CN108469716A - 一种短焦距偏振光投影方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及短焦投影成像领域，提供一种短焦距偏振光投影方法，用于解决较小空间内的三维投影的成像问题。本发明提供的一种短焦距偏振光投影方法，包括以下步骤：（1）、输出图像，生成两路光学图像，分别为第一光路和第二光路；（2）、偏振处理，第一光路和第二光路分别偏振处理；（3）、反射处理，两路光学图像经过同一个反射面发生反射；（4）、图像对齐，调整两路光学图像的位置，重合为一个画面。图像经偏振后产生视角不同的影像，影像在传播的路径上被反射到桌面或投影布上，经过图像重合处理即可获得3维投影图像，通过反射原理对光路进行距离补偿，可以较小的空间，比如教室内实现三维投影。
Description
技术领域
本发明涉及短焦投影成像领域，具体涉及一种短焦距偏振光投影方法。
背景技术
Reald 3D技术的本质是利用显示设备高速的刷新，循环显示左右眼画面，再通过偏振镜片使得左右眼只识别属于自己的画面，进而欺骗大脑达到3D显示效果。Reald 3D技术一般需要较大空间来实现，主要是由于左右视频的偏振、成像都需要一定的距离方能表现出良好的效果。将Reald 3D技术应用在较小的空间内，成像质量较差，甚至难以成像。
光的反射是光在两种物质的分界面改变传播方向又返回原来物质中的现象，通过光的反射原理，在光路传播的路径上设置反射镜可以有效的补偿或者增加光路距离，从而在较小的空间内成像。
CN103119499A涉及偏振开关元件的角灵敏度以及射线方向对性能所造成的影响。更具体地讲，描述了用于补偿液晶(LC)偏振开关的角灵敏度的、提高偏振开关的性能的设备和技术。例如，公开了变换初始偏振取向的线偏振光的偏振开关，所述偏振开关包括第一液晶盒和第二液晶盒以及位于这些LC盒之间的补偿器。所述补偿器层可操作来提高通过所述偏振开关的视场。该发明提供的短焦补偿方案较为复杂，设计了一种新式的补偿器，同时体积仍较大，无法适用短焦小体积投影的需求。
发明内容
本发明解决的技术问题为较小空间内的三维投影的成像问题，提供一种短焦距偏振光投影方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种短焦距偏振光投影方法，包括以下步骤：
（1）、输出图像，生成两路光学图像，分别为第一光路和第二光路；
（2）、偏振处理，第一光路和第二光路分别在第一和第二偏振面进行偏振处理；
（3）、反射处理，两路光学图像经过同一个反射面发生反射；
（4）、图像对齐，调整两路光学图像的位置，重合为一个画面。
生成的图像经偏振后产生视角不同的影像，影像在传播的路径上被反射到桌面或投影布上，经过图像重合处理即可获得3维投影图像。
通过反射原理对光路进行距离补偿，可以较小的空间，比如教室内实现三维投影。
图像对齐可以通过对光路光源位置和偏振片的位置的调整来实现。
优选地，所述的输出图像步骤输出的图像分辨率为1280×720。720P的图像可以清晰的展示图像细节，同时减少设备投资。
优选地，所述的偏振处理步骤中，所述的第一偏振面同第一光路中轴线的夹角为-90~90°，所述的第二偏振面同第二光路中轴线的夹角为-90~90°。偏振处理由偏振片实现，两块偏振片之间距离与两路光学图像的产生光源之间的间距密切相关，控制偏振片之间的间距可以有效减少两路图像投影到投影布上时分离的距离。
优选地，所述的反射处理步骤中第一光路的反射角为5°~90°，所述的第二光路的反射角为10°~90°，所述的第一光路和第二光路反射的法线同竖直方向的夹角为-15°~15°，所述的第一和第二偏振面分别同第一和第二光路的传播方向垂直。反射角的角度对图像质量影响较大，通过调整光线在反射装置上的位置，来实现清晰的图像；反射角的实现是通过调整入射角的角度实现的，入射角可以通过调整光路产生光源之间的间距实现；调整反射面同水平面的夹角可以调整发现同竖直方向的夹角。
优选地，所述的反射处理步骤中第一光路的反射角为6°~40°，所述的第二光路的反射角为5°~38°，所述的第一光路和第二光路反射的法线同竖直方向的夹角为0°，所述的第一光路和第二光路的中轴线在同一竖直面内。反射面水平时，第一光路在反射面靠近第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为6°，第一光路在反射面远离第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为40°；第二光路在反射面靠近第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为5°，第二光路在反射面远离第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为40°，第一光路和第二光路的其余光线的入射角或反射角在上述角度范围内逐渐变化。
