CN106773510A - 一种三维显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三维显示系统，包括：呈立体状且呈半透半反的投射体；光学反射装置，包括至少一反射面；第一驱动结构，用于驱动所述投射体和/或所述光学反射装置旋转，使所述投射体与所述反射面之间具有相对速度；图像处理器，用于对待显示物体的三维图像进行分解，获得所述三维图像不同截面处的多个二维图像；投影装置，用于间隔预设时间将所述二维图像依次投影至其中一所述反射面，通过所述反射面，将每一所述二维图像反射至所述投射体的不同位置上，形成立体图像。该三维显示系统利用投射体相对于反射面之间的相对高速旋转，能够解决现有技术体三维显示系统必须布置多个显示装置，造成安装复杂和成本较大的问题。

Description

一种三维显示系统
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，尤其是指一种三维显示系统。
背景技术
由于立体显示能够真实重现客观世界，具有广泛的应用前景，因此目前对于立体显示的研究愈发受到人们重视。
目前，立体显示的其中一种为体三维显示技术，其在技术实现和效果上相较于传统的3D全息投影显示技术更有优势，能够全方位、360度视角再现显示图像的深度、层次和真实感。
目前常见的体三维显示多用于展示橱窗。立体显示系统一般由四面特殊分光镜形成四棱锥体，每一面分光镜正对一个显示装置，各个显示装置分别输出要呈现物体的各个画面信息，分别传送至相应分光镜，分光镜将各面分光镜的光线反射回人眼中，画面合成后就形成了悬浮的立体显示。其中，通常上述显示装置为一投影仪，用于将画面投影显示至对应分光镜上。
然而基于上述原理的立体显示结构，需要每一分光镜处对应设置一个显示装置，此外为了360度无死角呈现所显示图像的各个细节时，需要将图像信号拆分为更多个，对应显示装置也需要相应增加，从而为了达到呈现要求的立体图像，必须布置多个显示装置，用于图像输出，造成安装复杂和成本大大增加的问题。
发明内容
本发明技术方案的目的是提供一种三维显示系统，解决现有技术体三维显示系统必须布置多个用于图像输出的设备，造成安装复杂和成本较大的问题。
本发明提供一种三维显示系统，其中，包括：
呈立体状且呈半透半反的投射体；
光学反射装置，包括至少一反射面；
第一驱动结构，用于驱动所述投射体和/或所述光学反射装置旋转，使所述投射体与所述反射面之间具有相对速度；
图像处理器，用于对待显示物体的三维图像进行分解，获得所述三维图像不同截面处的多个二维图像；
投影装置，用于间隔预设时间将所述二维图像依次投影至其中一所述反射面，通过所述反射面，将每一所述二维图像反射至所述投射体的不同位置上，形成立体图像。
优选地，所述光学反射装置形成为一平台体，所述平台体的水平表面为所述反射面；其中所述投射体固定设置于所述反射面的上方，所述第一驱动结构驱动所述光学反射装置旋转，所述投射体与所述反射面之间具有相对速度。
优选地，所述投影装置固定设置于所述光学反射装置的反射面上。
优选地，所述投射体形成为多面棱锥体形状或者形成为半球状。
优选地，当所述投射体形成为多面棱锥体形状时，每一棱锥体的表面相对于所述反射面的倾斜角度位于40度至50度之间；当所述投射体形成为半球状时，所述投射体上、与所述反射面的垂直距离为预设距离的每一位置处，对应切面相对于所述反射面的倾斜角度位于40至50度之间。
优选地，所述光学反射装置包括多个朝向不同方向的反射面，其中所述投射体设置于多个所述反射面的上方，所述光学反射装置固定，所述第一驱动结构驱动所述投射体旋转，所述投射体与所述反射面之间具有相对速度。
优选地，所述三维显示系统还包括：
用于设置所述投影装置的承载平台；
第二驱动结构，用于驱动所述承载平台旋转，通过所述第二驱动结构驱动所述承载平台旋转，所述投影装置相对于多个所述反射面转动，且每转动预设角度将一个所述二维图像投影至其中一个反射面上，所投影的二维图像经过每一反射面反射之后，反射至转动的所述投射体上，形成立体图像。
