CN108227226B - 3d显示装置及3d显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D显示装置及3D显示方法。该3D显示装置包括显示单元，显示单元包括显示窗口和光学结构层，显示窗口用于显示2D图像，光学结构层设置于显示窗口的一侧，用于将2D图像转换为3D图像，且3D显示装置还包括：定位单元，用于定位人眼透过光学结构层对显示窗口的观察位置，并发送定位信号；以及图像处理设备，分别与定位单元和显示窗口电连接，用于接收定位信号，并向显示窗口发送聚焦图像以显示2D图像，聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，聚焦区域与观察位置对应，聚焦图像的聚焦区域以外的区域为模糊区域，且光学结构层用于将聚焦区域与模糊区域进行分层处理以将2D图像转换为3D图像。

Description

3D显示装置及3D显示方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种3D显示装置及3D显示方法。

背景技术

随着增强现实(AR)和虚拟现实(VR)技术的发展，近眼式显示器也开始获得市场的广泛关注。目前市面上已经出现部分VR眼镜，AR眼镜，这些眼镜有的是利用双目视差融合产生立体感，有的则是直接将虚拟图像与现实融合，这些眼镜的出现，促进了人们对于近眼显示器的研究。

但是目前的部分设备过分强调3D立体的呈现，忽视了人眼观看物体时的聚焦转换问题。因为这些设备的显示方式与人眼实际观看物体的方式有差异，导致长时间佩戴这些设备会出现生理上的不适。

在实现3D显示的同时，结合模拟人眼的聚焦转换过程也开始成为业界研究重要方向之一。现有技术中有虽然也提到侦测视场和聚焦位置的技术方案，但只是将远近图像渲染为左右眼显示的图像。这种方法的本质依旧是单一平面带有聚焦和模糊图像的融合，这与我们在实际聚焦观察时，聚焦与模糊并不在同一平面的现象还是有所不同。这样的显示方法虽然模拟了人聚焦远近时模糊与聚焦的转换过程，尚不能称为最为真实的图像。也有方案提到利用SLM将平面场景弯曲实现不同的聚焦，但该方案也有设备复杂，运算负荷大，视场有限的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种3D显示装置及3D显示方法，以解决现有技术中的3D显示装置难以实现逼真的聚焦转换图像显示的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种3D显示装置，包括显示单元，显示单元包括显示窗口和光学结构层，显示窗口用于显示2D图像，光学结构层设置于显示窗口的一侧，用于将2D图像转换为3D图像，且3D显示装置还包括：定位单元，用于定位人眼透过光学结构层对显示窗口的观察位置，并发送定位信号；以及图像处理设备，分别与定位单元和显示窗口电连接，用于接收定位信号，并向显示窗口发送聚焦图像以显示2D图像，聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，聚焦区域与观察位置对应，聚焦图像的聚焦区域以外的区域为模糊区域，且光学结构层用于将聚焦区域与模糊区域进行分层处理以将2D图像转换为3D图像。

进一步地，定位单元包括：定位传感器，用于定位人眼透过光学结构层对显示窗口的观察位置，并根据观察位置发送光学信号数据；信号处理器，分别与定位传感器和图像处理设备电连接，用于根据光学信号数据发送定位信号。

进一步地，定位传感器包括：多个光发射器，设置于显示窗口上或设置于显示窗口的外侧，用于向人眼发送光线，各光发射器发送的光线具有不同波段，或各光发射器以不同的间隔频率发射光线；多个光接收器，与光发射器一一对应设置，且光接收器与信号处理器电连接，用于接收来自人眼的反射光线，并根据反射光线获取光学信号数据。

进一步地，图像处理设备包括：数据存储模块，与显示窗口电连接，用于存储聚焦图像；图像传输模块，分别与定位单元和数据存储模块电连接，用于接收定位信号并将聚焦图像调送至显示窗口。

进一步地，显示窗口选自LCD、LED、OLED、Micro LED和Micro OLED中的任一种。

进一步地，光学结构层包括透明基板以及设置于透明基板上的微结构层，优选微结构层为液晶透镜阵列或固定光学结构阵列，其中，液晶透镜阵列包括多个液晶透镜和驱动单元，驱动单元用于驱动各液晶透镜在透镜状态和非透镜状态之间切换。

进一步地，微结构层为液晶透镜阵列，3D显示装置还包括：图像传感器，与显示窗口电连接，用于将聚焦图像转换为电信号，并输出电信号作为图像信号；存储器，用于存储实现液晶透镜控制和图像处理的程序指令；图像处理控制器，分别与图像传感器、存储器和液晶透镜阵列电连接，用于根据图像信号调用程序指令以控制液晶透镜阵列的焦距。

