CN108572460B - 图像显示系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种图像显示系统，包括：至少一个第一投射单元，用于向第一平面投射N个图像的光线，以使该N个图像的光线投射在第一平面上的N个第一区域，该N个图像是基于N个角度拍摄的目标景物的图像，N≥2；至少一个第一偏折单元，配置在该第一平面，用于对投射至第一区域的图像的光线进行偏折处理，以使该N个图像的光线汇集在公共显示区域内，从而，能够使三维图像的呈现符合人眼观看习惯。

Description

图像显示系统
技术领域
本申请涉及图像处理领域，并且更具体地，涉及图像显示系统。
背景技术
在传统的图像展示方式中，展示的手段无非是静态的平面图片和动态视频。静态图片只能提供场景的某一角度图像，即使是广角镜头，也不能有效全面的对场景进行表现；而动态视频虽然可以让用户对场景有全面的了解，可图像视角依然有限，观看方式取决于拍摄者的拍摄方式，并不自由。
随着科学技术的飞速发展，多媒体图像(例如，视频或图片)所包含的种类也越来越多，所能表现的效果也越来越多，而上述传统的表现方式也越来越无法满足用户对于展示方式的要求。
作为下一代新型显示技术，可以完整展示事物的三维立体显示已成为业界大力发展的方向。目前，较为成熟的三维显示技术有分光立体显示，即，基于双目视差原理，实现立体显示。
但是，该分光立体显示是利用认为制造视差构造的三维图像，对观看者的脑力负担较大，不适宜长时间观看，难以广泛引用。
希望提供一种技术，能够使三维图像的呈现符合人眼观看习惯。
发明内容
本申请提供一种图像显示系统，能够使三维图像的呈现符合人眼观看习惯。
本申请的图像显示系统包括：至少一个第一投射单元，用于向第一平面投射N个图像的光线，以使该N个图像的光线投射在第一平面上的N个第一区域，该N个图像是基于N个角度拍摄的目标景物的图像，N≥2；至少一个第一偏折单元，配置在该第一平面，用于对投射至第一区域的图像的光线进行偏折处理，以使该N个图像的光线汇集在公共显示区域内。
可选地，该N个第一区域与该N个图像一一对应，该N个图像与该N个角度一一对应。
可选地，该公共显示区域位于第二平面内，该第二平面与该第一平面平行或近似平行。
可选地，该公共显示区域的范围小于预设的范围阈值，其中，该范围阈值是根据所述第一投射单元所呈现的图像的范围确定的。
可选地，该公共显示区域的范围小于等于该第一投射单元包括的显示单元的显示区域的范围，该显示单元用于显示图像。
根据本申请的图像显示系统，通过获取同一目标景物的N个不同角度的图像，并经由第一偏折单元将该N个图像投射至公共显示区域，能够使观看者，在该公共显示区域观看到目标景物的不同角度的图像，从而实现对该目标景物的多角度展示，进而实现三维图像的呈现，由于不使用分光立体显示方式，能够使三维图像的呈现符合人眼观看习惯。
可选地，该第一偏折单元为N个，该N个第一偏折单元与该N个第一区域一一对应，第一偏折单元i配置第一区域i，第一偏折单元i用于将来自第一区域i的图像i的光线偏折后射出，该图像i与该第一区域i相对应，i∈[1，N]。
可选地，该N个第一偏折单元使光线偏折的角度相同，或者，该N个第一偏折单元所进行的偏折处理的偏折角度相同，或者，该N个第一偏折单元的入射角和出射角的差值相同，或者，该N个第一偏折单元的入射光和出射光之间的夹角相同。
根据本申请的图像显示系统，通过将N个第一偏折单元位于同一平面或近似同一平面，能够使该N个第一偏折单元使光线偏折的角度相同，从而，能够便于本申请的图像显示系统的制造，提高本申请的图像显示系统的实用性。
可选地，该第一偏折单元为1个。
可选地，该N个第一偏折单元中的第一投射单元i包括显示单元，第一投射单元i的显示单元用于呈现该N个图像中的图像i，i∈[1，N]。
可选地，该N个第一偏折单元中的第一投射单元i包括缩放单元，第一投射单元i包括缩放单元用于对该第一投射单元i的显示单元用于呈现该图像i进行放大或缩小，i∈[1，N]。
可选地，该第一投射单元具体用于朝第一方向投射光线，该第一方向与该第一平面垂直或近似垂直。
可选地，各第一偏折单元的光轴交汇于位置O，或者，经过第一偏折单元变更的各第一投影单元的光轴交汇于位置O。
可选地，所述N个第一偏折单元配置在所述第一平面的第一弧形区域内，以及该交汇位置O在该第一平面上的投影位于该第一弧形区域的圆心。
根据本申请的图像显示系统，通过N个显示单元(例如，显示器)呈现同一目标景物的N个不同角度的图像，并且，通过设置第一偏折单元，将各图像的光线汇集在公共显示区域，能够使观看者在该公共显示区域观看到该目标景物的N个角度的图像，并且，无需在公共显示区域另外配置投影屏等显示器件，另外，通过设置该第一偏折单元，能够实现该N个显示单元投射图像光线的方向平行或近似平行，或者说，能够实现该N个显示单元的显示面的朝向一致，从而，能够便于本申请的图像显示系统的制造，提高本申请的图像显示系统的实用性。
可选地，第一偏折单元i与第一投射单元i的显示单元之间的距离d是根据第一偏折单元i与第一投射单元i的缩放单元之间的距离L2、第一投射单元i的缩放单元的焦距f和该交汇位置O与第一偏折单元i之间的距离L1确定的，其中，第一偏折单元i配置第一区域i，第一偏折单元i用于将来自第一区域i的图像i的光线偏折后射出，该图像i与该第一区域i相对应，第一投射单元i用于投射图像i的光线，i∈[1，N]。
可选地，该第一投射单元为1个，该一个第一投射单元用于在N个时段投射该N个图像，该N个时段与该N个图像一一对应，该显示单元具体用于在时段i呈现该N个图像中的图像i，i∈[1，N]；该第一投射单元还包括扫描单元，用于在时段i接收图像i的光线，并将图像i的光线投射至第一区域i。
可选地，该扫描单元包括光路变更单元和旋转反射单元，其中该光路变更单元用于在时段i接收该放缩单元发出的图像i的光线，并将该图像i的光线投射至该旋转反射单元；该旋转反射单元用于在时段i将图像i的光线投射至第一区域i。
可选地，该缩放单元为透镜，以及该旋转反射单元的尺寸是根据该旋转反射单元与该缩放单元之间在该透镜的主光轴方向上的距离确定的。
根据本申请的图像显示系统，通过一个显示单元(例如，显示器)在N个时段呈现同一目标景物的N个不同角度的图像，并且，通过设置第一偏折单元，将各图像的光线汇集在公共显示区域，能够使观看者在该公共显示区域观看到该目标景物的N个角度的图像，并且，无需在公共显示区域另外配置投影屏等显示器件，另外，当配置缩放单元(例如，透镜)对该N个角度的图像进行放大或缩小时，通过缩小该旋转反射单元与该缩放单元之间在该透镜的主光轴方向上的距离，能够减小该旋转反射单元的尺寸，从而，能够便于本申请的图像显示系统的制造，减小本申请的图像显示系统的配置空间，提高本申请的图像显示系统的实用性。
可选地，该图像显示系统还包括：至少一个第二投射单元，用于向第三平面投射该M个图像的光线，以使该M个图像的光线投射在第三平面上的M个第二区域，该M个图像是基于M个角度拍摄的该目标景物的图像，该M个第二区域与该M个图像一一对应，该M个图像与该M个角度一一对应，M≥2，该第二弧形区域的轴心与该第一弧形区域的轴心相同，该第三平面与该第一平面平行；至少一个第二偏折单元，配置在该第三平面，用于对投射至各第二区域的图像的光线进行偏折处理，以使该M个图像的光线投射并汇集在该公共显示区域内。
