CN107016899A - 一种虚实结合显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚实结合显示系统，属于飞行模拟器视景显示技术领域。所述虚实结合显示系统包括成像处理设备、至少一个第一投影机、至少一个第二投影机、第一投影屏、第二投影屏和球面反射镜，通过成像处理设备、第一投影机、第一投影屏和球面反射镜实现了虚像的显示，通过成像处理设备、第二投影机和第二投影屏实现了实像的显示，使得虚实结合显示系统同时结合了虚像显示技术和实像显示技术的优点，将虚像与实像在垂直视场方向上相连，得到一种垂直可覆盖大角度范围的大视场，增大了垂直视场的可视范围，同时，该虚实结合显示系统通过使用3D技术，使得画面的沉浸感更强，模拟效果更真实，可以更好地满足新时期飞行模拟训练需求。

Description

一种虚实结合显示系统

技术领域

本发明涉及飞行模拟器视景显示技术领域，特别涉及一种虚实结合显示系统。

背景技术

在新时期飞行模拟训练中，显示系统是飞行模拟器中最为重要的组成部分，画面显示的清晰度、视场大小、沉浸感等影响飞行仿真模拟的效果。

目前，在飞行模拟器虚拟仿真视景显示系统中，常用的现有技术主要是旁轴虚像显示技术，利用场景生成模块、融合投影模块及显示模块，通过场景生成模块根据左眼和右眼的位置，实时生成左眼画面2D视频信号和右眼画面2D视频信号，利用融合投影模块对左眼画面2D视频信号和右眼画面2D视频信号进行校正融合，并将2D视频信号相应的3D视频信号使得左眼画面和右眼画面投射到显示模块，在显示模块中利用3D投影屏、球面反射镜及3D眼镜显示画面，具有景深感强、沉浸感强、成像距离远的优点。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有技术受到材料、工业加工技术的限制，使得旁轴虚像系统的视场受限，呈现的垂直视场的取值范围仅为40-60°。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种虚实结合显示系统，用于得到垂直视场方向上可覆盖大角度范围的显示画面。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种虚实结合显示系统，所述虚实结合显示系统包括成像处理设备、至少一个第一投影机、至少一个第二投影机、第一投影屏、第二投影屏和球面反射镜，其中，

所述成像处理设备，用于分别为每个所述第一投影机和每个所述第二投影机生成第一视频信号和第二视频信号；

每个所述第一投影机，用于根据对应的所述第一视频信号生成第一画面投射到所述第一投影屏；

所述球面反射镜，用于反射来自所述第一投影屏的光线，从而在预定位置的人眼看到与所有所述第一画面相对应的虚像；

每个所述第二投影机，用于根据对应的所述第二视频信号生成第二画面投射到所述第二投影屏，从而在所述预定位置的人眼看到与所有所述第二画面相对应的实像，

其中所述虚像与所述实像在垂直视场方向上相连。

进一步地，所述虚实结合显示系统还包括融合机，用于调整所述第一视频信号以使所有第一画面融合，以及调整所述第二视频信号以使所有第二画面融合。

进一步地，所述第一视频信号和所述第二视频信号为3D视频信号。

进一步地，所述3D视频信号为双路HDMI信号。

进一步地，所述虚实结合显示系统还包括3D眼镜，从而在所述预定位置的人眼看到的与所有所述第一画面相对应的虚像为3D虚像，与所有所述第二画面相对应的实像为3D实像。

进一步地，所述虚实结合显示系统还包括设置在所述第一投影机镜头前或所述第二投影机镜头前的光学暗场挡片。

进一步地，所述第一投影机和所述第二投影机为单镜头投影机，所述单镜头投影机采用的光源为三色激光光源。

进一步地，所述第一投影屏的材质包括表面设有散射层的亚克力板、表面设有软幕的亚克力板和表面涂有金属漆的亚克力板中的其中一种。

进一步地，所述第一投影屏的形状为球面形或轮胎面形。

进一步地，所述第二投影屏的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例将虚像显示技术与实像显示技术相结合，得到虚实结合显示系统。该虚实结合显示系统结合了虚像显示技术和实像显示技术的优点，使得虚像与实像在垂直视场方向上相连，得到一种在垂直视场方向上可覆盖大角度范围的显示图像，增大了垂直视场的可视范围。同时，该虚实结合显示系统可通过使用3D技术，使得画面的沉浸感更强，模拟效果更真实，可以更好地满足新时期飞行模拟训练需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的一种虚实结合显示系统运用在飞行模拟器中的结构示意图；