进一步地，3D显示装置还包括框架主体，显示窗口、定位单元和图像处理设备设置于框架主体上，优选框架主体为眼镜架，眼镜架包括眼镜框以及与镜框连接的眼镜脚，显示窗口设置于眼镜框上，光学结构层设置于显示窗口的内表面，定位传感器设置于眼镜框的内表面上或光学结构层远离显示窗口的一侧，信号处理器和图像处理设备分别设置于眼镜脚上。

根据本发明的另一方面，提供了一种3D显示方法，3D显示方法采用上述的3D显示装置，3D显示方法包括以下步骤：S1、利用人眼透过3D显示装置中的光学结构层对3D显示装置中的显示窗口进行观察，同时利用3D显示装置中的定位单元定位人眼透过光学结构层对显示窗口的观察位置，并发送定位信号；S2、利用3D显示装置中的图像处理设备接收定位信号，并向显示窗口发送聚焦图像以显示2D图像，使显示窗口接收聚焦图像并显示，聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，模糊区域与观察位置对应；S3、利用光学结构层将聚焦区域与模糊区域进行分层处理，使2D图像转换为3D图像。

进一步地，定位单元包括定位传感器和信号处理器，定位传感器包括n个一一对应设置的光发射器和光接收器，显示窗口具有n个与光接收器一一对应的显示区域，步骤S1包括：通过人眼观察任意显示区域，并利用各光发射器以相同的间隔频率向人眼发送不同波段的光线；使各光接收器分别接收被人眼反射的具有不同波段的反射光线，以获取不同波段下的第一光强信息，并根据各第一光强信息中的最大值来确定人眼观察到的显示区域，以获取与显示区域对应的光学信号数据；以及使信号处理器根据光学信号数据发送定位信号。

进一步地，定位单元包括定位传感器和信号处理器，定位传感器包括n个一一对应设置的光发射器和光接收器，显示窗口具有n个与光接收器一一对应的显示区域，步骤S1包括：通过人眼观察任意显示区域，并利用各光发射器以不同的间隔频率向人眼发送相同波段的光线；使各光接收器分别接收被人眼反射的具有不同间隔频率的反射光线，以获取不同间隔频率下的第二光强信息，并根据第二光强信息判断人眼所观察的显示区域，以获取与显示区域的光学信号数据；以及使信号处理器根据光学信号数据发送定位信号。

进一步地，显示窗口具有用于显示2D图像的多个图像元，在步骤S2中，至少一个图像元显示聚焦区域，其余的图像元显示模糊区域，步骤S3还包括：在将聚焦区域与模糊区域进行分层处理的过程中，利用光学结构层将各图像元对应的模糊区域根据模糊程度进行分层处理，且各模糊区域的模糊程度沿远离聚焦区域的方向依次递增。

应用本发明的技术方案，提供了一种包括显示窗口、光学结构层、定位单元和图像处理设备的3D显示装置，由于显示窗口能够显示2D图像，光学结构层能够将2D图像转换为3D图像，定位单元能够定位人眼透过光学结构层对显示窗口的观察位置，并发送定位信号，图像处理设备能够接收定位信号，并向显示窗口发送聚焦图像以显示2D图像，该聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，聚焦区域以外的区域为模糊区域，且聚焦区域与观察位置对应，从而使人眼在观察显示窗口时能够通过定位单元确定人眼的观察位置，然后通过图像处理设备将聚焦该观察位置的聚焦图像发送至显示窗口，并通过设置于显示窗口一侧的光学结构层将不同聚焦图像的聚焦清晰部分和非聚焦模糊区域分布在不同的深度，进而结合左右眼的双目视差，使人眼能够看到更加逼真的聚焦转换图像。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施方式所提供的一种3D显示装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施方式所提供的另一种3D显示装置的结构示意图；

图3示出了图1或图2所提供的3D显示装置中显示单元的分解结构示意图；

图4示出了本发明实施方式所提供的一种3D显示方法的流程框图；以及

图5示出了实施例1和2中人眼在观察显示器不同位置时的聚焦效果。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、显示单元；110、显示窗口；120、光学结构层；20、定位传感器；210、光发射器；220、光接收器；30、信号处理器；40、图像处理设备。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中的3D显示装置难以实现逼真的聚焦转换图像显示。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种3D显示装置，如图1至3所示，包括显示单元10，显示单元10包括显示窗口110和光学结构层120，显示窗口110用于显示2D图像，光学结构层120设置于显示窗口110的一侧，用于将2D图像转换为3D图像，且3D显示装置还包括：定位单元，用于定位人眼透过光学结构层120对显示窗口110的观察位置，并发送定位信号；以及图像处理设备40，分别与定位单元和显示窗口110电连接，用于接收定位信号，并向显示窗口110发送聚焦图像以显示2D图像，聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，聚焦区域与观察位置对应，聚焦图像的聚焦区域以外的区域为模糊区域，且光学结构层120用于将聚焦区域与模糊区域进行分层处理以将2D图像转换为3D图像。