可选地，各第一偏折单元的光轴交汇于位置O，或者，经过第一偏折单元变更的各第一投影单元的光轴交汇于位置O，且各第二偏折单元的光轴交汇于位置O，或者，经过第二偏折单元变更的各第二投影单元的光轴交汇于位置O。
可选地，该第一平面与该第三平面相同，以及该第二偏折单元所进行的偏折处理的偏折角度φ是根据该第一偏折单元所进行的偏折处理的偏折的角度θ、该第一环形区域的半径R1、该第二环形区域的半径R2和该交汇位置O与该第一平面之间的距离D确定的。
根据本申请的图像显示系统，通过设置第二投射单元，并通过该第二投射单元向位于第一区域的内侧或外侧的第二区域投射该目标景物的M个图像，并通过第二偏折单元将M个图像的光线汇集至公共显示区域，能够扩大观看视角(例如，垂直视角)，改善用户体验，提高本申请的图像显示系统的实用性。
可选地，交汇位置O与该第一区域之间的距离L1、该第一平面与该第一投射单元的显示单元之间的距离L2、交汇位置O与该第二区域之间的距离L3、该第三平面与该第二投射单元的显示单元之间的距离L4满足：L1+L2＝L3+L4。
从而，能够使由第一投射单元和第一偏折单元形成的像与由第二投射单元和第二偏折单元形成的像具有相同的放大(或缩小)倍率。
附图说明
图1是本发明实施例的图像显示系统的示意性结构图。
图2是本发明实施例的第一投射单元的示意性结构图。
图3是本发明实施例的图像显示系统的一例的示意性立体图。
图4是本发明实施例的图像显示系统的一例的示意性俯视图。
图5是本发明实施例的图像显示系统的一例的光路示意图。
图6是本发明实施例的图像显示系统的另一例的光路示意图。
图7是本发明实施例的图像显示系统的再一例的光路示意图。
图8是本发明实施例的图像显示系统的再一例的光路示意图。
图9是本发明实施例的旋转反射单元的示意图。
图10是本发明实施例的第一偏折单元的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
图1是本发明实施例的图像显示系统100的示意性结构图，如图1所示，该图像显示系统100包括：
至少一个第一投射单元112，用于向第一平面投射N个图像的光线，以使该N个图像的光线投射在第一平面上的第一弧形区域上的N个第一区域，该N个图像是基于N个角度拍摄的目标景物的图像，该N个第一区域与该N个图像一一对应，该N个图像与该N个角度一一对应，N≥2；
第一偏折单元122，配置在该第一平面，用于对投射至各第一区域的图像的光线进行偏折处理，以使该N个图像的光线投射并汇集在第二平面内的公共显示区域内。
下面，对本发明实施例的图像显示系统100包括的各部件(或者说，模块)的功能进行说明。
在本发明实施例中，至少一个第一投射单元112于呈现目标景物的N个角度的图像(即，N个图像的一例)。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，该N个角度的图像可以来自于目标景物(或者说，物体)的例如，360度像。或者说，在本发明实施例中，目标景物的360度像可以被分解为该N个角度的图像，从而，该N个角度的图像的无缝拼接就可以构成目标景物的一个360度的全方位的成像。
例如，该N个图像中的图像i可以是在角度(或者说，视角)i方向上拍摄的目标景物的图像，i∈[1，N]。
应理解，以上列举的该N个角度的图像的具体来源仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，该N个角度的图像也可以来自于目标景物的其他度数的像。
在本发明实施例中，该至少一个第一投射单元112还用于将该N个角度的图像投射至至少一个第一偏折单元122的配置平面(即，第一平面的一例)，具体地说，该至少一个第一投射单元112具体用于将该N个角度的图像投射至第一平面上的N个第一区域。
在本发明实施例中，该N个第一区域可以成环形分布，或者说，该N个第一区域可以分布在第一环形区域。
另外，在本发明实施例中，至少一个第一偏折单元122用于对射入该N个第一区域的光线(即，该N个角度的图像的光线)进行光路变更(例如，折射或偏折)，以使偏折后的该N个角度的图像的光线汇集在公共显示区域，由此，N个图像最终在公共显示区域形成目标景物的X(例如，360)度像。从而，观看者在从不同角度观察公共显示区域时，能够观察到该N个角度的图像。从而实现对该目标景物的多角度展示。
下面，对本发明实施例的图像显示系统100的配置结构进行说明。
在本发明实施例中，至少一个第一投射单元112的数量可以为N个，每个第一投射单元112可以包括显示单元114，从而，能够通过该N第一投射单元112同时呈现该目标景物的N个角度的图像(即，结构1)，或者，至少一个第一投射单元112的数量可以为一个，该一个第一投射单元112可以包括显示单元114，该显示单元114能够在不同时段显示不同的图像，从而，能够通过该第一投射单元112在N个时段呈现该目标景物的N个角度的图像(即，结构2)。下面，分别对以上两种结构进行详细说明。
结构1
可选地，该第一偏折单元为N个，第一偏折单元i配置在第一区域i，第一偏折单元i用于对投射至第一区域i的图像i的光线进行偏折处理，i∈[1，N]。
图3是本发明实施例的图像显示系统100的一例的示意性立体图，如图3所示，该图像显示系统100可以包括N个第一投射单元112，并且，每个第一投射单元112包括一个显示单元114，即，在本发明实施例中，该图像显示系统100可以包括N个显示单元114。
需要说明的是，在本发明实施例中，“显示单元”也可以称为像元。并且，作为实例而非限定，在本发明实施例中，可以采用显示器或显示屏作为显示单元114。
另外，在本发明实施例中，设图像显示系统100需要呈现的目标景物的度数为X(例如，360)度像，设视角采样间距为α度，则构成该X度像所需要的显示单元114(或者说，第一投射单元112)个数N与α的关系可以表达为：
N＝X
α
即，在本发明实施例中，该N个显示单元114呈现的N个图像能够通过拼接(例如，无缝拼接)的方式形成目标景物的X(例如，360)度像。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，N个显示单元114可以配置于第四平面上，并且，作为示例而非限定，该第四平面可以为与水平面(或者说，垂直于重力方向的平面)平行的平面。
需要说明的是，以上列举的N个显示单元114的配置方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，N个显示单元114可以配置在不同的平面上，并且，配置有显示单元114的平面可以平行也可以不平行，本发明实施例并未特别限定。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，每个显示单元114以显示面朝向第一方向的方式放置，或者说，每个显示单元114可以朝第一方向投射光线。并且，作为示例而非限定，该第一方向可以为竖直向上方向(或者说，重力方向的逆方向)。即，在本发明实施例中，显示单元114的光轴的延伸方向在未经过第一偏折单元122变更之前可以是该第一方向。
需要说明的是，以上列举的N个显示单元114的显示面的朝向方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，N个显示单元114可以配置为朝向不同的方向，本发明实施例并未特别限定。