优选地，所述投影装置为一个或者相对设置的两个。
优选地，所述图像处理器对待显示物体的三维图像进行分解时，所获得二维图像的数量大于等于150个。
优选地，所述投影装置间隔预设时间将所述二维图像依次投影至所述反射面时，在每一所述间隔预设时间内，所述投射体相对于所述反射面转动0.5至2度。本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益技术效果：
本发明实施例所述三维显示系统，通过投影装置作为三维显示图像输出的设备，并利用投射体相对于反射面之间的相对高速旋转，使投影装置所投影的多个二维图像分时输出在投射体的不同位置，实现投射体上的三维显示；相较于现有技术需要多个用于图像输出的显示装置分别与分光镜对应，分别输出不同画面，多个不同画面在立体的棱锥体上形成三维图像的技术，采用本发明实施例所述三维显示系统，能够大幅降低所设置用于图像输出设备的数量，从而使得整个三维显示系统的安装更加简单，而且成本能够大幅降低。
附图说明
图1表示本发明第一实施例所述三维显示系统的其中一种立体结构示意图；
图2表示本发明第一实施例所述三维显示系统的另一种立体结构示意图；
图3表示本发明实施例所述三维显示系统中设置两个投影装置时的安装位置示意图；
图4表示本发明第二实施例所述三维显示系统的其中一种立体结构示意图；
图5表示本发明第二实施例所述三维显示系统的另一种立体结构示意图；
图6表示本发明第三实施例所述三维显示系统的另一种立体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种三维显示系统，包括：
呈立体状且呈半透半反的投射体；
光学反射装置，包括至少一反射面；
第一驱动结构，用于驱动所述投射体和/或光学反射装置旋转，使所述投射体与所述反射面之间具有相对速度；
图像处理器，用于对待显示物体的三维图像进行分解，获得所述三维图像不同截面处的多个二维图像；
投影装置，用于间隔预设时间将所述二维图像依次投影至其中一所述反射面，通过所述反射面，将每一所述二维图像反射至所述投射体的不同位置上，形成立体图像。
本发明具体实施例所述三维显示系统，通过设置包括至少一反射面的光学反射装置，且使投射体相对于光学反射装置之间具有相对旋转速度，当该相对旋转速度达到预设速度值，且投影装置在一个刷新周期内，将三维图像的多个二维图像通过反射面分时投射至投射体上时，则能够在投射体上呈现出呈立体状态的虚拟三维图像。
上述原理的三维显示系统，通过投影装置作为三维显示图像输出的设备，利用投射体相对于反射面之间的相对高速旋转，使投影装置所投影的多个二维图像分时输出在投射体的不同位置，从而实现投射体上的三维显示。相较于现有技术需要多个用于图像输出的显示装置分别与分光镜对应，分别输出不同画面，多个不同画面在立体的棱锥体上形成三维图像的技术，采用本发明实施例所述三维显示系统，设置一个用于图像输出的投影装置，就可实现立体显示，从而使得所设置用于图像输出设备的数量大大降低，整个三维显示系统的安装更加简单，而且成本能够有效降低。
图1为本发明第一实施例所述三维显示系统的立体结构示意图。参见图1所示，第一实施例中，所述三维显示系统具体包括：
投射体10，其中本实施例中投射体10形成为包括多个投射面11的棱锥体结构，且投射体10由半透半反的玻璃材料、塑料材料等制成。
光学反射装置20，如图1所示，形成为一平台体，该平台体的水平表面为反射面21；其中投射体10固定设置于反射面21的上方；具体可以通过平台体上表面贴附漫反射平面介质形成为反射面21。第一驱动结构(图中未显示)，本发明第一实施例中，第一驱动结构用于驱动光学反射装置20整体进行高速旋转，使投射体10与反射面21之间具有相对转动速度；具体地，第一驱动结构可以安装于如图1所示平台体的下方，用以驱动平台体沿一个方向高速旋转。该第一驱动结构可以包括驱动电机，用于驱动平台体作高速旋转运动。
