统的集成成像双视3D显示技术中存在观看视角窄的问题，进一步扩大集成成像双视3D显示的应用范围。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法，其基于的系统包括显示屏、障壁阵列和渐变节距微透镜阵列；所述显示屏用于显示微图像阵列；所述微图像阵列的图像元与所述渐变节距微透镜阵列的透镜元一一对应，所述微图像阵列中的每个图像元由第一子图像元和第二子图像元构成，所述微图像阵列的第一子图像元和第二子图像元通过所述渐变节距微透镜阵列的透镜元，分别形成用于观看第一3D场景的第一视区和用于观看第二3D场景的第二视区；其中，

所述渐变节距微透镜阵列中位于同一列的透镜元其水平节距相同，其垂直节距相同，位于同一行的透镜元其垂直节距相同，其水平节距从行中心到行边缘逐渐增大；

所述微图像阵列中的图像元的水平节距和垂直节距与其在所述渐变节距微透镜阵列中对应的透镜元的水平节距和垂直节距相同，每个图像元的中心与其对应的透镜元的中心对齐；并且，所述微图像阵列中位于同一行的第一子图像元与第二子图像元，二者相间排列；

所述障壁阵列的障壁其一端设置在所述微图像阵列中位于同一行的两个相邻图像元的交界处，其另一端设置在与所述图像元对应的两个相邻透镜元的交界处。

根据一种具体的实施方式，所述显示屏为液晶显示屏、等离子显示屏和有机电致发光显示屏中之一。

根据一种具体的实施方式，所述微图像阵列中图像元的数目为奇数，并且所述渐变节距微透镜阵列中水平方向上透镜元的数目与所述微图像阵列中水平方向上图像元的数目相同。

根据一种具体的实施方式，所述障壁阵列中障壁的数目比所述渐变节距微透镜阵列中水平方向上透镜元的数目少一个。

根据一种具体的实施方式，所述渐变节距微透镜阵列上第i列透镜元的水平节距H_i为：

$\left\{\begin{array}{cc}{H}_i=p{\left(\frac{l+f}{l-f}\right)}^{\[ceil\left(\frac{m}{2}\right)-i\]}& 1\≤i\≤\frac{m}{2}\\ H_i=p{\left(\frac{l+f}{l-f}\right)}^{\[i-floor\left(\frac{m}{2}\right)-1\]}& \frac{m}{2}\≤i\≤m\end{array}\right.$

其中，ceil()是向上取整，floor()是向下取整，i为小于或等于m的正整数，p为位于所述渐变节距微透镜阵列中心位置的透镜元的水平节距，观看距离为l，f为所述渐变节距微透镜阵列中透镜元的焦距，m为所述渐变节距微透镜阵列水平方向上个透镜元的个数。

根据一种具体的实施方式，所述第一视区和所述第二视区的视角均为：

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{p}{f}\right)-\arctan \left(\frac{\frac{p}{2}+\frac{H_1}{2}+\underset{i=2}{\overset{\frac{m-1}{2}}{\Σ}}{H}_i}{l}\right)$

其中，p为位于所述微图像阵列中心位置的图像元的水平节距，f为所述渐变节距微透镜阵列中透镜元的焦距。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明不仅能够在两个视区内观看到两个不同的3D场景，而且实现宽视角的集成成像双视3D显示。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的微图像阵列的结构示意图；

图3是本发明第一视区观看到的第一3D场景图；

图4是本发明第二视区观看到的第二3D场景图。

附图标记列表

1-显示屏 2-渐变节距微透镜阵列 3-障壁阵列 4-微图像阵列 5-图像元 6-第一子图像元 7-第二子图像元 8-第一视区 9-第二视区。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

结合图1和图2分别所示的本发明的结构示意图与本发明的微图像阵列的结构示意图；其中，本发明基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法，其基于的系统包括显示屏1、障壁阵列3和渐变节距微透镜阵列2；显示屏1用于显示微图像阵列4；微图像阵列4的图像元5与渐变节距微透镜阵列2的透镜元一一对应，微图像阵列4中的每个图像元5由第一子图像元6和第二子图像元7构成，微图像阵列4的第一子图像元6和第二子图像元7通过渐变节距微透镜阵列2的透镜元，分别形成用于观看第一3D场景的第一视区8和用于观看第二3D场景的第二视区9。其中，第一3D场景图和第二3D场景图分别如图3与图4所示。

其中，渐变节距微透镜阵列2中位于同一列的透镜元其水平节距相同，其垂直节距相同，位于同一行的透镜元其垂直节距相同，其水平节距从行中心到行边缘逐渐增大。

微图像阵列4中的图像元5的水平节距和垂直节距与其在渐变节距微透镜阵列2中对应的透镜元的水平节距和垂直节距相同，每个图像元5的中心与其对应的透镜元的中心对齐；并且，微图像阵列4中位于同一行的第一子图像元6与第二子图像元7，二者相间排列。

障壁阵列3的障壁其一端设置在微图像阵列4中位于同一行的两个相邻图像元5的交界处，其另一端设置在与该两个图像元5相对应的两个相邻透镜元的交界处。

在实施时，本发明中的显示屏采用液晶显示屏、等离子显示屏和有机电致发光显示屏中之一。

本发明中，微图像阵列中图像元的数目为奇数，并且渐变节距微透镜阵列中水平方向上透镜元的数目与微图像阵列中水平方向上图像元的数目相同。障壁阵列中水平方向上障壁的数目比渐变节距微透镜阵列中水平方向上透镜元的数目少一个。