并且，在本发明实施例中，N个显示单元114可以成弧形排列成一个X(例如，360)度的圆弧。需要说明的是，当X＝360时，该N个显示单元114可以具体配置在第四平面上的圆环区域上。
需要说明的是，以上列举的N个显示单元114的排列方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，N个显示单元114可以成任意形状排列，只要能够经过后述光线偏折单元将N个图像汇聚在公共显示区域即可，本发明实施例并未特别限定。
为了便于理解和说明，在以下说明中，将通过该圆弧的中心(或者说，该圆弧所在的圆的圆心)且与该第四平面垂直的直线成为与像元阵列平面垂直的直线称为图像显示系统100的轴线。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，如图2所示，每个第一投射单元112包括一个缩放单元116，即，在本发明实施例中，该图像显示系统100可以包括N个缩放单元116。
需要说明的是，在本发明实施例中，“缩放单元”也可以称为投影镜。并且，作为实例而非限定，在本发明实施例中，可以采用透镜作为缩放单元116。
其中，该N个缩放单元116与该N个显示单元114一一对应，并且，每个缩放单元116用于对所对应的显示单元114显示的图像进行放大或缩小。
即，如果该缩放单元116_i与显示单元114_i对应，并且，该显示单元114_i用于呈现图像i，其中，i∈[1，N]，则该缩放单元116_i用于对该图像i进行放大或缩小。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，N个缩放单元116可以配置于第五平面上，并且，该第五平面可以为与水平面(或者说，垂直于重力方向的平面)平行的平面。即，该第五平面与该第四平面平行或近似平行。
需要说明的是，以上列举的N个缩放单元116的配置方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，N个缩放单元116可以配置在不同的平面上，并且，配置有N个缩放单元116的平面可以平行也可以不平行，本发明实施例并未特别限定。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，每个缩放单元116可以位于所对应的每个显示单元114的竖直上方。从而，N个缩放单元116可以成弧形排列成一个X(例如，360)度的圆弧。需要说明的是，当X＝360时，该N个缩放单元116可以具体配置在第五平面上的圆环区域上。
即，作为示例而非限定，在本发明实施例中，显示单元114_i呈现的图像i的光线可以被朝竖直上方投射，并被投射至缩放单元116_i，从而，图像i被缩放单元116_i放大或缩小，并且，缩放单元116_i将放大或缩小后的图像i的光线朝第二方向射出。作为示例而非限定，该第二方向可以与第一方向平行或近似平行。
即，在本发明实施例中，缩放单元116_i的光轴的延伸方向可以与显示单元114_i的光轴的延伸方向相同，并且，缩放单元116的光轴的延伸方向在未经过第一偏折单元122变更之前可以是延第一方向延伸。
需要说明的是，以上列举的缩放单元116_i相对于显示单元114_i的配置位置仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，可以根据缩放单元116_i的显示面的朝向来调整显示单元114_i的配置位置，例如，可以使缩放单元116_i在图像i的光线的投射方向上位于显示单元114_i的下游位置。
在位于第一投射单元112(具体的说，是缩放单元116)的上方的第一平面内，配置有第一偏折单元122。
另外，在本发明实施例中，至少一个第一偏折单元也可以称为“成像拼接系统”。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，如图3所示，该第一偏折单元122的数量可以为N个。
需要说明的是，在本发明实施例中，“偏折单元”也可以称为光线偏折单元(LightDirection Turning Element，LDTE)。并且，作为实例而非限定，在本发明实施例中，可以采用棱镜作为第一偏折单元122。
其中，该N个第一偏折单元122与该N个第一投射单元112(包括N个显示单元114和N个缩放单元116)一一对应，并且，每个第一偏折单元122用于对所对应的第一投射单元112投射图像的光线进行偏折(或者说，光路变更)。
即，如果该第一偏折单元122_i与第一投射单元112_i(或者说，显示单元114_i或缩放单元116_i)对应，并且，该第一投射单元112_i用于呈现图像i并投射图像i的光线，其中，i∈[1，N]，则该第一偏折单元122_i用于对该图像i的光线进行偏折。
并且，如图2所示，该第一偏折单元122_i具体用于对该图像i的光线进行偏折，以使该图像i的光线投射至第二平面内的公共显示区域。即，在本发明实施例中，各第一偏折单元122投射的该N个图像的光线汇集在该公共显示区域。
在本发明实施例中，该公共显示区域可以是N个图像拼接成像的区域。即，在本发明实施例中，该公共显示区域的范围小于或等于预设的范围阈值，以已使经过各第一偏折单元122偏折后的各图像的光线能够汇集并拼接成像。其中，该预设的范围阈值可以根据上述显示单元的显示区域的范围确定，例如，该预设的范围阈值可以等于显示区域的范围。即，在本发明实施例中，公共显示区域的范围可以小于或等于显示单元的显示区域的范围。
其中，该第二平面可以为与水平面(或者说，垂直于重力方向的平面)平行的平面。即，该第二平面与该第四平面平行或近似平行。
作为示例而非限定，如图3所示，该第一偏折单元122_i具体用于对该图像i的光线进行偏折，以使该图像i的光线投射至公共显示区域内的交汇位置O。即，在本发明实施例中，各第一偏折单元122投射的该N个图像的光线在该公共显示区域上。
并且，在本发明实施例中，各第一偏折单元122的光轴可以汇集于空间中的交汇位置O，即，该交汇位置O可以是上述轴线与第二平面的交点位置。或者说，在本发明实施例中，各第一偏折单元122投射的该N个图像的光线汇集在该轴线上的同一位置。
即，在本发明实施例中，缩放单元116_i的光轴(或者，显示单元114_i的光轴)的延伸方向在经过第一偏折单元122_i变更后，可以与该第一偏折单元122_i的光轴的延伸方向相同，并且，经过各第一偏折单元122变更后的各缩放单元116的光轴(或者，显示单元114_i的光轴)可以汇集于空间中的交汇位置O。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，N个第一偏折单元122可以配置于第一平面上，并且，该第一平面可以为与水平面(或者说，垂直于重力方向的平面)平行的平面。即，该第一平面与该第四平面平行或近似平行。
需要说明的是，以上列举的N个第一偏折单元122的配置方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，N个第一偏折单元122可以配置在不同的平面上，并且，配置有N个第一偏折单元122的平面可以平行也可以不平行，本发明实施例并未特别限定，只要能够使N个图像的光线汇集在该公共显示区域即可。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，每个第一偏折单元122可以位于所对应的第一投射单元112(或者说，所对应的显示单元114或所对应的缩放单元116)的竖直上方。从而，N个第一偏折单元122可以成弧形排列成一个X(例如，360)度的圆弧。需要说明的是，当X＝360时，该N个第一偏折单元122可以具体配置在第一平面上的圆环区域上。