优选地，所述的反射处理步骤中第一光路的反射角为21°~51°，所述的第二光路的反射角为20°~47°，所述的第一光路和第二光路反射的法线同竖直方向的夹角为15°。反射面水平同水平面成15°角时，第一光路在反射面靠近第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为21°，第一光路在反射面远离第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为51°；第二光路在反射面靠近第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为20°，第二光路在反射面远离第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为47°，第一光路和第二光路的其余光线的入射角或反射角在上述角度范围内逐渐变化。
优选地，所述的图像重合步骤中第一光路和第二光路的图像经过反射后的尺寸为18英寸。本方法可用于短焦小尺寸的3D画面成像，因此，形成的图像不宜过大，18英寸的图像为较优的图像尺寸。
优选地，所述的重合的画面中心同反射面中心在竖直方向的距离为0~30cm，所述的第一偏振面中心和第二偏振面中心的连线同发射面中心的水平方向的距离为50~65mm。图像距离图像产生光源的距离控制在上述范围内可以得到清晰的图像；高度是本方法优化的重点，传统方法中，3D成像装置的体积较大，在不超过25mm的高度限制下，传统的成像方法无法获得图像，但是通过本方法中反射装置的应用，可以有效的将反射装置的最低点的高度限制在25mm以内，整体的高度限制在30mm内，有效的降低了本方法对应装置的体积和高度。
优选地，所述的重合的画面同第一光路的反射点之间在竖直方向的距离为25cm，所述的第一偏振面中心和第二偏振面中心的连线同反射面中心的水平方向的距离为60~65mm。在反射装置水平时，反射面的高度为25cm，反射面的中心同水平方向的距离也确定了反射面的基本尺寸。
优选地，所述的重合的画面同第一光路的反射点之间在竖直方向的距离为25~26cm，所述的第一偏振面中心和第二偏振面中心的连线同反射面中心的水平方向的距离为55~60mm。在反射装置上折时，反射面的高度为略大于25cm，约25.6cm，反射面的中心同水平方向的距离也确定了反射面的基本尺寸。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：图像经偏振后产生视角不同的影像，影像在传播的路径上被反射到桌面或投影布上，经过图像重合处理即可获得3维投影图像，通过反射原理对光路进行距离补偿，可以较小的空间，比如教室内实现三维投影。
附图说明
图1为一种短焦距偏振光投影方法的示意图。
具体实施方式
以下实施列是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1
一种短焦距偏振光投影方法，包括以下步骤：
（1）、输出图像，生成两路光学图像，分别为第一光路和第二光路；
（2）、偏振处理，第一光路和第二光路分别在第一和第二偏振面进行偏振处理；
（3）、反射处理，两路光学图像经过同一个反射面发生反射；
（4）、图像对齐，调整两路光学图像的位置，重合为一个画面。所述的输出图像步骤输出的图像分辨率为1280×720。所述的偏振处理步骤中第一光路在第一偏振面发生偏振，第二光路在第二偏振面发生偏振，所述的第一偏振面同水平面的夹角为23°，所述的第二偏振面同水平面的夹角为21°。所述的反射处理步骤中第一光路的反射角为6°~40°，所述的第二光路的反射角为5°~38°，所述的第一光路和第二光路反射的法线同竖直方向的夹角为0°。所述的重合的画面同第一光路的反射点之间在竖直方向的距离为25cm，所述的第一偏振面中心和第二偏振面中心的连线同反射面中心的水平方向的距离为60~65mm ，60.7mm。图像对齐可以通过对光路光源位置和偏振片的位置的调整来实现。所述的第一光路的中轴线和第二光路的中轴线在同一竖直面内。
生成的图像经偏振后产生视角不同的影像，影像在传播的路径上被反射到桌面或投影布上，经过图像重合处理即可获得3维投影图像。
通过反射原理对光路进行距离补偿，可以较小的空间，比如教室内实现三维投影。720P的图像可以清晰的展示图像细节，同时减少设备投资。反射角的角度对图像质量影响较大，通过调整光线在反射装置上的位置，来实现清晰的图像；反射角的实现是通过调整入射角的角度实现的，入射角可以通过调整光路产生光源之间的间距实现；调整反射面同水平面的夹角可以调整发现同竖直方向的夹角。反射面水平时，第一光路在反射面靠近第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为6°，第一光路在反射面远离第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为40°；第二光路在反射面靠近第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为5°，第二光路在反射面远离第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为40°，第一光路和第二光路的其余光线的入射角或反射角在上述角度范围内逐渐变化。在反射装置水平时，反射面的高度为25cm，反射面的中心同水平方向的距离也确定了反射面的基本尺寸。