具体的，渐变节距微透镜阵列2上第i列透镜元的水平节距H_i为：

$\left\{\begin{array}{cc}{H}_i=p{\left(\frac{l+f}{l-f}\right)}^{\[ceil\left(\frac{m}{2}\right)-i\]}& 1\≤i\≤\frac{m}{2}\\ H_i=p{\left(\frac{l+f}{l-f}\right)}^{\[i-floor\left(\frac{m}{2}\right)-1\]}& \frac{m}{2}\≤i\≤m\end{array}\right.$

其中，ceil()是向上取整，floor()是向下取整，i为小于或等于m的正整数，p为位于渐变节距微透镜阵列中心位置的透镜元的水平节距，观看距离为l，f为渐变节距微透镜阵列中透镜元的焦距，m为渐变节距微透镜阵列水平方向上个透镜元的个数。

以渐变节距微透镜阵列中心位置的透镜元的节距为p＝5mm，观看距离为l＝105mm，透镜元的焦距为f＝5mm，微图像阵列与渐变节距微透镜阵列均包含11×11个单元，即水平方向上11个单元,垂直方向上11个单元。根据上述的水平节距的计算公式得到第1～11列透镜元的水平节距依次为：8.05255mm、7.3205mm、6.655mm、6.05mm、5.5mm、5mm、5.5mm、6.05mm、6.655mm、7.3205mm、8.05255mm。

具体的，第一视区8和第二视区9的视角均为：

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{p}{f}\right)-\arctan \left(\frac{\frac{p}{2}+\frac{H_1}{2}+\underset{i=2}{\overset{\frac{m-1}{2}}{\Σ}}{H}_i}{l}\right)$

其中，p为位于微图像阵列中心位置的图像元的水平节距，f为渐变节距微透镜阵列中透镜元的焦距。

仍以渐变节距微透镜阵列中心位置的透镜元的节距为p＝5mm，透镜元的焦距为f＝5mm为例，根据上面的公式，计算得到本发明的观看视角θ＝45°，而传统的集成成像双视3D显示技术的观看视角θ＝26.5°。因此，本发明能够在两个视区内观看到两个不同的3D场景，并实现宽视角的集成成像双视3D显示。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (6)

1.一种基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法，其特征在于，所述方法基于的系统包括显示屏、障壁阵列和渐变节距微透镜阵列；所述显示屏用于显示微图像阵列；所述微图像阵列的图像元与所述渐变节距微透镜阵列的透镜元一一对应，所述微图像阵列中的每个图像元由第一子图像元和第二子图像元构成，所述微图像阵列的第一子图像元和第二子图像元通过所述渐变节距微透镜阵列的透镜元，分别形成用于观看第一3D场景的第一视区和用于观看第二3D场景的第二视区；其中，

所述渐变节距微透镜阵列中位于同一列的透镜元其水平节距相同，其垂直节距相同，位于同一行的透镜元其垂直节距相同，其水平节距从行中心到行边缘逐渐增大；

所述微图像阵列中的图像元的水平节距和垂直节距与其在所述渐变节距微透镜阵列中对应的透镜元的水平节距和垂直节距相同，每个图像元的中心与其对应的透镜元的中心对齐；并且，所述微图像阵列中位于同一行的第一子图像元与第二子图像元，二者相间排列；

所述障壁阵列的障壁其一端设置在所述微图像阵列中位于同一行的两个相邻图像元的交界处，其另一端设置在与所述图像元对应的两个相邻透镜元的交界处。

2.如权利要求1所述的基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法，其特征在于，所述显示屏为液晶显示屏、等离子显示屏和有机电致发光显示屏中之一。

3.如权利要求1所述的基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法，其特征在于，所述微图像阵列中图像元的数目为奇数，并且所述渐变节距微透镜阵列中水平方向上透镜元的数目与所述微图像阵列中水平方向上图像元的数目相同。

4.如权利要求2所述的基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法，其特征在于，所述障壁阵列中障壁的数目比所述渐变节距微透镜阵列中水平方向上透镜元的数目少一个。

5.如权利要求1～4之一所述的基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法，其特征在于，所述渐变节距微透镜阵列上第i列透镜元的水平节距H_i为：

$\left\{\begin{array}{cc}{H}_i=p{\left(\frac{l+f}{l-f}\right)}^{\&lsqb;ceil\left(\frac{m}{2}\right)-i\&rsqb;}& 1\&le;i\&le;\frac{m}{2}\\ H_i=p{\left(\frac{l+f}{l-f}\right)}^{\&lsqb;i-floor\left(\frac{m}{2}\right)-1\&rsqb;}& \frac{m}{2}<i\&le;m\end{array}\right.$

其中，ceil()是向上取整，floor()是向下取整，i为小于或等于m的正整数，p为位于所述渐变节距微透镜阵列中心位置的透镜元的水平节距，观看距离为l，f为所述渐变节距微透镜阵列中透镜元的焦距，m为所述渐变节距微透镜阵列水平方向上个透镜元的个数。

6.如权利要求1所述的基于渐变节距微透镜阵列的集成成像双视3D显示方法，其特征在于，所述第一视区和所述第二视区的视角均为：

$\mathrm{\&theta;}=\arctan \left(\frac{p}{f}\right)-\arctan \left(\frac{\frac{p}{2}+\frac{H_1}{2}+\underset{i=2}{\overset{\frac{m-1}{2}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{H}_i}{l}\right)$

其中，p为位于所述微图像阵列中心位置的图像元的水平节距，f为所述渐变节距微透镜阵列中透镜元的焦距。