即，作为示例而非限定，在本发明实施例中，显示单元114_i呈现的图像i的光线可以被朝竖直上方投射，并被投射至缩放单元116_i，从而，图像i被缩放单元116_i放大或缩小，并且，缩放单元116_i将放大或缩小后的图像i的光线被投射至第一偏折单元122_i，第一偏折单元122_i将光线偏折后，投射至第二平面上的公共显示区域(例如，交汇位置O)。
需要说明的是，以上列举的第一偏折单元122_i相对于显示单元114_i(或缩放单元116_i)的配置位置仅为示例性说明，本发明并未限定于此，可以根据缩放单元116_i的显示面的朝向来调整第一偏折单元122_i的配置位置，例如，可以使缩放单元116_i在图像i的光线的投射方向上位于显示单元114_i和缩放单元116_i的下游位置。
另外，在本发明实施例中，该N个第一偏折单元122使光线偏折的角度可以相同也可以不同，本发明实施例并未限定，只要能够使N个图像的光线汇集在该公共显示区域即可。
例如，当各显示单元配置于同一平面，各第一光线偏折单元配置于同一平面，并且，交汇位置O位于轴线上时，N个第一偏折单元122使光线偏折的角度可以相同。
图4是本发明实施例的图像显示系统100的一例的示意性俯视图。如图4所示，最外层的环形区域上配有第一投射单元112和第一偏折单元122。位于中心附近的交汇位置O是经第一偏折单元122偏折后的各图像的光线汇聚的区域(即，公共显示区域)。
如图4所示，在本发明实施例中，显示单元114的长度为w。并且需要利用N个像元形成X(例如，360)度像。
Figure GDA0002906817330000081
呈现二维图像的N个显示单元114按照圆弧状排列在第四平面上，N个缩放单元116按照圆弧状排列在第五平面上，N个第一偏折单元122按照圆弧状排列在第一平面上。
作为示例而非限定，例如，在本发明实施例中，当显示单元114_i的显示面朝向竖直上方时，缩放单元116_i可以位于显示单元114_i的竖直上方，第一偏折单元122_i可以位于显示单元114_i的竖直上方。
其中，上述圆弧的半径R1为：
Figure GDA0002906817330000082
设第一偏折单元122_i的偏折角度为θ，其中，在本发明实施例中，该偏折角度可以是指偏折单元所进行的偏折处理的偏折角度，或者，该偏折角度可以是指偏折单元的入射光和出射光之间的夹角，或者，该偏折角度可以是指偏折单元的入射角和出射角之间的差值。
作为示例而非限定，根据人们的观察习惯，在坐着或站着面对桌面时，一般观察视角为斜向下30～60度，因此，当显示单元向上方呈现的图像时，可以使θ为30～60度。
图5是本发明实施例的图像显示系统的一例的各部件间的位置关系的示意图。如图5所示，公共显示区域(即，成像区域，例如，交汇位置O)到第一平面(即，N个第一偏折单元122的配置平面)之间的距离D为：
Figure GDA0002906817330000083
并且，公共显示区域(即，成像区域，例如，交汇位置O)到第一偏折单元122_i之间的距离L2为：
Figure GDA0002906817330000091
设缩放单元116_i和第一偏折单元122_i之间的距离为L1，设显示单元114_i和第一偏折单元122_i之间的距离为d，设缩放单元116_i(例如，透镜)的像距(即，从透镜到成像位置之间的距离)为F，设缩放单元116_i(例如，透镜)的物距(即，从像元位置到透镜之间的距离)为G，设缩放单元116_i(例如，透镜)的焦距为f，在本发明实施例中，G＝d－L1，则为了在交汇位置O形成清晰的像，需要满足：
L2+L1＝F
并且，根据透镜成像原理可知：
Figure GDA0002906817330000092
因此，可以推出：
Figure GDA0002906817330000093
根据本发明实施例的图像呈现系统100，通过配置朝竖直上方呈现图像的N个显示单元以及偏折单元，能够在公共显示区域呈现目标物体的X度像，并且，能够容易地实现显示单元的配置，使该图像呈现系统100易于组装，并且无需配置投影屏幕，从而降低了本发明实施例的图像呈现系统100的制造成本，从而能够进一步提高本发明实施例的图像呈现系统100的实用性。
需要说明的是，在以上描述的图像呈现系统100中的第一偏折单元列122的数量为N。但是本发明实施例并未限定于此，该第一偏折单元122的数量还可以为一，该一个第一偏折单元122能够接收到N个第一投射单元112投射的N个图像的光线，并对该N个图像的光线进行偏折，以在公共显示区域形成目标景物的像。例如，该一个第一偏折单元122的尺寸可以较大，以覆盖N个第一投射单元112的位置。从而，该一个第一偏折单元122的N个部位能够分别接收到N个第一投射单元112投射的N个图像的光线。
作为实例而非限定，在本发明实施例中，图像呈现系统100还可以包括：
至少一个第二投射单元132，用于向第三平面投射该M个图像的光线，以使该M个图像的光线投射在第三平面上的第二圆环区域上的M个第二区域，该M个图像是基于M个角度拍摄的该目标景物的图像，该M个第二区域与该M个图像一一对应，该M个图像与该M个角度一一对应，M≥2，该第二圆环区域的轴心与该第一圆环区域的轴心相同，该第三平面与该第一平面平行；
至少一个第二偏折单元142，配置在该第三平面，包括至少一个第二偏折单元，用于将来自各第二区域的图像的光线偏折后射出，以使该M个图像的光线投射并汇集在该公共显示区域内。
在本发明实施例中，至少一个第二投射单元132用于呈现目标景物的M个角度的图像(即，M个图像的一例)。其中，该M的值与上述N的值可以相同，或者，M和N的值也可以相异，本发明实施例并未特别限定。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，该M个角度的图像可以来自于目标景物(或者说，物体)的例如，360度像。或者说，在本发明实施例中，目标景物的360度像可以被分解为该M个角度的图像，从而，该M个角度的图像的无缝拼接就可以构成目标景物的一个360度的全方位的成像。
例如，该M个图像中的图像i可以是在角度(或者说，视角)i方向上拍摄的目标景物的图像，i∈[1，M]。
应理解，以上列举的该M个角度的图像的具体来源仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，该M个角度的图像也可以来自于目标景物的其他度数的像。
需要说明的是，在本发明实施例中，该M个图像和上述N个图像中，可以存在一组或多组图像组，任意一组图像组包括M个图像中的一个或多个图像，以及N个图像中的一个或多个图像，任意一组图像对中的多个图像可以是拍摄角度相对应的图像，以使在不同垂直方向的观察位置观察到不同圆弧投射出的图像能够产生三维图像的视差效果。
并且，呈现同一图像组中的图像的显示单元在图像呈现系统100中的配置位置可以在同一配置范围内，例如，呈现属于同一图像组中的两个图像的两个显示单元，在两个圆弧区域上的弧度(或者说，圆周相位)可以相同或相似，再例如，用于对属于同一图像组中的两个图像的光线进行偏折的两个偏折单元(包括一个第一偏折单元和一个第二偏折单元)，在两个圆弧区域上的弧度(或者说，圆周相位)可以相同或相似。