上述3D显示装置中由于显示窗口能够显示2D图像，光学结构层能够将2D图像转换为3D图像，定位单元能够定位人眼透过光学结构层对显示窗口的观察位置，并发送定位信号，图像处理设备能够接收定位信号，并向显示窗口发送聚焦图像以显示2D图像，该聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，聚焦区域以外的区域为模糊区域，且模糊聚焦区域与观察位置对应，从而使人眼在观察显示窗口时能够通过定位单元确定人眼的观察位置，然后通过图像处理设备将聚焦该观察位置的聚焦图像发送至显示窗口，并通过设置于显示窗口一侧的光学结构层将不同聚焦图像的聚焦清晰部分和非聚焦模糊区域分布在不同的深度，进而结合左右眼的双目视差，使人眼能够看到更加逼真的聚焦转换图像。

在本发明的上述3D显示装置中，上述定位单元可以包括定位传感器20和信号处理器30，定位传感器20用于定位人眼透过光学结构层120对显示窗口110的观察位置，并根据观察位置发送光学信号数据，信号处理器30分别与定位传感器20和图像处理设备40电连接，用于根据光学信号数据发送定位信号。上述定位传感器20可以设置于显示单元10的一侧，如图1所示，或上述定位传感器20也可以设置于显示单元10上，如图2所示。

为了实现定位传感器20对人眼观察位置的准确定位，如图4所示，在一种优选的实施方式中，上述定位传感器20包括一一对应设置地多个光发射器210和多个光接收器220，光发射器210设置于显示窗口110上或设置于显示窗口110的外侧，用于向人眼发送光线，各光发射器210发送的光线具有不同波段，或各光发射器210以不同的间隔频率发射光线，光接收器220与信号处理器30电连接，用于接收来自人眼的反射光线，并根据反射光线获取光学信号数据。

在上述优选的实施方式中，当各光发射器210发送的光线具有不同波段时，通过利用上述多个光发射器210以相同的间隔频率向人眼发送光线，使各光接收器220能够对应地接收到具有不同波段的反射光线，由于上述多个光发射器210分别设置于显示窗口110上或其外侧的不同位置，从而使被人眼反射的光线强度并不相同，离人眼观察位置最近的光接收器220接收到被人眼反射的光线通常具有最大的光强，从而通过上述光接收器220接收到的具有最大光强的光线的波段来确定与其对应的光发射器210的位置，进而实现对人眼的观察位置的有效定位。

在上述优选的实施方式中，当各光发射器210以不同的间隔频率发射光线时，通过利用上述多个光发射器210向人眼发送具有相同波段的光线，使光接收器220以不同的间隔频率接收到反射光线，由于上述多个光发射器210分别设置于显示窗口110上或其外侧的不同位置，从而使被人眼反射的光线强度并不相同，离人眼观察位置最近的光接收器220接收到被人眼反射的光线通常具有最大的光强，从而通过上述光接收器220接收到的具有最大光强的光线的间隔频率来确定与其对应的光发射器210的位置，进而实现对人眼的观察位置的有效定位。

在本发明的上述3D显示装置中，图像处理设备40在接收到与聚焦区域对应的不同定位信号后，能够分别将具有与人眼观察位置对应的聚焦区域的不同聚焦图像调送至显示窗口进行显示，上述聚焦图像既可以是已经拍摄的实境图像，也可以是软件实时渲染的虚拟图像。

在一种优选的实施方式中，上述图像处理设备40包括数据存储模块和图像传输模块，数据存储模块与显示窗口110电连接，用于存储聚焦图像，图像传输模块分别与定位单元和数据存储模块电连接，用于接收定位信号并将聚焦图像调送至显示窗口110。在上述优选的实施方式中，具有不同聚焦区域的多个聚焦图像存储于数据存储模块中，图像传输模块在接收到与聚焦区域对应的不同定位信号后将具有与人眼观察位置对应的聚焦区域的聚焦图像调送至显示窗口进行显示。但并不局限于上述优选的实施方式，图像处理设备40发送的聚焦图像也可以是实时联网获得可被调用的图像，此时图像处理设备40具有能够与互联网点连接的传输接口。

在本发明的上述3D显示装置中，为了实现对2D图像的显示，上述显示窗口110可以选自LCD、LED、OLED、Micro LED和Micro OLED中的任一种，也可以是外界显示装置连接可以显示图像的光学元件之一。上述显示窗口110可以包括图像元阵列，图像元阵列具有用于显示2D图像的多个图像元，各图像元对应显示2D图像中的不同区域，从而通过设置于显示窗口110一侧的光学结构层120对各图像元显示的区域进行分层处理，以实现2D图像中不同区域的深度分布，从而实现2D图像向3D图像的转换。具体地，上述2D图像可以包括近景区域、中景区域和远景区域，图像元阵列包括显示近景区域的第一图像元、显示中景区域的第二图像元以及显示远景区域的第三图像元，从而利用上述光学结构层120能够实现将近景区域、中景区域和远景区域的分层处理，如图3所示。

