CN109120913A - 一种指向背光型自由立体显示系统及其显示方法 - Google Patents
一种指向背光型自由立体显示系统及其显示方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109120913A CN109120913A CN201811174558.6A CN201811174558A CN109120913A CN 109120913 A CN109120913 A CN 109120913A CN 201811174558 A CN201811174558 A CN 201811174558A CN 109120913 A CN109120913 A CN 109120913A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- module
- horizontal direction
- control module
- directive property
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims description 54
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 16
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 14
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 229910052934 alunite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010424 alunite Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000005308 flint glass Substances 0.000 description 2
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- KPZTWMNLAFDTGF-UHFFFAOYSA-D trialuminum;potassium;hexahydroxide;disulfate Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O KPZTWMNLAFDTGF-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000005331 crown glasses (windows) Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000088 plastic resin Substances 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000010415 tropism Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
- G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
- G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
- G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
- G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
- G02B30/22—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the stereoscopic type
- G02B30/24—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the stereoscopic type involving temporal multiplexing, e.g. using sequentially activated left and right shutters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Planar Illumination Modules (AREA)
Abstract
本发明公开了一种指向背光型自由立体显示系统及其显示方法，该系统由指向性背光模块、水平向光线准直模块、显示面板、水平向光线控制模块、竖置向光线扩散器件和中央控制模块组成。系统通过控制背光模组中各背光源不同角度的依次出射以及显示面板对应的图像刷新，利用各光学模块对光线的精确控制，在空间中高频率交替形成若干视区，最终将实现大视角的三维显示效果。
Description
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，尤其涉及一种指向背光型自由立体显示系统及其显示方法。
背景技术