图2为球面形第一投影屏的示意图；

图3为轮胎面形第一投影屏的示意图。

图中的附图标记分别表示：

1、成像处理设备；

2、融合机；

3、第一投影机；

4、第二投影机；

5、第一投影屏；

6、第二投影屏；

7、球面反射镜；

8、3D眼镜。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种虚实结合显示系统，以运用在飞行模拟器中为例，图1为该虚实结合显示系统运用在飞行模拟器中的结构示意图，虚实结合显示系统包括成像处理设备1、三个第一投影机3、两个第二投影机4、第一投影屏5、第二投影屏6和球面反射镜7。

成像处理设备1，用于分别为每个第一投影机3和每个第二投影机4生成第一视频信号和第二视频信号。

每个第一投影机3，用于根据对应的第一视频信号生成第一画面投射到第一投影屏5。

球面反射镜7，用于反射来自第一投影屏5的光线，从而在预定位置的人眼看到与所有第一画面相对应的虚像。

每个第二投影机4，用于根据对应的第二视频信号生成第二画面投射到第二投影屏6，从而在预定位置的人眼看到与所有第二画面相对应的实像，其中，虚像与实像在垂直视场方向上相连。

在本实施例的虚实结合显示系统中，虚实结合显示系统还包括融合机2，用于调整第一视频信号以使三个第一画面融合，以及调整第二视频信号以使两个第二画面融合。

在本实施例的虚实结合显示系统中，融合机2的数量为两个，一个用于调整第一视频信号以使三个第一画面之间相融合，保证两个水平视场方向相邻的第一画面的相邻边界圆滑，从而两个相邻的第一画面连续，进而使得三个第一画面共同构成一幅完整的画面；另外一个用于调整第二视频信号以使两个水平视场方向相邻的第二画面之间相融合，保证两个相邻的第二画面的相邻边界圆滑，从而两个相邻的第二画面连续，使得两个第二画面共同构成另一幅完整的画面。

在本实施例的虚实结合显示系统中，在如图1所示位置的人眼看上去，三个第一画面共同构成的一幅完整画面借助球面反射镜形成的虚像，与两个第二画面共同构成的另一幅完整画面在第二投影屏上形成的实像，可以成为垂直视场达到40-130°范围的连成一体的显示画面。

在本实施例的虚实结合显示系统中，第一视频信号和第二视频信号可为3D(三维，Three Dimensional)视频信号，3D技术的使用可以使得画面的沉浸感更强，模拟效果更真实，可以更好地满足新时期飞行模拟训练需求。

需要说明的是，在其他实施例中，本领域技术人员容易想到的是第一视频信号和第二视频信号也可为2D视频信号。

人类通过右眼和左眼所看到的物体的细微差异来感知物体的深度，从而识别出立体图像，这种差异被称为视差。3D立体显示技术就是基于双眼视差原理设计的。3D立体显示技术是通过人为的手段来制造人的左、右眼的视差，给左、右眼分别送去有视差的两幅图像，大脑在获取了左右眼看到的不同图像之后，产生观察真实三维物体的感觉。3D立体显示技术的特点是：相对投影面距离近的虚拟场景内容真实感比相对投影面距离远的真实感更强，即出屏画面效果好，而较远距离的画面内容与普通2D(二维，Two Dimensional)显示技术相近。