在本发明实施例中，至少一个第二投射单元132还用于将该M个角度的图像投射至该至少一个第二偏折单元142的配置平面(即，第三平面的一例)，具体地说，该至少一个第二投射单元132具体用于将该M个角度的图像投射至第三平面上的M个第二区域。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，该第三平面与上述第一平面可以为同一平面，或者，该第三平面与上述第一平面可以平行或近似平行。
在本发明实施例中，该M个第二区域可以成环形分布，或者说，该M个第二区域可以分布在第二环形区域。
并且，作为示例而非限定，在本发明实施例中，该第二环形区域的中心与该第一环形区域的中心可以相同，并且，第二环形区域的半径与该第一环形区域的半径相异。
另外，在本发明实施例中，至少一个第二偏折单元142用于对射入该M个第二区域的光线(即，该M个角度的图像的光线)进行光路变更(例如，折射或偏折)，以使偏折后的该M个角度的图像的光线汇集在公共显示区域，由此，M个图像最终在公共显示区域形成目标景物的X(例如，360)度像。从而，观看者在从不同角度观察公共显示区域时，能够观察到该M个角度的图像。从而实现对该目标景物的多角度展示。并且，由于该第二环形区域的半径与该第一环形区域的范围相异，因此，能够在竖直方向上提供较大的观看范围。
作为示例而非限定，该图像显示系统100可以包括M个第二投射单元132，并且，每个第二投射单元132包括一个显示单元134，即，在本发明实施例中，该图像显示系统100可以包括M个显示单元134。
作为实例而非限定，在本发明实施例中，可以采用显示器或显示屏作为显示单元134。
另外，在本发明实施例中，设图像显示系统100需要呈现的目标景物的度数为X(例如，360)度像，设视角采样间距为β度，则构成该X度像所需要的显示单元134(或者说，第二投射单元132)个数M与β的关系可以表达为：
Figure GDA0002906817330000111
其中，该β的值与上述α的值可以相同也可以相异，本发明实施例并未特别限定。
即，在本发明实施例中，该M个显示单元134呈现的M个图像能够通过拼接(例如，无缝拼接)的方式形成目标景物的X(例如，360)度像。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，M个显示单元134可以配置于上述第四平面上。
需要说明的是，以上列举的M个显示单元134的配置方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，M个显示单元134也可以不配置在上述第四平面，或者，M个显示单元134可以配置在不同的平面上，并且，配置有M个显示单元134的平面可以平行也可以不平行，本发明实施例并未特别限定。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，每个显示单元134以显示面朝向第一方向的方式放置，或者说，每个显示单元134可以朝第一方向投射光线。
即，在本发明实施例中，显示单元134的光轴的延伸方向在未经过第二偏折单元142变更之前可以是该第一方向。
需要说明的是，以上列举的M个显示单元134的显示面的朝向方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，M个显示单元134可以配置为朝向不同的方向，本发明实施例并未特别限定。
并且，在本发明实施例中，M个显示单元134可以成弧形排列成一个X(例如，360)度的圆弧。需要说明的是，当X＝360时，该M个显示单元134可以具体配置在第四平面上的圆环区域上。即，用于配置该M个显示单元134的圆环区域与用于配置上述N个显示单元114的圆环区域可以为半径相异的同心圆。
需要说明的是，以上列举的M个显示单元134的排列方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，M个显示单元134可以成任意形状排列，只要能够经过后述光线偏折单元将M个图像汇聚在公共显示区域即可，本发明实施例并未特别限定。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，每个第二投射单元132包括一个缩放单元136，即，在本发明实施例中，该图像显示系统100可以包括M个缩放单元136。
并且，作为实例而非限定，在本发明实施例中，可以采用透镜作为缩放单元136。
其中，该M个缩放单元136与该M个显示单元134一一对应，并且，每个缩放单元136用于对所对应的显示单元134显示的图像进行放大或缩小。
即，如果该缩放单元136_j与显示单元134_j对应，并且，该显示单元134_j用于呈现图像j，其中，j∈[1，M]，则该缩放单元136_j用于对该图像j进行放大或缩小。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，M个缩放单元136可以配置于第五平面上。
需要说明的是，以上列举的M个缩放单元136的配置方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如，M个缩放单元136可以配置在不同的平面上，并且，配置有M个缩放单元136的平面可以平行也可以不平行，本发明实施例并未特别限定。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，每个缩放单元136可以位于所对应的每个显示单元134的竖直上方。从而，M个缩放单元136可以成弧形排列成一个X(例如，360)度的圆弧。需要说明的是，当X＝360时，该M个缩放单元136可以具体配置在第五平面上的圆环区域上。
即，作为示例而非限定，在本发明实施例中，显示单元134_j呈现的图像j的光线可以被朝竖直上方投射，并被投射至缩放单元136_j，从而，图像j被缩放单元136_j放大或缩小，并且，缩放单元116_j将放大或缩小后的图像j的光线朝第二方向射出。作为示例而非限定，该第二方向可以与第一方向平行或近似平行。
即，在本发明实施例中，缩放单元136_j的光轴的延伸方向可以与显示单元134_j的光轴的延伸方向相同，并且，缩放单元136的光轴的延伸方向在未经过第二偏折单元142变更之前可以是延第一方向延伸。
需要说明的是，以上列举的缩放单元136_j相对于显示单元134_j的配置位置仅为示例性说明，本发明并未限定于此，可以根据缩放单元136_j的显示面的朝向来调整显示单元134_j的配置位置，例如，可以使缩放单元136_j在图像i的光线的投射方向上位于显示单元134_j的下游位置。
在位于第二投射单元132(具体的说，是缩放单元136)的上方的第三平面(例如，与第一平面相同的平面)内，配置有至少一个第二偏折单元142。
另外，在本发明实施例中，该至少一个第二偏折单元142也可以称为“成像拼接系统”。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，该第二偏折单元142的数量可以是M个。
并且，作为实例而非限定，在本发明实施例中，可以采用棱镜作为第二偏折单元142。
