CN108124508A - 全息显示系统及显示模块 - Google Patents

Abstract

本申请涉及全息显示技术领域，尤其涉及一种全息显示系统及显示模块。该全息显示系统中显示模块包括具有转动轴的支撑部、多个承载体和显示单元，多个承载体同轴固定在支撑部的转动轴上，每个承载体上均匀分布显示单元；运动驱动模块驱动支撑部带动承载体转动；定位模块用于检测支撑部转动过程中指定承载体的位置，并将检测时刻和指定承载体的位置传输给处理模块；处理模块预测每个承载体在各个时刻的位置，并按照多个显示单元的分布对待显示的图像数据进行转换，以及根据每个承载体在各个时刻的位置以及转换后的图像数据，通过显示驱动模块驱动每个显示单元的亮暗显示。实现了显示效果好、成本低且使用方便的全息显示。

Description

全息显示系统及显示模块

技术领域

本申请涉及全息显示技术领域，尤其涉及一种全息显示系统及显示模块。

背景技术

全息显示能够显示类似实际物体的图像，显示的全息影像与实际物体有着相同的三维特性。人们观看全息影像时的视觉效果与观看实际物体的视觉效果相同，其中人们从各种方位观看全息影像，看到的都是物体的各立体面。全息显示比三维(3D)显示更为逼真。目前全息显示技术主要有360度全息幻影成像系统、全息投影技术、数字光场全息显示技术等。

发明人在实现本申请的过程中发现，现有的全息显示技术存在各种缺陷。具体为：360度全息幻影成像系统是由透明材料制成的四面锥体，当观众的视线透过锥体的一个面观看时，通过锥体表面镜射和发射，能够从锥体内的空间看到漂浮的影像。该显示方式只能在封闭空间中显示较小的物体，且透明材料会影像观看效果。全息投影技术需要投影材料，一般采用雾气，显示效果不好，只适合显示很大的物体，对场地也有很高的要求。数字光场全息显示技术显示效果很好，但是成本高昂，设备体积巨大，且技术还不成熟。

因此，需要寻求一种能够显示效果好、成本低且使用方便的全息显示技术。

发明内容

本申请部分实施例所要解决的技术问题在于实现显示效果好、成本低且使用方便的全息显示。

本申请的一个实施例提供了一种全息显示系统，包括处理模块、运动驱动模块、定位模块、显示驱动模块以及显示模块；显示模块包括具有转动轴的支撑部，多个环形的承载体和多个显示单元，多个环形承载体同轴固定在支撑部的转动轴上，每个承载体上均匀分布有显示单元；运动驱动模块用于在处理模块的控制下驱动支撑部带动多个承载体转动；定位模块用于在处理模块的控制下检测支撑部转动过程中多个承载体中的指定承载体的位置，并将检测时刻和指定承载体的位置传输给处理模块；处理模块用于根据检测时刻和指定承载体的位置，预测每个承载体在各个时刻的位置，并按照多个显示单元的分布对待显示的图像数据进行转换，以及根据每个承载体在各个时刻的位置以及转换后的图像数据，通过显示驱动模块驱动每个显示单元的亮暗显示。

本申请的一个实施例还提供了一种显示模块，包括：具有转动轴的支撑部、多个环状的承载体和多个显示单元，多个环状的承载体同轴固定在支撑部的转动轴上，每个承载体上均匀分布有显示单元。

相对于现有技术而言，本申请部分实施例提供的全息显示系统中，通过在多个环状的承载体上设置显示单元，运动驱动模块驱动支撑部带动多个承载体转动，在转动过程中处理模块控制显示单元的亮暗显示，利用人眼的视觉暂留效应，即可显示完整的全息图像。其中，显示模块的结构简单，降低了整个全息显示系统的体积和成本，且使用方便。并且，直接通过多个环状的承载体所承载的显示单元显示，无需使用投影材料，显示效果好，且降低了对使用场地的要求。同时，人在观看时可直接看到显示的图像，显示效果好。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请第一实施例中显示模块的结构示意图；

图2是本申请第二实施例中显示模块的结构示意图；

图3是本申请第三实施例中全息显示系统的结构示意图；

图4是本申请第三实施例中全息显示系统的另一结构示意图；

图5是本申请第四实施例中全息显示系统的结构示意图；

图6是本申请第四实施例中全息显示系统的另一结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请部分实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请的各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本申请的第一实施例涉及一种显示模块，应用于全息显示系统，该显示模块的具体结构如图1所示，具体包括：具有转动轴102的支撑部11、多个环状的承载体103和多个显示单元。其中，多个环状的承载体103同轴固定在转动轴102上，每个承载体103上均匀分布有显示单元。