在本发明的上述3D显示装置中，光学结构层120可以包括透明基板以及设置于透明基板上的微结构层。在一种优选的实施方式中，上述微结构层为固定光学结构阵列，即对应2D图像的所要实现深度分布的多个区域，使光学结构层具有能够实现各区域具有不同聚焦效果的固定光学结构阵列。具体地，上述2D图像可以包括近景区域、中景区域和远景区域，此时上述光学结构层的固定光学结构阵列具有实现上述近景区域、中景区域和远景区域不同聚焦效果的微透镜，锥型或棱形等微结构，从而利用上述光学结构层120能够实现将近景区域、中景区域和远景区域的分层处理。

在另一种优选的实施方式中，上述微结构层为液晶透镜，液晶透镜阵列包括多个液晶透镜和驱动单元，驱动单元用于驱动各液晶透镜在透镜状态和非透镜状态之间切换。此时，为了实现液晶透镜阵列的可调，上述3D显示装置还需要包括图像传感器、存储器和图像处理控制器，图像传感器与显示窗口110电连接，用于将聚焦图像转换为电信号，并输出电信号作为图像信号；存储器用于存储实现液晶透镜控制和图像处理的程序指令，图像处理控制器分别与图像传感器、存储器和液晶透镜电连接，用于根据图像信号调用程序指令以控制液晶透镜的焦距。

在上述优选的实施方式中，液晶透镜的透镜状态是指液晶透镜的折射率分布呈一定规则的梯度排布，呈现与玻璃透镜一样的透镜效果，由于施加电压可以改变焦距，因而能够使液晶透镜具有凸透镜或凹透镜的效果，而液晶透镜的非透镜状态是指液晶透镜无论施压与否均不具有使光线折射的作用，从而通过改变对上述驱动单元的驱动电压即能够使各液晶透镜实现不同的折射或透射效果，进而使各液晶透镜对应2D图像所要实现深度分布的多个区域，并通过上述图像处理控制器在接收不同的图像信号后调用程序指令来控制驱动单元的驱动电压，就能够使各区域具有不同的聚焦效果。

在本发明的上述3D显示装置中，3D显示装置为还可以包括框架主体，显示窗口110、定位单元和图像处理设备40设置于框架主体上。本发明的上述3D显示装置通过采用不同的框架主体能够具有不同的形态，在一种优选的实施方式中，上述框架主体为眼镜架，眼镜架包括眼镜框以及与镜框连接的眼镜脚，显示窗口110设置于眼镜框上，光学结构层120设置于显示窗口110的内表面，定位传感器20设置于眼镜框的内表面上或光学结构层120远离显示窗口110的一侧，信号处理器30和图像处理设备40分别设置于眼镜脚上。通过将3D显示装置做成眼镜的形式，能够使人的佩戴，且在佩戴后上述3D显示装置中的显示单元10能够与人眼具有合理的观察距离，而3D显示装置中的定位单元能够与人眼具有合理的定位距离，从而提高了上述3D显示装置的使用效率。

根据本发明的另一方面，提供了一种3D显示方法，3D显示方法采用上述的3D显示装置，3D显示方法包括以下步骤：S1、利用人眼透过3D显示装置中的光学结构层对3D显示装置中的显示窗口进行观察；S2、利用3D显示装置中的定位单元定位人眼透过光学结构层对显示窗口的观察位置，并发送定位信号；S3、利用3D显示装置中的图像处理设备接收定位信号，并向显示窗口发送聚焦图像以显示2D图像，使显示窗口接收聚焦图像并显示，聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，模糊区域与观察位置对应；S4、利用光学结构层将聚焦区域与模糊区域进行分层处理，使2D图像转换为3D图像。

在上述3D显示方法中由于人眼在观察显示窗口时能够通过定位单元确定人眼的观察位置，然后通过图像处理设备将聚焦该观察位置的聚焦图像发送至显示窗口，并通过设置于显示窗口一侧的光学结构层将不同聚焦图像的聚焦清晰部分和非聚焦模糊区域分布在不同的深度，进而使人眼注视不同的方向或不同的远近物体时，上述过程便会不断的重复刷新，再结合左右眼的双目视差，人眼就能不断的获得较为真实自然的聚焦转换图像。

下面将结合图1至4更详细地描述根据本发明提供的3D显示方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。

首先，执行步骤S1：利用人眼透过3D显示装置中的光学结构层120对3D显示装置中的显示窗口110进行观察，同时利用3D显示装置中的定位单元定位人眼透过光学结构层120对显示窗口110的观察位置，并发送定位信号。

在上述步骤S1中，为了实现上述定位传感器20对人眼观察位置的准确定位，上述定位单元可以包括定位传感器20和信号处理器30，定位传感器20包括n个一一对应设置的光发射器210和光接收器220，显示窗口110具有n个与上述光接收器220一一对应的显示区域，上述定位传感器20用于定位人眼透过光学结构层120对显示窗口110的观察位置，并根据观察位置发送光学信号数据，信号处理器30分别与定位传感器20和图像处理设备40电连接，用于根据光学信号数据发送定位信号。