其中，该M个第二偏折单元142与该M个第二投射单元132(包括M个显示单元134和M个缩放单元136)一一对应，并且，每个第二偏折单元142用于对所对应的第二投射单元132投射图像的光线进行偏折(或者说，光路变更)。
即，如果该第二偏折单元142_j与第二投射单元132_j(或者说，显示单元134_j或缩放单元136_j)对应，并且，该第二投射单元132_i用于呈现图像j并投射图像j的光线，其中，j∈[1，M]，则该第二偏折单元142_j用于对该图像j的光线进行偏折。
并且，该第二偏折单元142_j具体用于对该图像j的光线进行偏折，以使该图像j的光线投射至第二平面内的公共显示区域。即，在本发明实施例中，各第二偏折单元142投射的该M个图像的光线汇集在该公共显示区域。
作为示例而非限定，该第二偏折单元142_j具体用于对该图像j的光线进行偏折，以使该图像j的光线汇聚在公共显示区域内，并且，各个第二偏折单元142的光轴交汇于交汇位置O。即，在本发明实施例中，M个第二投射单元132投射的该M个图像的光线汇聚在该公共显示区域内。
即，在本发明实施例中，缩放单元136_j的光轴(或者，显示单元134_j的光轴)的延伸方向在经过第二偏折单元142_j变更后，可以与该第二偏折单元142_j的光轴的延伸方向相同，并且，经过各第二偏折单元142变更后的各缩放单元136的光轴(或者，显示单元134的光轴)可以汇集于空间中的交汇位置O。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，M个第二偏折单元142可以配置于第三平面上，并且，该第三平面可以为与水平面(或者说，垂直于重力方向的平面)平行的平面。即，该第三平面与该第四平面平行或近似平行。
并且，该第三平面与上述第一平面可以为同一平面，或者，该第三平面与上述第一平面也可以为不同平面，本发明实施例并未特别限定。
需要说明的是，以上列举的M个第二偏折单元142的配置方式仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，例如M个第二偏折单元142可以配置在不同的平面上，并且，配置有M个第二偏折单元142的平面可以平行也可以不平行，本发明实施例并未特别限定，只要能够使M个图像的光线汇集在该公共显示区域即可。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，每个第二偏折单元142可以位于所对应的第二投射单元132(或者说，所对应的显示单元134或所对应的缩放单元136)的竖直上方。从而，M个第二偏折单元142可以成弧形排列成一个X(例如，360)度的圆弧。需要说明的是，当X＝360时，该M个第二偏折单元142可以具体配置在第三平面上的圆环区域上。再本发明实施例中，用于配置该M个第二偏折单元142的圆环区域与用于配置上述N个第一偏折单元122的圆环区域可以为半径相异的同心圆。
即，作为示例而非限定，在本发明实施例中，显示单元134_j呈现的图像j的光线可以被朝竖直上方投射，并被投射至缩放单元136_j，从而，图像j被缩放单元136_i放大或缩小，并且，缩放单元136_i将放大或缩小后的图像j的光线被投射至第二偏折单元142_j，第二偏折单元142_j将光线偏折后，投射至第二平面上的公共显示区域(例如，交汇位置O)。
需要说明的是，以上列举的第二偏折单元142_j相对于显示单元134_j(或缩放单元136_j)的配置位置仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，可以根据缩放单元136_j的显示面的朝向来调整第二偏折单元142_j的配置位置，例如，可以使缩放单元136_j在图像j的光线的投射方向上位于显示单元134_j和缩放单元136_j的下游位置。
另外，在本发明实施例中，该M个第二偏折单元142使光线偏折的角度可以相同也可以不同，本发明实施例并未限定，只要能够使M个图像的光线汇集在该公共显示区域即可。
例如，当各显示单元配置于同一平面，各第二光线偏折单元配置于同一平面，并且，交汇位置O位于轴线上时，M个第二偏折单元142使光线偏折的角度可以相同。
在本发明实施例中，N个第一投射单元112(包括N个显示单元114和N个放缩单元116)和M个第二投射单元132(包括M个显示单元134和M个放缩单元136)可以按照同心圆的方式排列成不同半径的圆弧(或者说，环形结构)。并且，N个第一偏折单元122和M个第二偏折单元142可以按照同心圆的方式排列成不同半径的圆弧(或者说，环形结构)。
图6是本发明实施例的图像显示系统的另一例的各部件间的位置关系的示意图。如6所示，假设N个第一投射单元112形成的圆弧的半径为R1，M个第二投射单元132形成的圆弧的半径为R2，在不考虑拼接缝隙的情况下为R2＝R1+h。h为显示单元的在该拼接方向上的长度。由于M个第二投射单元132形成的圆弧的半径增大，M个第二投射单元132包括的显示单元的数量增加为2π(R1+h)/π，以减小水平视差角。
为了使由第一投射单元112和第一偏折单元122形成的像与由第二投射单元132和第二偏折单元142形成的像在垂直视角方向能够互相配合，在本发明实施例中，该M个第二偏折单元142的偏折角φ可以为：
Figure GDA0002906817330000131
并且，在本发明实施例中，垂直视角方向视角采样间距λ＝φ-θ。
从而，公共显示区域(即，成像区域，例如，交汇位置O)到第二偏折单元122_j之间的距离L4可以表示为：
Figure GDA0002906817330000141
设缩放单元136_j和第二偏折单元142_j之间的距离为L3，设显示单元134_j和第一偏折单元142_j之间的距离为d’，设缩放单元136_j(例如，透镜)的焦距为f’，则为了在交汇位置O形成清晰的像，需要满足：
Figure GDA0002906817330000142
另外，为了使由第一投射单元112和第一偏折单元122形成的像与由第二投射单元132和第二偏折单元142形成的像具有相同的放大(或缩小)倍率，在本发明实施例中可以使上述L1，L2，L3，L4，满足以下关系：
L1+L2＝L3+L4
由于受到显示单元114物理拼接的限制，显示单元114之间存在拼接缝隙，该缝隙造成视角间再现的像的不连续，对此，在本发明实施例中，可以对显示单元114的拼接缝隙进行消除，例如，可以采用利用半反半透镜消除拼接缝隙的方法，具体地说，可以将显示单元114排列成两组圆形的显示单元阵列，然后将两组显示单元阵列交错排列在半反半透镜两侧，从而在半反半透镜的光线出射方向上形成紧密无缝的光场，其效果与显示单元114无缝的排列在一起完全相同。利用该方法同样可以消除垂直方向上的拼接缝隙。
并且，可以采用类似的方式对显示单元134的拼接缝隙进行消除。
应理解，以上列举的消除拼接缝隙的方法仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，现有技术中的各种拼接缝隙消除的方法均可以应用于本发明实施例中。
在本发明实施例中，可以根据实际需要，选择显示单元的尺寸。
不失一般性，假设选用360个具有相同显示参数的微型显示器作为显示单元114，每个微显示器的尺寸为12.8mm×10.24mm，像素尺寸为10um。360个微型显示器显示靶面垂直向上并按照弧形拼接放置。根据上述公式可以求出弧形的半径R1＝733mm。