图像处理器(图中未显示)，用于对待显示物体的三维图像进行分解，获得所述三维图像不同截面处的多个二维图像。
图像处理器对于待显示物体的三维图像进行分解处理，截取获得该三维图像位于不同截面处的多个二维图像，具体地，所截取的二维图像约为200张；本领域技术人员应该能够了解获得三维图像的截面处的二维图像的具体方式。投影装置30，其中，投影装置30与图像处理器之间可以通过数据线相连接，也可以通过无线通讯连接，此外也可以一体设置。图像处理器将分解获得的二维图像发送至投影装置30，投影装置30用于间隔预设时间将二维图像依次投影至反射面21，通过反射面21，将每一二维图像反射至投射体10的不同位置上，形成立体图像。本发明第一实施例中，投影装置30独立于光学反射装置20设置，光学反射装置20为高速旋转，而投影装置30为固定，比如固定于投射体10上，或者固定于与光学反射装置20相分离的一个承载装置上。其中光学反射装置20每旋转一角度，投影装置30输出一张二维图像投射至反射面21的不同位置。
具体地，又由于形成为平台体的光学反射装置20相对于投射体10高速旋转，这样平台体相对于投射体10朝一方向每旋转一预定角度，投影装置30则投影输出一张二维图像，在相邻两张二维图像的输出之间，由于平台体上反射面21相对于投射体10的相对转动，使得相邻两张二维图像经反射面21反射后传输至投射体10的不同位置上，这样当反射面21相对于投射体10高速旋转，且每一二维图像被轮流投影于投射体10的不同位置上时，则在投射体10上能够呈现出实现全方位观察的3D物体。
较佳地，平台体相对于投射体10旋转时，每旋转不到2度的角度，则投影装置30投影输出一张二维图像；也即反射面21相对于投射体10每转动0.5至2度之间的其中一角度时，投影装置30输出一张二维图像。因此在一帧三维图像的输出时间当需要投影输出约200张的二维图像时，平台体相对于投射体10的旋转速度应该与二维图像输出的频率相适配，以达到最佳的3D显示效果。具体地，相邻两帧三维图像的切换时间，应该与平台体的旋转一周时间适配，以实现投射体10的旋转速度与二维图像输出的频率之间的适配。
具体地，本领域技术人员可以理解，投影装置30包括投影图像形成元件，例如对于数字光处理器DLP投影仪来说，投影装置30包括光源、模数解码器、内存芯片、影像处理器及数字微反射镜等。其中图像处理器所输出的二维图像经模数解码器、数字信号处理器及影像处理器等处理后，转到数字微反射镜，光源所发出光束通过一高速旋转的三色透镜后，被投射到数字微反射镜上，经数字微反射镜反射后再经过由多个反射镜头组成的光学系统反射后，通过投影物镜投射而出。数子微反射镜是由多个微小的正方形反射镜片(简称微镜)，按行紧密排列在一起贴在一块硅晶片的电子节点上形成的，每一个微镜对应着生成图像的一个像素，用于将通过三色透镜后的R/G/B三色图像，合成为一副二维图像。从而经过投影装置30投射而出的二维图像被投射至平台体的反射面21，经反射面反射至投射体10的不同位置上。
本发明实施例中，投影装置30的数量为一个，具体地，为实现较高的精度、且能够提供足够高的帧频和带度，投影装置优选基于采用微机电系统控制。
另一方面，本发明实施例中，形成为棱锥体结构的投射体10，每一棱锥体的表面相对于反射面21的倾斜角度位于40度至50度之间。此外，本发明第一实施例中，投射体10不限于形成为多面棱镜体形状，也可以为呈半透半反的半球状。当投射体10形成为半球状时，投射体10上、与反射面21的垂直距离为预设距离的每一位置处，对应切面相对于反射面21的倾斜角度位于40至50度之间。