需要说明的是，图1中仅是以承载体103的个数为4个为例，不应理解为承载体的个数只能是4个，该实施例中不限制环状承载体的个数，应用中可根据需要设置。

具体的，每个承载体的形状相同，该承载体的形状包括以下任意一种：圆环、椭圆环、矩形环和正六边形环。需要说明的是，只要保证每个承载体的形状相同即可，并不限制环状的承载体的具体形状。实际选择时，可根据使用场地或显示要求选择承载体的形状。

本实施例相对于现有技术而言，显示模块的结构简单，降低了整个全息显示系统的体积和成本，且使用方便。并且，直接通过多个环状的承载体所承载的显示单元显示，无需使用投影材料，显示效果好，且降低了对使用场地的要求。同时，人在观看时可直接看到显示的图像，显示效果好。

本申请的第二实施例涉及一种显示模块，第二实施例是在第一实施例的基础上做的进一步改进，主要改进之处在于，第二实施例中具体说明了多个承载体的排列方式。

具体的，该显示模块中每个承载体的面积大小不同，多个环状的承载体按照面积从大到小的顺序排列且间隔固定角度。例如，在承载体为圆环状时，多个承载体按照半径从大到小的顺序排列。

需要说明的是，本实施例中多个承载体同轴固定在转动轴102上且该多个承载体的几何中心位于同一点。例如，该承载体为圆环，则多个圆环的圆心在同一点，也就是同心的圆环。其中，图2是承载体为圆环的显示模块的俯视图，，图2中“1”、“2”、“3”分别表示相邻承载体之间间隔的夹角。

需要说明的是，该显示模块中多个承载体的排列方式在实际应用也可适应性的调整，也就是说，承载体也可以不按照面积从大到小的顺序排列，结合具体的应用场景设置各承载体的排列方式即可。

具体的，一个显示单元包括设置在同一承载体同一位置的第一发光二极管LED、第二LED、第三LED和第四LED，第一LED的发光面朝向承载体的几何中心，第二LED的发光面背向承载体的几何中心，第三LED的发光面朝向承载体平面的一个垂直方向，第四LED的发光面朝向承载体平面的另一垂直方向。

需要说明的是，本实施例中显示单元包括四个LED，在实际设计中可根据需要在一个显示单元中设置其他数量的LED，例如，在一个显示单元上均匀设置六个LED，正对承载体几何中心的设置第一LED，背向承载体几何中心设置第二LED，第三LED和第四LED均设置在承载体平面的一个垂直方向，且第三LED和第四LED之间的夹角为120度；第五LED和第六LED分别与第三LED和第四LED对称设置在承载体的另一垂直方向，也就是说六个LED以正六边形的方式排列在承载体上。上述实施例仅是举例说明LED的排列方式，并不具体限制本申请的显示模块中的显示单元的结构。

本实施例中，多个环状的承载体按照面积从大到小的顺序且间隔固定角度，使得在控制承载体带动显示单元转动后，能够实现全方位的显示，显示效果好。同时，在显示时，与承载体的面积从大到小的顺序对应的是，显示图像的外层到内层，可见承载体按照该方式排列，便于处理模块根据待显示的图像确定每个显示单元在各时刻对应的亮暗状态。

本申请的第三实施例涉及一种全息显示系统，如图3所示，包括处理模块301、运动驱动模块302、定位模块303、显示驱动模块304和显示模块305。

需要说明的是，本实施例中的显示模块305的结构与上述第一或第二实施例中提到的显示模块305的结构相同，因此，第一或第二实施例中的技术细节在本实施例中依然有效，本实施例中与第一或第二实施例中显示模块305的相似之处不再赘述。

需要说明的是，该实施例中显示模块305的支撑部11除了包括转动轴102，还包括支撑底座101，如图1中示出，该支撑底座101用于固定转动轴102；其中，处理模块301、运动驱动模块302以及显示驱动模块304分别设置在支撑底座101内。

具体的，运动驱动模块302用于在处理模块301的控制下驱动支撑部带动多个承载体转动；定位模块303用于在处理模块301的控制下检测支撑部转动过程中多个承载体中的指定承载体的位置，并将检测时刻和指定承载体的位置传输给处理模块301；处理模块301用于根据检测时刻和指定承载体的位置，预测每个承载体在各个时刻的位置，并按照多个显示单元的分布对待显示的图像数据进行转换，以及根据每个承载体在各个时刻的位置以及转换后的图像数据，通过显示驱动模块304驱动每个显示单元的亮暗显示。