在一种优选的实施方式中，上述步骤S2包括：通过人眼观察任意显示区域，并利用各光发射器210以相同的间隔频率向人眼发送不同波段的光线；使各光接收器220分别接收被人眼反射的具有不同波段的反射光线，以获取不同波段下的第一光强信息，并根据各第一光强信息中的最大值来确定人眼观察到的显示区域，以获取与显示区域对应的光学信号数据；以及使信号处理器30根据光学信号数据发送定位信号，如图4中所述的眼球定位阶段。

在上述优选的实施方式中，通过利用上述多个光发射器210以相同的间隔频率向人眼发送光线，使各光接收器220能够对应地接收到具有不同波段的反射光线，由于上述多个光发射器210分别设置于显示窗口110上或其外侧的不同位置，从而使被人眼反射的光线强度并不相同，离人眼观察位置最近的光接收器220接收到被人眼反射的光线通常具有最大的光强，从而通过上述光接收器220接收到的具有最大光强的光线的波段来确定与其对应的光发射器210的位置，进而实现对人眼的观察位置的有效定位。

在另一种优选的实施方式中，上述步骤S2包括：通过人眼观察任意显示区域，并利用各光发射器210以不同的间隔频率向人眼发送相同波段的光线；使各光接收器220分别接收被人眼反射的具有不同间隔频率的反射光线，以获取不同间隔频率下的第二光强信息，并根据第二光强信息判断人眼所观察的显示区域，以获取与显示区域的光学信号数据；以及使信号处理器30根据光学信号数据发送定位信号，如图4中所述的眼球定位阶段。

在上述优选的实施方式中，通过利用上述多个光发射器210向人眼发送具有相同波段的光线，使光接收器220以不同的间隔频率接收到反射光线，由于上述多个光发射器210分别设置于显示窗口110上或其外侧的不同位置，从而使被人眼反射的光线强度并不相同，离人眼观察位置最近的光接收器220接收到被人眼反射的光线通常具有最大的光强，从而通过上述光接收器220接收到的具有最大光强的光线的间隔频率来确定与其对应的光发射器210的位置，进而实现对人眼的观察位置的有效定位。

执行完步骤S1之后，执行步骤S2：利用3D显示装置中的图像处理设备40接收来自信号处理器30的定位信号，并向显示窗口110发送聚焦图像以显示2D图像，使显示窗口110接收聚焦图像并显示，聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，聚焦区域与观察位置对应，如图4所示的图像显示阶段。

执行完步骤S2之后，执行步骤S3：利用光学结构层120将聚焦区域与模糊区域进行分层处理，使2D图像转换为3D图像。上述显示窗口110可以具有用于显示2D图像的多个图像元，此时，在上述步骤S2中，至少一个图像元显示聚焦区域，其余的图像元显示模糊区域，且上述步骤S3还包括：在将聚焦区域与模糊区域进行分层处理的过程中，利用光学结构层120将各图像元对应的模糊区域进行分层处理。

下面将结合实施例和对比例进一步说明本发明提供的3D显示装置及3D显示方法。

实施例1

本实施例提供的3D显示装置包括显示窗口、定位单元、图像处理设备及设置于显示窗口一侧的光学结构层，且图像处理设备分别与定位单元和显示窗口电连接，其中，显示窗口为显示器，显示器上呈现一幅近景为帆船，中景为灯塔，远景为海鸥的图像元阵列，在光学结构层上分别有与近景，中景，远景对应的不同聚焦深度的微透镜阵列，微透镜元下方分别对应一个或多个图像元，近景图像元经过对应的微透镜阵列后会将近景区域呈现在显示器前，中景图像元经过对应的微透镜阵列后将中景区域呈现在显示器前，远景图像元经过对应的微透镜阵列后将远景区域呈现在显示器前，在显示器上布设n个光发射器和与之对应的光接收器，发射器调制的发射波段分别为λ1，λ2……λn。光接收器分别只能接收到波长为λ1，λ2……λn的光信号，将观察窗口虚拟划分为n个区域，这n个区域分别与n个接收器的位置对应，数据库中提供N张分别在不同区域聚焦的图像。