在每个微型显示器后放置一个投影镜头作为缩放单元116，以对微型显示器产生的图像进行投影放大，本实例选用的投影镜头直径为12.8mm，焦距为100mm。
本实例使用360个棱镜作为第一偏折单元122，组成弧形阵列作为第一偏折单元122(即，3D显示屏)，以控制每个投影图像的投射方向。360个棱镜与微型显示器一一对应，按照半径为733mm的弧形进行排列，光线偏折方向指向圆心，并交汇于距离圆弧中心正上方距离D处的交汇位置O。其中单个棱镜尺寸为12.8mm×12.8mm，偏折角为45度。根据上述公式可以求出距离D为733mm，L1为1038mm，棱镜放置在投影镜头后焦面处，则投影图像的像距为1038mm+100mm＝1138mm，物距为110mm，系统放大率约为10倍，公共显示区域(或者说，显示窗口)大小为128mm×102.4mm。
结构2
该图像呈现系统100包括一个第一投射单元112，该一个第一投射单元112用于在N个时段投射该N个图像，该N个时段与该N个图像一一对应，该显示单元具体用于在时段i呈现该N个图像中的图像i，i∈[1，N]；
如图2所示，该第一投射单元112还包括扫描单元118，用于在时段i接收图像i的光线，并将图像i的光线投射至第一区域i。
图7是本发明实施例的图像显示系统100的一例的示意图，如图7所示，该图像显示系统100可以包括一个第一投射单元112，并且，每个第一投射单元112包括一个显示单元114，即，在本发明实施例中，该图像显示系统100可以包括一个显示单元114。
在本发明实施例中，该显示单元114能够在N个时段呈现N个图像。
另外，在本发明实施例中，设图像显示系统100需要呈现的目标景物的度数为X(例如，360)度像，设视角采样间距为α度，则构成该N与α的关系可以表达为：
Figure GDA0002906817330000151
即，在本发明实施例中，该显示单元114在N个时段呈现的N个图像能够通过拼接(例如，无缝拼接)的方式形成目标景物的X(例如，360)度像。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，该显示单元114可以使用例如数字微反射器(Digital Micromirror Device，DMD)这样具有足够的帧率的器件。
并且，可以利用扫描单元118将显示单元114在不同时段呈现的图像分别投射至多个位置，从而实现由单一显示器件模拟出多个位置的像元来达到本方案的目的。如图6所示，DMD投影系统(即，显示单元114和缩放单元116)投射出的图像经过扫描系统(即，扫描单元118)后投射到第一偏折单元122的特定位置。可以控制扫描系统，使得其在偏光平面(或者说，第一偏折单元122的配置平面，即，第一平面)上的扫描轨迹形成一个圆环。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，可以采用反射型的旋转屏作为扫描单元118，即，由于DMD在不同时段投射出不同视角的图像，反射型的旋转屏具有固定的偏折角结构，因此同一时刻只能将图像偏折到一个观察视角方向。通过该屏幕的旋转，能够将不同时刻DMD上投影出来的图像偏折到不同观察视角方向。
在本发明实施例中，通过控制DMD投影系统及扫描系统的参数，可以使得其效果相当于在第一偏折单元122下方放置一个环形的显示单元阵列(包括N个显示单元)。
例如，在本发明实施例中，显示单元114投射在第一平面上的N个图像可以成弧形排列成一个X(例如，360)度的圆弧。需要说明的是，当X＝360时，显示单元114投射在第一平面上的N个图像形成圆环。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，第一投射单元112还可以包括一个缩放单元116，即，在本发明实施例中，该图像显示系统100可以包括一个缩放单元116。
需要说明的是，在本发明实施例中，“缩放单元”也可以称为投影镜。并且，作为实例而非限定，在本发明实施例中，可以采用透镜作为缩放单元116。
该缩放单元116_i用于对显示单元114呈现的各图像进行放大或缩小。
另外，第一偏折单元122在结构2中的配置方式可以与在上述结构1中的配置方式相同，这里，为了避免赘述，省略其详细说明。
作为示例而非限定，如图2所示，在本发明实施例中，该扫描单元包括光路变更单元118A和旋转反射单元118B，其中
该光路变更单元118A用于在时段i接收该放缩单元发出的图像i的光线，并将该图像i的光线投射至该旋转反射单元；
该旋转反射单元118B用于在时段i将图像i的光线投射至第一区域i。
具体的说，图8是本发明实施例的图像显示系统的再一例的各部件间的位置关系的示意图。如图8所示，假设显示单元114呈现的图像的尺寸(或者说，显示单元114的尺寸)为w×k，经放缩单元116放大之后的图像的尺寸为W×H，并且需要显示单元114在N个时段呈现的N个图像形成目标景物的X(例如360)度的像，则由于需要用显示单元114产生N个图像，因此对于显示单元114的刷新频率有特殊要求，其刷新频率Q需要满足如下条件：
Q＝N×color×frame_rate
其中，color表示三原色(即，红绿蓝)；frame_rate表示最终三维图像显示帧率。
如前所述，显示单元114(或者说，成像器件)显示的图像由焦距为f的缩放单元116(例如，投影镜头)进行放大投影，在显示单元114前配置缩放单元116。在缩放单元116前配置光路变更单元118A(例如，半反半透镜)，以改变光路的传播方向将图像投影到旋转反射单元118B(例如，反射型旋转屏)上。
设交汇位置O(即，三维图像形成位置)与第一区域之间的距离为l5，设交汇位置O与第一平面之间的距离为l7，设旋转反射单元118B与第一平面之间的距离为l6，设光路变更单元118A的中心与旋转反射单元118B之间的距离为l3，设旋转反射单元118B与第一区域之间的距离为l4，设光路变更单元118A的中心与缩放单元116之间的距离为l2，设显示单元114与缩放单元116之间的距离为l1。
则，根据透镜成像公式可以求出像元的投影距离(即，像距)为l2+l3+l4+l5，所有像元最终交汇于距离旋转屏中心正上方l6+l7处。
旋转屏的偏折角度θ1与l6和l4分别满足如下关系
Figure GDA0002906817330000161
Figure GDA0002906817330000162
上式中R1为成圆形排列的第一区域距离圆心的距离，并且，满足R1≥W。
在本发明实施例中，根据几何关系可以求出旋转屏的尺寸s，即：
s＝2×l×W/(l′+f)
其中，l＝l2+l3，l’＝l2+l3+l4+l5。
并且，W为放大后视差图像尺寸，越靠近投影镜头所需旋转屏的尺寸越小。
另外，在本发明实施例中，为了保证观察者的观察方向为斜向下30～60度，第一偏折单元122的偏折角度θ2可以为30～60度。LDTE的尺寸DL需要满足DL≥3W。
Figure GDA0002906817330000163
Figure GDA0002906817330000164
下面，对本发明实施例使用的DMD的规格参数进行示例性说明。
作为示例而非限定，在本发明实施例中，DMD的像素数可以为1920×1080,DMD的像素尺寸可以为10um，DMD的刷新频率可以为27KHz。