本实施例提供的全息显示系统，显示模块305有多个承载体构成，且每个承载体形状相同，按照面积从大到小的顺序排列且间隔固定角度，处理模块305控制多个承载体匀速旋转，当各个承载体转到不同的位置时控制显示模块305上的显示单元的亮暗，利用人眼的视觉暂留效应，显示出全息图像。

具体的，定位模块303包括设置在指定承载体上的定位信号发射子模块401，设置在支撑底座外表面上的定位信号接收子模块402，如图4所示，例如，该指定承载体为最外环的承载体。

其中，定位信号发射子模块401用于在处理模块301的控制下发射定位信号且发射方向指向支撑底座101；定位信号接收子模块402用于在定位信号发射子模块401转动至定位信号接收子模块402正上方时，检测到定位信号发射子模块401发射的定位信号，并立即将指定承载体的位置传输给处理模块301。

处理模块301获取定位模块303传输的指定承载体在检测时刻的位置，该位置即为定位信号发射子模块401对应的位置。进一步的，显示模块305中包括多个环状的承载体，定位信号发射子模块401位于其中的指定承载体上，例如，选择将定位信号发射子模块401设置在环形面积最大的承载体上。在承载体处于匀速运动的情况下，处理模块根据各承载体之间的相对位置关系、承载体的运动速度以及指定承载体在检测时刻的位置，预测出每个承载体在各个时刻的位置。

在一个具体的实现中，当承载体以恒定的转速转动时，从定位信号发射子模块401经过定位信号接收子模块402的位置时起，计算每个承载体在各个时刻的位置信息。例如，设置有定位信号发射子模块401的承载体根据承载体的转速乘以转动时间，就可以获知在该转动时间对应的时刻该承载体的位置。根据各个承载体之间的位置关系可推得其他承载体在同一时刻的位置。

需要说明的是，本实施例的显示原理为，处理模块301对待显示图像进行转换，确定三维空间中的全息图像中需要点亮的坐标点，在承载体的转动过程中，当显示单元转动到需要点亮的坐标点时，点亮该显示单元。

具体的建立空间坐标的方法可以为：以指定承载体的几何中心点为原点，以垂直于面积最大的承载体的方向为X轴，位于该面积最大的承载体上垂直于X轴且垂直于转动轴102的方向为Y轴，以沿转动轴102方向为Z轴建立空间直角坐标系。上述建立空间直角坐标系是为了方便处理模块确定显示单元需要点亮的空间位置，实际中也可根据其他的参考位置建立空间直角坐标系，能够使得处理模块根据坐标系确定显示单元需要点亮的位置信息即可。

一个具体实现中，定位信号发射子模块401具体用于在处理模块的控制下按照预设周期发射定位信号。按照周期发射可以避免实时发射造成的功耗浪费，并且也可以使得处理模块能够按照周期修正指定承载体在各时刻的位置，以保证显示效果。

在一个具体的实现中，全息显示系统的显示过程为：建立空间坐标系；处理模块301获取需要显示的图像数据，将该图像数据转换为显示信息，并根据显示信息确定在该空间坐标系中需要亮或暗的像素点；多个承载体在转动轴102的带动下旋转，定位模块303获取指定承载体在检测时刻的位置，处理模块301可根据多个承载体的位置关系确定每个承载体的位置信息；当承载体旋转过程中，显示单元运动到需要亮或暗的像素点，根据显示信息控制对应位置的显示单元的亮暗，从而显示出待显示的图像对应的全息图像。

需要说明的是，显示单元是在上述实施例中三维空间坐标中不同位置点亮，从而使得该全息显示系统显示的图像具有真正的景深，也就是说能将待显示物体在不同位置、不同距离的图像清晰显示出来，用户能够从图像的360度范围内看到与真实物体相同的三维图像，实现待显示图像的全息显示。

在一个具体的实现中，定位信号发射子模块401可以为红外发射模块，则需要将该发射模块安装在最外的承载体上，并在支撑底座上设置红外接收装置，当承载体在旋转过程中经过红外接收装置的位置时，则处理模块301可获知最外承载体的位置信息。需要说明的是，每个承载体之间的间隔角度固定，在间隔角度不为零时也可将该红外发射模块设置在其他承载体上。

需要说明的是，为了方便获取到承载体在转动过程中的位置信息，也可使用其他的定位方式获得位置信息，例如，将定位信号发射子模块401设置为跟踪器实时定位指定承载体的位置信息。也就是说，本实施例中不具体限制定位信号发射子模块401的类型和定位方式。