此时，本实施例中利用上述3D显示装置的3D显示方法包括以下步骤：

通过人眼观察显示器显示的海鸥位置，海鸥位置对应的接收器编号为Z，此时各接收器记录所收到的对应的光强信号{(L1，λ1)，(L2，λ2)，……(Ln，λn)}并提供给信号处理器，信号处理分析接收到的光强信息和接收器编码，找到最强光信号(Lz,λz)＝MAX{(L1，λ1)，(L2，λ2)，……(Ln，λn)}及其对应编码信号，并将该编码信号提供给图像处理器，图像处理器接收到编码信号后调用对应编号的图像Z′，图像Z′代表聚焦在海鸥位置的远景聚焦图像，并将上述聚焦图像被发送给显示器，显示器外的光学结构层将图像元阵列显示的聚焦图像进行有深度的分布，完成整个过程后人眼能够看到一幅聚焦区域在远景海鸥清晰，而近景帆船和中景灯塔模糊的3D图像，聚焦效果如图5(A)所示，其中，远景区域清晰，中景区域模糊，且近景区域模糊；

通过人眼观察显示器显示的灯塔位置，灯塔位置对应的接收器编号为M，此时各接收器记录所收到的对应的光强信号{(L1，λ1)，(L2，λ2),……(Ln，λn)}并提供给信号处理器，信号处理分析接收到的光强信息和接收器编码，找到最强光信号(Lm,m)＝MAX{(L1，λ1)，(L2，λ2)，……(Ln，λn)}及其对应编码信号，并将该编码信号提供给图像处理器，图像处理器接收到编码信号后调用对应编号的图像M′，图像M′代表聚焦在灯塔位置的中景聚焦图像，并将上述聚焦图像被发送给显示器，显示器外的光学结构层将图像元阵列显示的聚焦图像进行有深度的分布，完成整个过程后人眼能够看到一幅聚焦区域在中景灯塔清晰，而远景海鸥和近景帆船模糊的3D图像，聚焦效果如图5(B)所示，其中，远景区域模糊，中景区域清晰，且近景区域模糊；

通过人眼观察显示器显示的帆船位置，帆船位置对应的接收器编号为N，此时各接收器记录所收到的对应的光强信号{(L1，λ1)，(L2，λ2)，……(Ln，λn)}并提供给信号处理器，信号处理分析接收到的光强信息和接收器编码，找到最强光信号(Ln，λn)＝MAX{(L1，λ1)，(L2，λ2)，……(Ln，λn)}及其对应的编码信号，并将该编码信号提供给图像处理器，图像处理器接收到编码信号后调用对应编号的图像N′，图像N′代表聚焦在帆船位置的近景聚焦图像，并将上述聚焦图像被发送给显示器，显示器外的光学结构层将图像元阵列显示的聚焦图像进行有深度的分布，完成整个过程后人眼能够看到一幅聚焦区域在近景帆船清晰，而远景海鸥和中景灯塔模糊的3D图像，聚焦效果如图5(C)所示，其中，远景区域模糊，中景区域模糊，且近景区域清晰。

可见，通过人眼注视显示器显示的不同位置区域，使上述过程不断的重复刷新，再结合左右眼的双目视差，人眼就能不断的获得具有3D效果的聚焦转换图像。

实施例2

本实施例提供的3D显示装置包括显示窗口、定位单元、图像处理设备及设置于显示窗口一侧的光学结构层，且图像处理设备分别与定位单元和显示窗口电连接，其中，显示窗口为显示器，显示器上呈现一幅近景为帆船，中景为灯塔，远景为海鸥的图像元阵列，在光学结构层上分别有与近景，中景，远景对应的不同聚焦深度的微透镜阵列，微透镜元下方分别对应一个或多个图像元，近景图像元经过对应的微透镜阵列后会将近景区域呈现在显示器前，中景图像元经过对应的微透镜阵列后将中景区域呈现在显示器前，远景图像元经过对应的微透镜阵列后将远景区域呈现在显示器前，在显示器上布设n个光发射器和与之对应的光接收器，发射器调制的发射间隔频率分别为f1，f2……fn，光发射器分别只能接收到发射间隔频率为f1，f2……fn的光信号，将观察窗口虚拟划分为n个区域，这n个区域分别与n个接收器的位置对应，数据库中提供n张分别在不同区域聚焦的图像。

此时，本实施例中利用上述3D显示装置的3D显示方法包括以下步骤：

通过人眼观察显示器显示的海鸥位置，海鸥位置对应的接收器编号为C，此时各接收器记录所收到的对应的光强信号{(L1，f1)，(L2，f2)，……(Ln，fn)}并提供给信号处理器，信号处理分析接收到的光强信息和接收器编码，找到最强光信号(Lc，fc)＝MAX{(L1，f1)，(L2，f2)，……(Ln，fn)}及其对应编码信号，并将该编码信号提供给图像处理器，图像处理器接收到编码信号后调用对应编号的图像C′，图像C′代表聚焦在海鸥位置的远景聚焦图像，并将上述聚焦图像被发送给显示器，显示器外的光学结构层将图像元阵列显示的聚焦图像进行有深度的分布，完成整个过程后人眼能够看到一幅聚焦区域在远景海鸥清晰，而近景帆船和中景灯塔模糊的3D图像，聚焦效果如图5(A)所示，其中，远景区域清晰，中景区域模糊，且近景区域模糊；