实施例2
一种短焦距偏振光投影方法，包括以下步骤：
（1）、输出图像，生成两路光学图像，分别为第一光路和第二光路；
（2）、偏振处理，第一光路和第二光路分别在第一和第二偏振面进行偏振处理；
（3）、反射处理，两路光学图像经过同一个反射面发生反射；
（4）、图像对齐，调整两路光学图像的位置，重合为一个画面。所述的输出图像步骤输出的图像分辨率为1280×720。所述的偏振处理步骤中第一光路在第一偏振面发生偏振，第二光路在第二偏振面发生偏振，所述的第一偏振面同水平面的夹角为21°，所述的第二偏振面同水平面的夹角为16°。所述的反射处理步骤中第一光路的反射角为21°~51°，所述的第二光路的反射角为20°~47°，所述的第一光路和第二光路反射的法线同竖直方向的夹角为15°。所述的重合的画面同第一光路的反射点之间在竖直方向的距离为25~26cm，，所述的第一偏振面中心和第二偏振面中心的连线同反射面中心的水平方向的距离为55~60mm，58.7mm。
反射面水平同水平面成15°角时，第一光路在反射面靠近第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为21°，第一光路在反射面远离第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为51°；第二光路在反射面靠近第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为20°，第二光路在反射面远离第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为47°，第一光路和第二光路的其余光线的入射角或反射角在上述角度范围内逐渐变化。在反射装置上折时，反射面的高度为略大于25cm，反射面的中心同水平方向的距离也确定了反射面的基本尺寸。
实施例3
一种短焦距偏振光投影方法，包括以下步骤：
（1）、输出图像，生成两路光学图像，分别为第一光路和第二光路；
（2）、偏振处理，第一光路和第二光路分别在第一和第二偏振面进行偏振处理；
（3）、反射处理，两路光学图像经过同一个反射面发生反射；
（4）、图像对齐，调整两路光学图像的位置，重合为一个画面。所述的输出图像步骤输出的图像分辨率为1280×720。所述的偏振处理步骤中第一光路在第一偏振面发生偏振，第二光路在第二偏振面发生偏振，所述的第一偏振面同水平面的夹角为27°，所述的第二偏振面同水平面的夹角为22°。所述的反射处理步骤中第一光路的反射角为9°~33°，所述的第二光路的反射角为15°~23°，所述的第一光路和第二光路反射的法线同竖直方向的夹角为-15°。所述的第一偏振面中心和第二偏振面中心的连线同反射面中心的水平方向的距离为55~60mm，58.6mm。
反射面水平同水平面成-15°角时，第一光路在反射面靠近第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为9°，第一光路在反射面远离第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为33°；第二光路在反射面靠近第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为15°，第二光路在反射面远离第二光路光源的一端形成的入射角或反射角为23°，第一光路和第二光路的其余光线的入射角或反射角在上述角度范围内逐渐变化。在反射装置下折时，反射面的高度为略小于25cm，22.5cm，反射面的中心同水平方向的距离也确定了反射面的基本尺寸。
实验例1
通过分析成像质量来优化反射面同水平面的夹角，从而确定较优的反射装置的安装位置，具体数据如下。
表 1反射面与水平面夹角同成像质量的关系
| 第一夹角 | 第二夹角 | 成像情况 | |
| 实施例1 | 67° | 69° | 18英寸清晰 |
| 实施例2 | 69° | 74° | >18英寸模糊 |
| 实施例3 | 63° | 68° | <18英寸模糊 |
第一夹角为第一光路的中轴线同水平面的夹角，第二夹角为第二光路的中轴线同水平面的夹角
实施例1~3中光路光源的位置并未发生改变，但其实施例2和三同水平面的夹角因为反射面的转动而发生了改变，这是为了将光源产生的全部画面投影到反射面上进而投影形成图像上，实施例2反射面为上折，实施例3为下折。
从表1可以看出，在保证全部画面投影到反射面的情况下，实施例1有着较好的成像质量和成像尺寸，实施例2和3由于反射面的转动导致了成像质量的下降，实施例3中的第一光路在反射面靠近第一光路光源的一端形成的入射角或反射角为9°，此处的反射光线同第一光路在反射面远离第一光路光源的一端形成的反射光线的传播方向是相反的，因此会有部分光线向靠近光源的部分照射，成像质量进一步下降，同因此，光路光源的位置一定时，反射面尽量水平或向上折，水平放置的反射面是较优的方案。
实验例2