值得一提的是，本申请实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本申请的创新部分，本实施例中并没有将与解决本申请所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

本实施例相对于现有技术而言，本申请部分实施例提供的全息显示系统中，通过在多个环状的承载体上设置显示单元，运动驱动模块302驱动支撑部带动多个承载体转动，在转动过程中处理模块控制显示单元的亮暗显示，利用人眼的视觉暂留效应，即可显示完整的全息图像。其中，显示模块305的结构简单，降低了整个全息显示系统的体积和成本，且使用方便。并且，直接通过多个环状的承载体所承载的显示单元显示，无需使用投影材料，显示效果好，且降低了对使用场地的要求。同时，人在观看时可直接看到显示的图像，显示效果好。

本申请的第四实施例涉及一种全息显示系统，第四实施例是在第三实施例的基础上的进一步改进，主要改进之处在于，第四实施方式中提供的全息显示系统还包括与处理模块连接的数据输入模块；如图5所示，该数据输入模块501用于将输入的待显示的图像数据传输给处理模块。

需要说明的是，数据输入模块501设置在支撑底座上，其中，数据输入模块501的输入接口可以是无线接口或者通用串行总线接口，此处仅为举例说明，本实施方式设置的数据输入模块501主要是方便数据传输，并不限制其具体实现形式。

在一个具体的实现中，通过数据输入模块501将待显示的图像输入，由处理模块进行转换，若图像较大或较复杂，转换过程数据处理大，则可将数据转换的步骤放在云端，由远程服务器进行数据转换，并将转换后的数据结果通过数据输入模块发送到全息显示系统。

一个具体实现中，为了保证显示效果，处理模块301具体用于：若根据每个承载体在各个时刻的位置以及转换后的图像数据，确定位于同一水平面上的至少两个显示单元各自的第三LED在第一时刻对应的状态均为点亮，则从至少两个显示单元中选择位于非最外侧承载体上的显示单元，将选择的显示单元的第三LED在第一时刻对应的状态设置为不点亮状态；和/或，若根据每个承载体在各个时刻的位置以及转换后的图像数据，确定位于同一水平面上的至少两个显示单元各自的第四LED在第一时刻对应的状态均为点亮，则从至少两个显示单元中选择位于非最外侧承载体上的显示单元，将选择的显示单元的第四LED在第一时刻对应的状态设置为不点亮状态。

在一个具体的实现中，在点亮显示单元的LED之前需要进行冲突处理，以一个显示单元上包括四个LED为例，若某一显示单元需要点亮，则其显示方式为：若该显示单元需要点亮，则将该显示单元的第一LED和第二LED点亮；并判断与该显示单元一个平面上第三LED或第四LED的发光方向是否有需要点亮的显示单元；若有，则将该显示单元的第三LED或第四LED的状态设置为不点亮状态。由于各显示单元的第一LED和第二LED不会存在显示冲突，无需进行冲突处理。

例如，如图6所示，图6中两个圆形是不同的承载体的运行轨迹，假设存在显示单元A和显示单元B，显示单元B与显示单元A的第三LED和第四LED在同一水平面，当显示单元B与显示单元A的点亮方向上有观看者的话，也就是图示中C所示出的位置，若不对显示单元B与显示单元A需要点亮的LED进行冲突处理，而是全部点亮，就会使得在该方向显示图像出现重叠现象。因而上述的冲突处理能够避免该现象的发生，保证全息图像在各个方向上的显示效果。

需要说明的是，显示驱动模块304与显示模块305连接，具体用于控制显示单元的亮暗以及显示单元的显示状态。本实施例中显示单元为LED。在实际的设置中，也可根据显示需要选择其他的显示单元，此处不限制显示单元的材料选取。

上述具体实施例所提到的显示方式的实施步骤在实现时可进行适当的步骤合并和改变，只要包括相同的逻辑关系，都在本申请的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该申请的保护范围内。

需要说明的是，本领域的技术人员能够理解，上述实施例中显示方法是通过程序来指令相关的硬件来完成的，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种全息显示系统，其特征在于，包括处理模块、运动驱动模块、定位模块、显示驱动模块以及显示模块；