不佩戴任何设备、高还原度的三维显示已经成为显示技术未来的必然选择，该技术目前在医学成像、展览展示、商业显示、军事指挥、政府应急调度和通讯传媒等越来越多的领域逐渐开始发挥重要作用，也已经成为各国大力发展的新型显示方案。
基于指向性背光源的自由立体显示技术是一种新型的、可以实现裸眼观看3D影像的显示技术。指向性背光源显示技术通过控制背光源发出光线的指向，使得只有在空间设定位置才可以接收到屏幕图像。借助时分复用技术，让人左眼/右眼轮流交替分别仅接收到左眼右眼视差图像，最终经过大脑融合，获得立体深度信息。当前，指向性背光技术需要配合人眼跟踪技术，来解决观看位置受限的问题，即利用摄像头等影像装置，实时捕捉一个或多个观看者的眼睛坐标，判断其是否处于可视区域内，再根据其所处的位置刷新显示器播放正确的左右眼图像。
现有的基于指向性背光源的自由立体显示技术虽然无分辨率损失的显著优点，但是同样具有明显的缺陷：
(1)现有的基于指向性背光源的自由立体显示技术绝大部分都需要利用人眼跟踪设备来实时跟踪观看者的眼睛位置，这将增加系统的复杂性和成本，也会引入延迟和误差。
(2)现有的基于指向性背光源的自由立体显示技术都是实现给观看者的左、右眼分别输入一张视差图像，即人眼观看到的为两视点的显示效果。而真实得还原三维物体和场景需要密集的视点来实现，所以现有的技术无法还原物体的真实空间感(如空间的遮挡关系、前后视差关系)，观察者无法观看到还原物体或场景的不同角度的图像，仅可在一个角度实现视觉上的纵深感。
(3)现有的基于指向性背光源的自由立体显示技术只能在系统正面为观看者提供小范围的观看角度，而真实的还原三维物体和场景需要提供较大的3D视角来实现。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明提供了一种指向背光型自由立体显示系统。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为如下。
一种指向背光型自由立体显示系统，包括：指向性背光模块、光线准直模块、显示面板、平向光线控制模块、光线扩散器件和中央控制模块；
所述光线准直模块设置在所述指向性背光模块和所述显示面板之间；
所述平向光线控制模块设置在所述显示面板和所述光线扩散器件之间；
所述中央控制模块分别与所述指向性背光模块、所述显示面板连接；
其中，所述指向性背光模块由多个个指向性背光子模块组成，每个所述指向性背光子模块包含相同数目的n个发光单元，n≧2，所述发光单元为系统提供光源；
所述中央控制模块对所述指向性背光模块输入电信号，控制所述指向性背光模块中所有所述指向性背光子模块的所述发光单元点亮或熄灭；
所述光线准直模块将所述指向性背光子模块的散射光调制准直为平行光，并出射；
所述光线准直模块准直后的平行光线穿过所述显示面板，同时中央控制模块向所述显示面板加载编码图像信息，一同进入所述水平向光线控制模块，所述水平向光线控制模块对平行光调制，在水平方向上将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置；
所述光线扩散器件将从所述水平向光线控制模块出射的光线，在竖直方向上扩散。
作为本发明的进一步改进，所述指向性背光子模块中的所述发光单元呈直线形排布或弧线排布，所述发光单元为点光源和面光源中的任一种或两种组合。
作为本发明的进一步改进，所述水平向光线准直模块包括多个水平向光线准子直模块，所述水平向光线准子直模块的数量与所述指向性背光子模块的数量相同，每一个所述指向性背光子模块单独对应一个所述水平向光线准直子模块,所述水平向光线准直子模块的边缘厚度为0-50mm：。
作为本发明的进一步改进，所述水平向光线准直子模块为平凸透镜、双凸透镜、双凹透镜及正弯月透光镜中的任一种或多种组合。
作为本发明的进一步改进，水平向光线准直子模块为单个或多个线性菲涅尔透镜组成，所述线性菲涅尔透镜的每个齿呈直线三角锯齿状或弧线状,所述线性菲涅尔透镜的厚度为：0-50mm。
作为本发明的进一步改进，所述水平向光线控制模块为柱面透镜阵列、线性菲涅尔透镜阵列或微棱镜结构中的任一种。
作为本发明的进一步改进，所述光线扩散器件为柱面透镜阵列或定向扩散膜，所述光线扩散器件的扩散角度范围为：60°-120°。
本发明的另一个目的在于提供了一种指向背光型自由立体显示系统的显示方法，包括如下步骤：
(1)、点亮光源，启动中央控制模块，系统开始工作；
(2)、到t1时刻，中央控制模块对指向性背光模块输入电信号，控制指向性背光模块中所有指向性背光子模块的第一指定发光单元点亮，其余发光单元不点亮；第一指定发光单元发出的散射光线进入水平向光线准直模块，经过准直作用成为平行光出射，出射后的光线穿过显示面板；
(3)、中央控制模块控制显示面板加载显示一张编码图像；
(4)、平行光线穿过显示面板，将加载编码图像信息，再进入水平向光线控制模块对平行光调制，在水平方向上将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置；
(5)、进入t2时刻，中央控制模块对指向性背光模块输入电信号，控制指向性背光模块中所有子模块的第二指定发光单元点亮，其余发光单元不点亮；由第二指定发光单元发出的散射光线进入水平向光线准直模块，经过准直作用成为平行光出射，出射后的光线穿过显示面板；