本发明第一实施例所述三维显示系统中，投射体10与投影装置30为固定不转动，而光学反射装置20能够进行高速旋转，投影装置30将所输出的二维图像投射至光学反射装置20的反射面21上，二维图像被反射至投射体10的半透半反的投射面11，用户可由投射面11反射回的光线在视觉中合成三维悬浮效果。由于人眼视觉暂留时间约为50-100ms，当实际光源的闪烁频率超过10Hz时，给人感觉即为连续发光体，优选地光学反射装置20的转速越高视觉残留效应越小。
因此，上述的三维显示系统，只需要设置一个投影装置30即能够实现投射体上的三维显示，不需要设置多个用于图像输出的设备分别与分光镜相对，从而使得安装更为简单、成本大大降低。
当然，本发明第一实施例中，也可以设置两个投影装置30，分别相对设置于反射面21的两侧，如图2所示和图3所示，两个投影装置30相对于反射面21转动的中心为径向对称。较佳地反射面具备双向散射功能，依据以上投影装置30所输出图像与光学反射装置20之间转动的配合原理，当采用两个投影装置30进行投影成像，光学反射装置20高速转动时，相较于一个投影装置30，只要使两个投影装置30分别投影相对于光学反射装置的转动角度差分别为180度的二维图像，也能够实现投射体10上的三维显示。依据设置一个投影装置30的投影实现三维显示的原理，本领域技术人员应该也能够理解设置两个投影装置进行投影实现三维显示的原理，在此不再详细说明。
通过设置两个投影装置30，光学反射装置20每转动180度，即能够完成一个三维图像刷新周期，在投射体10上重构出完整的三维图像。因此，相较于设置一个投影装置30，设置两个投影装置30时，能够使光学反射装置20的转动速度降低一半，且投影装置30输出二维图像的频率也会降低一半，使得三维成像技术更易于实现。
此外，本发明还提供第二实施例的三维显示系统，参阅图4所示，包括：投射体10、光学反射装置20、第一驱动结构(图中未显示)、图像处理器(图中未显示)和投影装置30。
其中，第二实施例中，投射体10形成为半球状，由半透半反的玻璃材料、塑料材料等制成，且在投射体10上、与反射面21的垂直距离为预设距离的每一位置处，对应切面相对于反射面21的倾斜角度位于40至50度之间；当然，投射体10也可以形成为第一实施例的包括多个投射面11的棱锥体结构。
光学反射装置20，如图4所示，形成为一平台体，该平台体的水平表面为反射面21；其中投射体10固定设置于反射面21的上方。
本发明第二实施例中，第一驱动结构，如包括一驱动电机，设置于光学反射装置20的底面下方，用于驱动光学反射装置20进行高速旋转，使投射体10与反射面21之间具有相对转动速度；具体地，第一驱动结构可以安装于如图1所示平台体的下方，用以驱动平台体沿一个方向高速旋转。
第二实施例中，投影装置30固定设置于光学反射装置20的反射面21上，在第一驱动结构的驱动作用下，投影装置30与光学反射装置20同时作高速旋转。
投影装置30与图像处理器通过数据线连接、无线通讯连接，或者为一体连接。图像处理器用于对待显示物体的三维图像进行分解处理，截取获得该三维图像位于不同截面处的多个二维图像，具体地，所截取的二维图像约为200张。当图像处理器将分解获得的二维图像发送至投影装置30，投影装置30用于间隔预设时间将二维图像依次投影至反射面21，通过反射面21，将每一二维图像反射至投射体10的不同位置上，形成立体图像。
第二实施例中，虽然投影装置30与光学反射装置20同时作高速旋转，但因为投射体10为固定，因此光学反射装置20的反射面21相对于投射体10高速旋转。当反射面21相对于投射体10朝一方向每旋转一预定角度，投影装置30则投影输出一张二维图像，虽然投影装置30投影输出二维图像在反射面21上的位置固定，但由于反射面21相对于投射体10高速旋转，使得相邻两张二维图像经反射面21反射后传输至投射体10的不同位置上，用户可由投射体10上投射面11反射回的光线在视觉中合成三维悬浮效果，在投射体10上呈现全方位观察的3D物体。
较佳地，反射面21相对于投射体10每转动0.5至2度之间的其中一角度时，投影装置30输出一张二维图像，且在一帧三维图像的输出时间，投影装置30需要投影输出大于150张的二维图像，较佳约为200张的二维图像，因此反射面21相对于投射体10的旋转速度应该与二维图像输出的频率相适配。