所述显示模块包括具有转动轴的支撑部、多个环状的承载体和多个显示单元，所述多个环状的承载体同轴固定在所述支撑部的转动轴上，每个所述承载体上均匀分布有所述显示单元；

所述运动驱动模块用于在所述处理模块的控制下驱动所述支撑部带动所述多个承载体转动；

所述定位模块用于在所述处理模块的控制下检测所述支撑部转动过程中所述多个承载体中的指定承载体的位置，并将检测时刻和所述指定承载体的位置传输给所述处理模块；

所述处理模块用于根据所述检测时刻和所述指定承载体的位置，预测每个所述承载体在各个时刻的位置，并按照所述多个显示单元的分布对待显示的图像数据进行转换，以及根据每个所述承载体在各个时刻的位置以及转换后的图像数据，通过所述显示驱动模块驱动每个所述显示单元的亮暗显示。

2.如权利要求1所述的全息显示系统，其特征在于，每个所述承载体的形状相同，所述承载体的形状包括以下任意一种：圆环、椭圆环、矩形环和正六边形环。

3.如权利要求2所述的全息显示系统，其特征在于，每个所述承载体的面积大小不同，所述多个环状的承载体按照面积从大到小的顺序排列且间隔固定角度。

4.如权利要求1至3任一项所述的全息显示系统，其特征在于，一个所述显示单元包括设置在同一所述承载体同一位置的第一发光二极管LED、第二LED、第三LED和第四LED，所述第一LED的发光面朝向所述承载体的几何中心，所述第二LED的发光面背向所述承载体的几何中心，所述第三LED的发光面朝向所述承载体平面的一个垂直方向，所述第四LED的发光面朝向所述承载体平面的另一垂直方向。

5.如权利要求4所述的全息显示系统，其特征在于，所述支撑部还包括支撑底座；

所述定位模块包括设置在所述指定承载体上的定位信号发射子模块，以及设置在所述支撑底座外表面上的定位信号接收子模块；

所述定位信号发射子模块用于在所述处理模块的控制下发射定位信号且发射方向指向所述支撑底座；

所述定位信号接收子模块用于在所述定位信号发射子模块转动至所述定位信号接收子模块正上方时，检测到所述定位信号发射子模块发射的定位信号，并立即将所述指定承载体的位置传输给所述处理模块。

6.如权利要求5所述的全息显示系统，其特征在于，所述定位信号发射子模块具体用于在所述处理模块的控制下按照预设周期发射定位信号。

7.如权利要求5或6所述的全息显示系统，其特征在于，所述处理模块、所述运动驱动模块以及所述显示驱动模块分别设置在所述支撑底座内。

8.如权利要求4至6任一项所述的全息显示系统，其特征在于，所述运动驱动模块具体用于在所述处理模块的控制下驱动所述支撑部带动所述多个环状的承载体按照预设转速匀速转动；

所述处理模块具体用于若确定所述多个承载体处于按照所述预设转速匀速转动的状态，则根据所述预设转速、所述检测时刻以及所述指定承载体的位置，预测每个所述承载体在各个时刻的位置。

9.如权利要求8所述的全息显示系统，其特征在于，所述处理模块具体用于若根据所述每个所述承载体在各个时刻的位置以及所述转换后的图像数据，确定位于同一水平面上的至少两个显示单元各自的第三LED在第一时刻对应的状态均为点亮，则从所述至少两个显示单元中选择位于非最外侧所述承载体上的显示单元，将选择的显示单元的第三LED在所述第一时刻对应的状态设置为不点亮状态；和/或，

若根据所述每个所述承载体在各个时刻的位置以及所述转换后的图像数据，确定位于同一水平面上的至少两个显示单元各自的第四LED在第一时刻对应的状态均为点亮，则从所述至少两个显示单元中选择位于非最外侧所述承载体上的显示单元，将选择的显示单元的第四LED在所述第一时刻对应的状态设置为不点亮状态。

10.如权利要求1至3任一项所述的全息显示系统，其特征在于，所述全息显示系统还包括与所述处理模块连接的数据输入模块；

所述数据输入模块用于将输入的所述待显示的图像数据传输给所述处理模块。

11.一种显示模块，其特征在于，包括：具有转动轴的支撑部、多个环状的承载体和多个显示单元，所述多个环状的承载体同轴固定在所述支撑部的转动轴上，每个所述承载体上均匀分布有所述显示单元。

12.如权利要求11所述的显示模块，其特征在于，每个所述承载体的形状相同，所述承载体的形状包括以下任意一种：圆环、椭圆环、矩形环和正六边形环。

13.如权利要求12所述的显示模块，其特征在于，每个所述承载体的面积大小不同，所述多个环状的承载体按照面积从大到小的顺序排列且间隔固定角度。