通过人眼观察显示器显示的灯塔位置，灯塔位置对应的接收器编号为A，此时各接收器记录所收到的对应的光强信号{(L1，f1)，(L2，f 2)，……(Ln，fn)}并提供给信号处理器，信号处理分析接收到的光强信息和接收器编码，找到最强光信号(La，fa)＝MAX{(L1，f1)，(L2，f2)，……(Ln，fn)}及其对应编码信号，并将该编码信号提供给图像处理器，图像处理器接收到编码信号后调用对应编号的图像A′，图像A′代表聚焦在灯塔位置的中景聚焦图像，并将上述聚焦图像被发送给显示器，显示器外的光学结构层将图像元阵列显示的聚焦图像进行有深度的分布，完成整个过程后人眼能够看到一幅聚焦区域在中景灯塔清晰，而远景海鸥和近景帆船模糊的3D图像，聚焦效果如图5(B)所示，其中，远景区域模糊，中景区域清晰，且近景区域模糊；

通过人眼观察显示器显示的帆船位置，帆船位置对应的接收器编号为B，此时各接收器记录所收到的对应的光强信号{(L1，f1)，(L2，f2)，……(Ln，fn)}并提供给信号处理器，信号处理分析接收到的光强信息和接收器编码，找到最强光信号(Lb，fb)＝MAX{(L1，f1)，(L2，f2)，……(Ln，fn)}及其对应编码信号，并将该编码信号提供给图像处理器，图像处理器接收到编码信号后调用对应编号的图像B′，图像B′代表聚焦在帆船位置的近景聚焦图像，并将上述聚焦图像被发送给显示器，显示器外的光学结构层将图像元阵列显示的聚焦图像进行有深度的分布，完成整个过程后人眼能够看到一幅聚焦区域在近景帆船清晰，而远景海鸥和中景灯塔模糊的3D图像，聚焦效果如图5(C)所示，其中，模糊远景区域，中景区域模糊，且近景区域清晰。

可见，通过人眼注视显示器显示的不同位置区域，使上述过程不断的重复刷新，再结合左右眼的双目视差，人眼就能不断的获得具有3D效果的聚焦转换图像。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：由于人眼在观察显示窗口时能够通过定位单元确定人眼的观察位置，然后通过图像处理设备将聚焦该观察位置的聚焦图像发送至显示窗口，并通过设置于显示窗口一侧的光学结构层将不同聚焦图像的聚焦清晰部分和非聚焦模糊区域分布在不同的深度，进而使人眼注视不同的方向或不同的远近物体时，上述过程便会不断的重复刷新，再结合左右眼的双目视差，人眼就能不断的获得较为真实自然的聚焦转换图像。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (12)

1.一种3D显示方法，其特征在于，所述3D显示方法采用一种3D显示装置，所述3D显示装置包括：

显示单元（10），所述显示单元（10）包括显示窗口（110）和光学结构层（120），所述显示窗口（110）用于显示2D图像，所述光学结构层（120）设置于所述显示窗口（110）的一侧，用于将所述2D图像转换为3D图像，且所述3D显示装置还包括：

定位单元，用于定位人眼透过所述光学结构层（120）对所述显示窗口（110）的观察位置，并发送定位信号；以及

图像处理设备（40），分别与所述定位单元和所述显示窗口（110）电连接，用于接收所述定位信号，并向所述显示窗口（110）发送聚焦图像以显示所述2D图像，所述聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，所述聚焦区域与所述观察位置对应，所述聚焦图像的聚焦区域以外的区域为模糊区域，且所述光学结构层（120）用于将所述聚焦区域与所述模糊区域进行分层处理以将所述2D图像转换为3D图像；

所述3D显示方法包括以下步骤：

S1、利用人眼透过所述3D显示装置中的光学结构层（120）对3D显示装置中的显示窗口（110）进行观察，同时利用所述3D显示装置中的定位单元定位人眼透过所述光学结构层（120）对所述显示窗口（110）的观察位置，并发送定位信号；

S2、利用所述3D显示装置中的图像处理设备（40）接收所述定位信号，并向所述显示窗口（110）发送聚焦图像以显示所述2D图像，使所述显示窗口（110）接收所述聚焦图像并显示，所述聚焦图像包括聚焦区域与模糊区域，所述模糊区域与所述观察位置对应；

S3、利用所述光学结构层（120）将所述聚焦区域与所述模糊区域进行分层处理，使所述2D图像转换为3D图像；

所述定位单元包括定位传感器（20）和信号处理器（30），所述定位传感器（20）包括n个一一对应设置的光发射器（210）和光接收器（220），所述显示窗口（110）具有n个与所述光接收器（220）一一对应的显示区域，所述步骤S1包括：