具体地，反射面21相对于投射体10之间旋转速度与二维图像输出的频率之间的适配原理，与第一实施例类似；而且投影装置30的结构与工作原理与第一实施例类似，在此不再赘述。
此外，第二实施例中，如图5所示，投影装置30也可以设置两个，结合图3，两个投影装置30相对地固定设置于反射面21上，同光学反射装置20同步作高速转动，当投影装置30设置两个时，两个投影装置30所输出二维图像之间的关系与第一实施例类似，在此不再赘述。同样通过设置两个投影装置30，光学反射装置20和投影装置30同步每转动180度，即能够完成一个三维图像刷新周期，在投射体10上重构出完整的三维图像。相较于设置一个投影装置30，设置两个投影装置30时，能够使光学反射装置20的转动速度降低一半，且投影装置30输出二维图像的频率也会降低一半，使得三维成像技术更易于实现。第二实施例中，通过将投影装置30固定设置于进行高速旋转的光学反射装置20上，使投影装置30与光学反射装置20同步相对于投射体10进行高速转动，也能够实现投射体10上的三维显示。
此外，本发明还提供第三实施例的三维显示系统，如图6所示，第三实施例的三维显示系统包括：投射体10、光学反射装置20、第一驱动结构40、图像处理器50和投影装置30。
其中，投射体10形成为半球状，由半透半反的玻璃材料或者塑料材料制成，且在投射体10上、与反射面21的垂直距离为预设距离的每一位置处，对应切面相对于反射面21的倾斜角度位于40至50度之间；当然，投射体10也可以形成为第一实施例的包括多个投射面11的棱锥体结构。
光学反射装置20，如图6所示，光学反射装置20包括多个朝向不同方向的反射面21；其中投射体10固定设置于各个反射面21的上方。其中，第三实施例中，光学反射装置20也即各个反射面21为固定。
第三实施例中，第一驱动结构40用于驱动投射体10高速转动，如包括一驱动电机，设置于投射体10的底部或顶部，用于驱动投射体10相对于各个反射面21具有高速相对转动速度。
进一步地，三维显示系统还包括一承载平台60，用于固定设置投影装置30。第三实施例的一个方面，承载平台60固定设置。
此外，投影装置30、第一驱动结构40分别与图像处理器50通过数据线或无线通讯连接。图像处理器50用于对待显示物体的三维图像进行分解，获得所述三维图像不同截面处的多个二维图像，并向第一驱动结构40输出控制信号，使投影装置30间隔预设时间将一张二维图像投影至反射面21时，第一驱动结构40能够输出驱动信号，使投射体10相对于反射面21转动预设角度。
较佳地，投射体10相对于反射面21高速旋转时，每旋转不到2度的角度，则投影装置30投影输出一张二维图像；也即反射面21相对于投射体10每转动0.5至2度之间的其中一角度时，投影装置30输出一张二维图像。在一帧三维图像的输出时间当需要投影输出约200张的二维图像时，投射体10相对于反射面21的旋转速度应该与二维图像输出的频率相适配，以达到最佳的3D显示效果。具体地，投射体10相对于反射面21的相对转动实现三维显示效果，相较于第一实施例一中反射面21相对于投射体10的相对转动实现三维显示效果，两者的原理相同，则投射体10相对于反射面21之间旋转速度与二维图像输出的频率之间的适配原理，与第一实施例类似；而且投影装置30的结构与工作原理与第一实施例类似，在此不再赘述。
本发明实施例的另一方面，三维显示系统还包括第二驱动结构(图中未显示)，设置于承载平台60的底面，用于驱动承载平台60旋转，通过第二驱动结构驱动承载平台60旋转，投影装置30固定设置于承载平台60上，因此投影装置30相对于多个反射面21转动，且每转动预设角度将一个二维图像投影至其中一个反射面上，所投影的二维图像经过每一反射面反射之后，反射至高速转动的投射体10上，形成立体图像。