本发明实施例基于3D技术，将虚实结合显示技术与3D技术结合，得到一种虚实结合3D显示系统，基于本实施例，该虚实结合3D显示系统的工作原理为：成像处理设备1根据第一投影机3和第二投影机4的总数量生成三个第一3D视频信号(每个第一3D视频信号包括左眼视频信号和右眼视频信号)和两个第二3D视频信号(每个第二3D视频信号包括左眼视频信号和右眼视频信号)，为了使得第一投影机3之间和第二投影机4之间的画面连续，三个第一3D视频信号和两个第二3D视频信号经过融合机2的校正融合，融合后的三个第一3D视频信号分别经过第一投影机3投射到第一投影屏5上呈实像，所成实像作为球面反射镜7的物像，最终在球面反射镜7呈正立放大的虚像，飞行员佩戴3D眼镜8可以看到球面反射镜上所成的虚像；两个第二3D视频信号分别经过第二投影机4投射到第二投影屏6上，在第二投影屏6上呈现实像，飞行员佩戴3D眼镜8可以从第二投影屏6上看到所有第二画面共同构成的实像，该虚像与实像在垂直视场方向上相连，得到一种垂直可覆盖大角度范围的大视场，增大了垂直视场的可视范围，可以更好地满足新时期飞行模拟训练需求。

在本实施例的虚实结合显示系统中，在位置关系上，如图1所示，第二投影屏6设置在预定位置的上方，第二投影仪4设置在第二投影屏6的斜上方，可以使第二投影仪4投射出来的第二画面可以完整的呈现在第二投影屏6上；第一投影屏5设在第二投影屏的左上方且与所述第二投影屏6的边缘C相连，球面反射镜7设在第一投影屏5的左下方和预定位置的前方，第二投影屏6CD在CD方向的延长线与球面反射镜7相交，交点位于球面反射镜7AB的中部；第一投影仪3设置在第一投影屏5的右上方，可以使第一投影仪3投射出来的第一画面可以完整的呈现在第一投影屏5上。

在本实施例的虚实结合显示系统中，3D视频信号为双路HDMI信号，如图1所示，通过双路电缆将HDMI信号从成像处理设备1传输到融合机2，再从融合机2再分别传输到每个第一投影机3和每个第二投影机4，其中一路信号表示的是左眼HDMI信号，另一路信号表示的是右眼HDMI信号。

需要说明的是，在其他实施例中，本领域技术人员容易想到的是HDMI信号也可以通过无线通讯的方式传输。

在本实施例的虚实结合显示系统中，虚实结合显示系统还包括3D眼镜8，从而在预定位置的人眼在佩戴了3D眼镜8后看到的与三个第一画面相对应的虚像为3D虚像，看到的与两个第二画面相对应的实像为3D实像。

在本实施例的虚实结合显示系统中，虚实结合显示系统还包括设置在第一投影机3镜头前或第二投影机4镜头前的光学暗场挡片，光学暗场挡片用于在飞行模拟器中显示为夜航画面时，使得夜航画面更为清晰明亮，便于飞行员观察情况。

在本实施例的虚实结合显示系统中，第一投影机3和第二投影机4为单镜头投影机，单镜头投影机采用的光源为三色激光光源，且三色分别为红、绿、蓝。激光光源寿命长，20000小时无衰减；光源与光机独立，维修不破坏光路。

在本实施例的虚实结合显示系统中，第一投影机3和第二投影机4采用LCOS(硅基液晶，Liquid Crystal on Silicon)光学引擎，LCOS光学引擎是一种结合TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器，Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)投影技术和DLP(数字光处理，Digital Light Procession)投影技术优点的硅基液晶反射式投影技术。

在本实施例的虚实结合显示系统中，第一投影屏5的材质可以采用表面设有散射层的亚克力板、表面设有软幕的亚克力板和表面涂有金属漆的亚克力板中的其中一种。

在本实施例的虚实结合显示系统中，第一投影屏5的材质可以采用普通软幕、亚克力板、聚乙烯(PE)、喷漆、玻璃钢中的其中一种。

在本实施例的虚实结合显示系统中，第一投影屏5的形状为球面形(如图2所示)或轮胎面形(如图3所示)。其中，球面是圆绕着其直径旋转所成的面，轮胎面是圆绕着非直径的旋转轴旋转形成的面，类似汽车轮胎的表面，也称为圆环面或者双曲面。首先，通过热弯工艺将有机玻璃板加工成球面或者轮胎面的形状，再在成型后的有机玻璃板外凸的表面上涂覆(或者铺设)光学散射层。