通过分析成像质量来优化反射面到基准面的距离，从而确定较优的光路光源位置，具体数据如下。
表 2反射面高度同成像质量的关系
| 高度 | 成像质量 |
| 25cm | 18英寸清晰 |
| 20cm | 13英寸较清晰 |
20cm同25cm相比，在于其高度下降了5cm，因此其第一偏振面同水平面的夹角为32°，所述的第二偏振面同水平面的夹角为25°，。在不大于25cm的高度范围内，本发明可以调整偏振面也就是光路光源同水平面的夹角获得清晰的图像。
实验例3
偏振面同光路中轴线的夹角随着光路光源的位置变化而变化，同时成像效果也随之变化，具体数据见下表。
表 3偏振面同光路中轴线的夹角与成像质量的关系
| 角度 | 成像质量 |
| 90° | 清晰 |
| 45° | 较暗 |
| 0° | 模糊 |
| -45° | 较暗 |
| -90° | 清晰 |
实验例4
光路同水平面的夹角随着光源的位置变化而变化，同时成像尺寸也随之变化，具体数据见下表。
表 5光源高度与同成像尺寸的关系
| 高度 | 第一夹角 | 第二夹角 | 成像尺寸 |
| 0 | 74° | 77° | 24英寸 |
| 5cm | 72 | 74° | 21英寸 |
| 9cm | 67° | 69° | 18英寸 |
| 10cm | 66° | 68° | 17英寸 |
| 15cm | 55° | 58° | 14英寸 |
| 20cm | 46° | 49° | 12英寸 |
| 24cm | 25° | 31° | 8英寸 |
表5中高度为光机的两个偏振片连接线中心同支撑柱底部的距离，第一夹角为第一光路中轴线同水平面的夹角，第二夹角为第二光路中轴线同水平面的夹角。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、输出图像，生成两路光学图像，分别为第一光路和第二光路；
（2）、偏振处理，第一光路和第二光路分别在第一和第二偏振面进行偏振处理；
（3）、反射处理，两路光学图像经过同一个反射面发生反射；
（4）、图像对齐，调整两路光学图像的位置，重合为一个画面。
2.根据权利要求1所述的一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，所述的输出图像步骤输出的图像分辨率为1280×720。
3.根据权利要求1所述的一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，所述的偏振处理步骤中，所述的第一偏振面同第一光路中轴线的夹角为-90~90°，所述的第二偏振面同第二光路中轴线的夹角为-90~90°。
4.根据权利要求1所述的一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，所述的反射处理步骤中第一光路的反射角为5°~90°，所述的第二光路的反射角为10°~90°，所述的第一光路和第二光路反射的法线同竖直方向的夹角为-15°~15°，所述的第一和第二偏振面分别同第一和第二光路的传播方向垂直。
5.根据权利要求4所述的一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，所述的反射处理步骤中第一光路的反射角为6°~40°，所述的第二光路的反射角为5°~38°，所述的第一光路和第二光路反射的法线同竖直方向的夹角为0°，所述的第一光路和第二光路的中轴线在同一竖直面内。
6.根据权利要求4所述的一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，所述的反射处理步骤中第一光路的反射角为21°~51°，所述的第二光路的反射角为20°~47°，所述的第一光路和第二光路反射的法线同竖直方向的夹角为15°。
7.根据权利要求1所述的一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，所述的图像重合步骤中第一光路和第二光路的图像经过反射后的尺寸为18英寸。
8.根据权利要求1所述的一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，所述的重合的画面中心同反射面中心在竖直方向的距离为0~30cm，所述的第一偏振面中心和第二偏振面中心的连线同发射面中心的水平方向的距离为50~65mm。
9.根据权利要求5或8所述的一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，所述的重合的画面同第一光路的反射点之间在竖直方向的距离为25cm，所述的第一偏振面中心和第二偏振面中心的连线同反射面中心的水平方向的距离为60~65mm。
10.根据权利要求6或8所述的一种短焦距偏振光投影方法，其特征在于，所述的重合的画面同第一光路的反射点之间在竖直方向的距离为25~26cm，，所述的第一偏振面中心和第二偏振面中心的连线同反射面中心的水平方向的距离为55~60mm。
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