通过人眼观察任意所述显示区域，并利用各所述光发射器（210）以相同的间隔频率向人眼发送不同波段的光线；

使各所述光接收器（220）分别接收被人眼反射的具有不同波段的反射光线，以获取不同波段下的第一光强信息，并根据各所述第一光强信息中的最大值来确定人眼观察到的所述显示区域，以获取与所述显示区域对应的光学信号数据；以及

使所述信号处理器（30）根据所述光学信号数据发送所述定位信号。

2.根据权利要求1所述的3D显示方法，其特征在于，所述定位单元包括：

定位传感器（20），用于定位人眼透过所述光学结构层（120）对所述显示窗口（110）的观察位置，并根据所述观察位置发送光学信号数据；

信号处理器（30），分别与所述定位传感器（20）和所述图像处理设备（40）电连接，用于根据所述光学信号数据发送所述定位信号。

3.根据权利要求2所述的3D显示方法，其特征在于，所述定位传感器（20）包括：

多个光发射器（210），设置于所述显示窗口（110）上或设置于所述显示窗口（110）的外侧，用于向人眼发送光线，各所述光发射器（210）发送的光线具有不同波段，或各所述光发射器（210）以不同的间隔频率发射光线；

多个光接收器（220），与所述光发射器（210）一一对应设置，且所述光接收器（220）与所述信号处理器（30）电连接，用于接收来自人眼的反射光线，并根据所述反射光线获取所述光学信号数据。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的3D显示方法，其特征在于，所述图像处理设备（40）包括：

数据存储模块，与所述显示窗口（110）电连接，用于存储所述聚焦图像；

图像传输模块，分别与所述定位单元和所述数据存储模块电连接，用于接收所述定位信号并将所述聚焦图像调送至所述显示窗口（110）。

5.根据权利要求1所述的3D显示方法，其特征在于，所述显示窗口（110）选自LCD、LED、OLED、Micro LED和Micro OLED中的任一种。

6.根据权利要求1所述的3D显示方法，其特征在于，所述光学结构层（120）包括透明基板以及设置于所述透明基板上的微结构层。

7.根据权利要求6所述的3D显示方法，其特征在于，所述微结构层为液晶透镜阵列或固定光学结构阵列，其中，所述液晶透镜阵列包括多个液晶透镜和驱动单元，所述驱动单元用于驱动各所述液晶透镜在透镜状态和非透镜状态之间切换。

8.根据权利要求6所述的3D显示方法，其特征在于，所述微结构层为液晶透镜阵列，所述3D显示装置还包括：

图像传感器，与所述显示窗口（110）电连接，用于将所述聚焦图像转换为电信号，并输出所述电信号作为图像信号；

存储器，用于存储实现所述液晶透镜控制和图像处理的程序指令；

图像处理控制器，分别与所述图像传感器、所述存储器和所述液晶透镜阵列电连接，用于根据所述图像信号调用所述程序指令以控制所述液晶透镜阵列的焦距。

9.根据权利要求2所述的3D显示方法，其特征在于，所述3D显示装置还包括框架主体，所述显示窗口（110）、所述定位单元和所述图像处理设备（40）设置于所述框架主体上。

10.根据权利要求9所述的3D显示方法，其特征在于，所述框架主体为眼镜架，所述眼镜架包括眼镜框以及与所述镜框连接的眼镜脚，所述显示窗口（110）设置于眼镜框上，所述光学结构层（120）设置于所述显示窗口（110）的内表面，所述定位传感器（20）设置于所述眼镜框的内表面上或所述光学结构层（120）远离所述显示窗口（110）的一侧，所述信号处理器（30）和所述图像处理设备（40）分别设置于所述眼镜脚上。

11.根据权利要求1所述的3D显示方法，其特征在于，所述定位单元包括定位传感器（20）和信号处理器（30），所述定位传感器（20）包括n个一一对应设置的光发射器（210）和光接收器（220），所述显示窗口（110）具有n个与所述光接收器（220）一一对应的显示区域，所述步骤S1包括：

通过人眼观察任意所述显示区域，并利用各所述光发射器（210）以不同的间隔频率向人眼发送相同波段的光线；

使各所述光接收器（220）分别接收被人眼反射的具有不同间隔频率的反射光线，以获取不同间隔频率下的第二光强信息，并根据所述第二光强信息判断人眼所观察的所述显示区域，以获取与所述显示区域的光学信号数据；以及

使所述信号处理器（30）根据所述光学信号数据发送所述定位信号。

12.根据权利要求1所述的3D显示方法，其特征在于，所述显示窗口（110）具有用于显示所述2D图像的多个图像元，在所述步骤S2中，至少一个所述图像元显示所述聚焦区域，其余的所述图像元显示所述模糊区域，所述步骤S3还包括：

在将所述聚焦区域与所述模糊区域进行分层处理的过程中，利用所述光学结构层（120）将各所述图像元对应的所述模糊区域根据模糊程度进行分层处理，且各所述模糊区域的模糊程度沿远离所述聚焦区域的方向依次递增。