在本实施例的虚实结合显示系统中，球面反射镜所用的反射介质可以采用迈拉(Mylar)膜，硅玻璃板或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜中的其中一种。其中，硅玻璃球面反射镜的加工工艺为：首先，将一定厚度(如10mm)的硅玻璃板材高温软化，利用模具热弯成型，然后，用纤维增强环氧树脂基复合材料将成型的硅玻璃板材与铸铝基座进行粘接，用磨镜机对硅玻璃板的内凹表面进行研磨使其表面粗糙度达到要求，再在处理后的硅玻璃板内表面镀金属膜。由于硅玻璃板可以通过拼接的方法来扩展尺寸，因此采用硅玻璃板作为球面反射镜的反射介质能够满足较大显示视场的要求，在本实施例中可以优先选择硅玻璃板。

在本实施例的虚实结合显示系统中，第二投影屏6的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，且第二投影屏6的形状为锥形，即第二投影屏6中心向上突出，便于第二画面在第二投影屏6上呈现出清晰完整的实像。

在本实施例的虚实结合系统中，可以实现的系统指标为：

水平视场角，180°～220°；

垂直视场角，40°～130°；

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚实结合显示系统，其特征在于，所述虚实结合显示系统包括成像处理设备、至少一个第一投影机、至少一个第二投影机、第一投影屏、第二投影屏和球面反射镜，其中，

所述成像处理设备，用于分别为每个所述第一投影机和每个所述第二投影机生成第一视频信号和第二视频信号；

每个所述第一投影机，用于根据对应的所述第一视频信号生成第一画面投射到所述第一投影屏；

所述球面反射镜，用于反射来自所述第一投影屏的光线，从而在预定位置的人眼看到与所有所述第一画面相对应的虚像；

每个所述第二投影机，用于根据对应的所述第二视频信号生成第二画面投射到所述第二投影屏，从而在所述预定位置的人眼看到与所有所述第二画面相对应的实像，

其中所述虚像与所述实像在垂直视场方向上相连。

2.根据权利要求1所述的虚实结合显示系统，其特征在于，所述虚实结合显示系统还包括融合机，用于调整所述第一视频信号以使所有第一画面融合，以及调整所述第二视频信号以使所有第二画面融合。

3.根据权利要求2所述的虚实结合显示系统，其特征在于，所述第一视频信号和所述第二视频信号为3D视频信号。

4.根据权利要求3所述的虚实结合显示系统，其特征在于，所述3D视频信号为双路HDMI信号。

5.根据权利要求3所述的虚实结合显示系统，其特征在于，所述虚实结合显示系统还包括3D眼镜，从而在所述预定位置的人眼看到的与所有所述第一画面相对应的虚像为3D虚像，与所有所述第二画面相对应的实像为3D实像。

6.根据权利要求1所述的虚实结合显示系统，其特征在于，所述虚实结合显示系统还包括设置在所述第一投影机镜头前或所述第二投影机镜头前的光学暗场挡片。

7.根据权利要求1所述的虚实结合显示系统，其特征在于，所述第一投影机和所述第二投影机为单镜头投影机，所述单镜头投影机采用的光源为三色激光光源。

8.根据权利要求1所述的虚实结合显示系统，其特征在于，所述第一投影屏的材质包括表面设有散射层的亚克力板、表面设有软幕的亚克力板和表面涂有金属漆的亚克力板中的其中一种。

9.根据权利要求1所述的虚实结合显示系统，其特征在于，所述第一投影屏的形状为球面形或轮胎面形。

10.根据权利要求1所述的虚实结合显示系统，其特征在于，所述第二投影屏的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。