利用该DMD可以投影出带宽为360(视差图像数)×3(彩色)×25(动态显示帧率)＝27KHz的图像信息。DMD靶面垂直向上放置在投影镜头下，按时序产生像元图像。
本实例投影镜头直径为50mm，焦距为200mm，放置在DMD前l1＝250mm处。投影镜头将2D图元经半反半透镜与旋转屏投影到LDTE的相应位置，并最终由LDTE的偏折光作用投影到3D显示区域。投影系统放大率为4倍，投影距离l2+l3+l4+l5＝1000mm，获得的图像显示窗口大小为76.8mm×43.2mm。
本实例使用的半反半透镜尺寸为70mm×70mm，能够完全覆盖整个光路。
为了减小旋转屏的尺寸，本实例将旋转屏放置在投影镜头的后焦面上即l2+l3＝f＝200mm。根据上述要求，图像显示大小为76.8mm×43.2mm，透镜焦距为200mm，则根据上述公式可以求得旋转屏的尺寸s最小为25.6mm。
DMD时序投影出的图像通过旋转屏的旋转可以在空间中形成一个环形的显示区域，其环形显示区域的直径设计为最终图像显示区域大小的3倍76.8mm×3＝230mm。
本实例观察者的观察方向为斜向下30度，则根据公式(10)，可得l5＝154mm。为了保证投影距离的要求，需要满足sin(θ1)＝76.8/(1000-200-154)，则棱镜的反射角度θ1＝7度，其示意图如图9所示。
为了保证观察者的观察方向为斜向下30度，LDTE的偏折角度θ2设计为30度。根据要求LDTE设计为圆形折射型微棱镜阵列，并能覆盖整个环形显示区域，所以LDTE的直径为230mm。为了使LDTE得结构更加轻薄，本实例将上述一个大棱镜用微棱镜阵列代替，其设计类似于菲涅尔透镜，只是将菲涅尔透镜每一个圆环设计成具有相同结构和偏折角度的棱镜，其示意图为如图10所示。
根据棱镜偏折角度公式，有如下关系：
Figure GDA0002906817330000171
本实例中棱镜的折射率为n＝1.7，θ1为旋转屏幕产生的偏折角度。可以求出棱镜顶角η为37度。
应理解，以上列举的本发明实施例的图像显示系统中的各种尺寸仅为示例性说明，本发明实施例并未限定于此，本领域技术人员可以根据需要对其中的部分或全部尺寸进行适当变更。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明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(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种图像显示系统，其特征在于，包括：
至少一个第一投射单元，用于向第一平面投射N个图像的光线，以使所述N个图像的光线投射在第一平面上的N个第一区域，所述N个第一区域在所述第一平面上环形分布形成第一环形区域，所述N个图像是基于N个角度拍摄的目标景物的图像，N≥2；
至少一个第一偏折单元，配置在所述第一平面，用于对投射至所述N个第一区域的图像的光线进行偏折处理，以使所述N个图像的光线汇集在公共显示区域内的交汇位置O，并使所述N个图像的光线在所述公共显示区域汇集并拼接为所述目标景物的X度像；
其中，所述至少一个第一偏折单元的光轴交汇于所述交汇位置O，以使得经过所述至少一个第一偏折单元的偏折处理后的所述N个图像的光线的光轴交汇于所述交汇位置O；
至少一个第二投射单元，用于向第三平面投射M个图像的光线，以使所述M个图像的光线投射在第三平面上的M个第二区域，所述M个第二区域在所述第三平面上环形分布形成第二环形区域，所述M个图像是基于M个角度拍摄的所述目标景物的图像，M≥2，所述第二环形区域的轴心与所述第一环形区域的轴心相同，所述第三平面与所述第一平面平行；
至少一个第二偏折单元，配置在所述第三平面，所述第二偏折单元用于对投射至第二区域的图像的光线进行偏折处理，以使所述M个图像的光线汇集在所述公共显示区域内；
所述交汇位置O与所述第一区域之间的距离L1、所述第一平面与所述第一投射单元的显示单元之间的距离L2、交汇位置O与所述第二区域之间的距离L3、所述第三平面与所述第二投射单元的显示单元之间的距离L4满足：
L1+L2＝L3+L4。
2.根据权利要求1所述的图像显示系统，其特征在于，所述第一偏折单元为N个，第一偏折单元i配置在第一区域i，第一偏折单元i用于对投射至第一区域i的图像i的光线进行偏折处理，i∈[1，N]，其中，N个所述第一偏折单元所进行的偏折处理的偏折角度相同。
3.根据权利要求2所述的图像显示系统，其特征在于，所述至少一个第一投射单元中的每个第一投射单元包括显示单元和缩放单元，
所述显示单元用于呈现所述N个图像中的至少一个图像，并将所述至少一个图像的光线投射至所述缩放单元，
所述缩放单元用于对所述至少一个图像中的每个图像进行放大或缩小。
4.根据权利要求3所述的图像显示系统，其特征在于，所述第一投射单元为N个，第一投射单元i用于投射图像i的光线，i∈[1，N]。
5.根据权利要求4所述的图像显示系统，其特征在于，所述第一投射单元具体用于朝第一方向投射光线，所述第一方向与所述第一平面垂直或近似垂直。
6.根据权利要求5所述的图像显示系统，其特征在于，所述N个第一偏折单元配置在所述第一平面的第一环形区域内，以及
所述交汇位置O在所述第一平面上的投影位于所述第一环形区域的圆心。
7.根据权利要求4所述的图像显示系统，其特征在于，第一偏折单元i与第一投射单元i的显示单元之间的距离d是根据第一偏折单元i与第一投射单元i的缩放单元之间的距离L2、第一投射单元i的缩放单元的焦距f和所述交汇位置O与第一偏折单元i之间的距离L1确定的，其中，第一偏折单元i配置第一区域i，第一偏折单元i用于对投射至第一区域i的图像i的光线进行偏折处理，第一投射单元i用于投射图像i的光线，i∈[1，N]。
8.根据权利要求3所述的图像显示系统，其特征在于，所述第一投射单元为1个，所述第一投射单元用于在N个时段投射所述N个图像，以及
所述显示单元用于在时段i呈现所述N个图像中的图像i，i∈[1，N]；
所述第一投射单元还包括扫描单元，用于在时段i接收图像i的光线，并将图像i的光线投射至第一区域i。
9.根据权利要求8所述的图像显示系统，其特征在于，所述扫描单元包括光路变更单元和旋转反射单元，其中
所述光路变更单元用于在时段i接收所述缩放单元发出的图像i的光线，并将所述图像i的光线投射至所述旋转反射单元；
所述旋转反射单元用于在时段i将图像i的光线投射至第一区域i。
10.根据权利要求9所述的图像显示系统，其特征在于，所述缩放单元为透镜，以及
所述旋转反射单元的尺寸是根据所述旋转反射单元与所述缩放单元之间在所述透镜的主光轴方向上的距离确定的。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的图像显示系统，其特征在于，所述第二偏折单元为M个，且M个第二偏折单元的光轴交汇于交汇位置O。
12.根据权利要求11所述的图像显示系统，其特征在于，所述第一平面与所述第三平面相同，以及
所述第二偏折单元所进行的偏折处理的偏折角度φ是根据所述第一偏折单元所进行的偏折处理的偏折角度θ、所述第一环形区域的半径R1、所述第二环形区域的半径R2和所述交汇位置O与所述第一平面之间的距离D确定的。
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