该实施例中，根据以上结构，投影装置30固定于承载平台60上作旋转运动，利用投影装置30和投射体10的同时转动，使投影装置30所投射出的每一二维图像，经各个反射面21反射之后，反射至高速转动的投影体10上形成立体图像，具体原理可以参阅以上的第一实施例和第二实施例，在此不再赘述。
此外，本发明第三实施例的另一方面，投影装置30也可以相对的设置两个，结合图3，通过设置两个投影装置，能够使光学反射装置20的转动速度降低一半，且投影装置30输出二维图像的频率也会降低一半，使得三维成像技术更易于实现。
第三实施例所述三维显示系统，通过投影装置作为三维显示图像输出的设备，并设置多个固定的反射面，以及高速转动的投射体，利用投射体相对于反射面之间的相对高速旋转，也能够实现投射体上的三维显示。相较于现有技术，不需要设置多个用于图像输出的设备分别与分光镜相对，从而使得安装更为简单、成本大大降低。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三维显示系统，其特征在于，包括：
呈立体状且呈半透半反的投射体；
光学反射装置，包括至少一反射面；
第一驱动结构，用于驱动所述投射体和/或所述光学反射装置旋转，使所述投射体与所述反射面之间具有相对速度；
图像处理器，用于对待显示物体的三维图像进行分解，获得所述三维图像不同截面处的多个二维图像；
投影装置，用于间隔预设时间将所述二维图像依次投影至其中一所述反射面，通过所述反射面，将每一所述二维图像反射至所述投射体的不同位置上，形成立体图像。
2.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述光学反射装置形成为一平台体，所述平台体的水平表面为所述反射面；其中所述投射体固定设置于所述反射面的上方，所述第一驱动结构驱动所述光学反射装置旋转，所述投射体与所述反射面之间具有相对速度。
3.根据权利要求2所述的三维显示系统，其特征在于，所述投影装置固定设置于所述光学反射装置的反射面上。
4.根据权利要求2所述的三维显示系统，其特征在于，所述投射体形成为多面棱锥体形状或者形成为半球状。
5.根据权利要求4所述的三维显示系统，其特征在于，当所述投射体形成为多面棱锥体形状时，每一棱锥体的表面相对于所述反射面的倾斜角度位于40度至50度之间；当所述投射体形成为半球状时，所述投射体上、与所述反射面的垂直距离为预设距离的每一位置处，对应切面相对于所述反射面的倾斜角度位于40至50度之间。
6.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述光学反射装置包括多个朝向不同方向的反射面，其中所述投射体设置于多个所述反射面的上方，所述光学反射装置固定，所述第一驱动结构驱动所述投射体旋转，所述投射体与所述反射面之间具有相对速度。
7.根据权利要求6所述的三维显示系统，其特征在于，所述三维显示系统还包括：
用于设置所述投影装置的承载平台；
第二驱动结构，用于驱动所述承载平台旋转，通过所述第二驱动结构驱动所述承载平台旋转，所述投影装置相对于多个所述反射面转动，且每转动预设角度将一个所述二维图像投影至其中一个反射面上，所投影的二维图像经过每一反射面反射之后，反射至转动的所述投射体上，形成立体图像。
8.根据权利要求1至7任一项所述的三维显示系统，其特征在于，所述投影装置为一个或者相对设置的两个。
9.根据权利要求1至7任一项所述的三维显示系统，其特征在于，所述图像处理器对待显示物体的三维图像进行分解时，所获得二维图像的数量大于等于150个。
10.根据权利要求1至7任一项所述的三维显示系统，其特征在于，所述投影装置间隔预设时间将所述二维图像依次投影至所述反射面时，在每一所述间隔预设时间内，所述投射体相对于所述反射面转动0.5至2度。
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