(6)、中央控制模块控制显示面板加载显示一张编码图像；
(7)、平行光线穿过显示面板，将加载编码图像信息，再进入水平向光线控制模块，将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置，期间，从水平向光线控制模块出射的光线会先经过竖置向光线扩散器件，竖直方向上会发生扩散；
(8)、进入t3时刻，中央控制模块对指向性背光模块输入电信号，控制指向性背光模块中所有子模块的第三指定发光单元点亮，其余发光单元不点亮；由第三指定发光但发出的散射光线进入水平向光线准直模块，经过准直作用成为平行光出射，出射后的光线穿过显示面板；
(9)、中央控制模块控制显示面板加载显示一张编码图像；
(10)、平行光线穿过显示面板，将加载编码图像信息，再进入水平向光线控制模块，将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置；在此期间，从水平向光线控制模块出射的光线会先经过竖置向光线扩散器件，在竖直方向上会发生扩散；
(11)此时进入下一时刻t4，重复(2)、(3)、(4)过程；再进入下一时刻t5，重复(5)、(6)、(7)过程；再进入下一时刻t6，重复(8)、(9)、(10)过程，以此循环，直到系统退出工作模式时循环结束，中央控制模块控制指向性背光模块所有发光单元停止工作。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)、(3)、(4)在同一时刻t1完成，所述步骤(5)、(6)、(7)在同一时刻t2完成的；所述步骤(8)、(9)、(10)同一时刻t3完成。
作为本发明的进一步改进，所述t1、t2和t3各时刻的时间间隔小于10ms。
本发明的有益效果是：
1、系统由指向性背光模块、水平向光线准直模块、显示面板、水平向光线控制模块、竖置向光线扩散器件和中央控制模块组成。通过控制背光模组中各背光源不同角度的依次出射以及显示面板对应的图像刷新，利用各光学模块对光线的精确控制，在空间中高频率交替形成若干视区，最终将实现大视角的三维显示效果。
2、本发明的系统利用光源，准直为平行光后加载显示面板上的合成图，此时光线不是投向人眼，而是经过水平向光线控制模块从而在空间中一个范围内形成密集的视点，不再需要利用人眼跟踪设备，观察者就可以在系统前方大范围内观看到三维内容，而且在不同的角度可以看到还原物体或场景的不同角度的图像，所以也可以同时提供多人观看。
3、本发明的系统中水平向光线准直模块作用是对来自指向性背光模块的光线进行准直，使之从散射光准直为平行光或发散光或汇聚光出射(通常为平行光，如果是发散光或汇聚光，任意两条光线角度小于10°)，与人眼位置无关。出射后的光线再经水平向光线控制模块调制形成视点，且能够为观察者提供多视点的信息，不再仅为左、右两视点。而且本发明的系统及显示方法中显示设备加载的图像为多张视差图像的合成图，而不是现有技术中心的视差图像，显示时刷新的图像为多个不同角度的视差图编码合成的合成图，图像具有视角信息。
4、本发明中光线扩散器件使得人眼除了在某一高度上看到该高度水平的位置上有三维效果，还可以观看屏幕上其它高度上的三维效果。
5.本发明的系统及方法，使得三维显示效果角度更大，人眼左右移动时可以看到不同的方向的图像，且过渡平滑，具有真实空间感。
附图说明
图1是本发明提供的系统结构图；
图2a是本发明提供的发光单元弧形分布的结构示意图；
图2b是本发明提供的发光单元直线形分布的结构示意图；
图3a是本发明提供的一种实施例的正光焦度的透镜胶合结构图；
图3b1、3b2、3b3、3b4和3b5是本发明提供的多种正光焦度的线性菲涅尔透镜和复合结构图；
图4a是本发明提供的一种实施例的t1时刻的显示示意图；
图4b是本发明提供的一种实施例的t2时刻的显示示意图；
图4c是本发明提供的一种实施例的t3时刻的显示示意图；
图5是本发明提供的一种实施例的显示方法流程图；
图6是本发明提供的一种实施例的指向背光子模块光源分布正视图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的一种指向背光型自由立体显示系统由指向性背光模块1、光线准直模块2、显示面板3、平向光线控制模块4、光线扩散器件5和中央控制模块6组成。
在本实施例中，如图1所示，指向性背光模块1的前面依次贴合设置有光线准直模块2的后端、显示面板3、平向光线控制模块4、光线扩散器件5和中央控制模块6。
在本实施里中，各个模块具体原理及结构为：
指向性背光模块1，由若干个指向性背光子模块组成，每个指向性背光子模块包含相同数目的n个发光单元10，n的取值范围是n≥2，数量可自由选取及组合；发光单元10出射光线为散射光线，即出射的光线簇呈锥形传播，会出现发散性。本发明的发光单元10可以是点光源，例如L3D灯或是其它具有类似特性的光源，也可以是面光源。指向性背光模块1中的发光单元可以按照直线形排布，也可以按照弧线排布方式，无论哪种排布方式，发光单元都相对子模块中轴线对称分布，发光单元的中心光线朝向对应的光线水平向准直子模块的中心位置，具体如图2a和图2所示的优选例，图2a和图2b以发光单元10数量均为3个，以举例说明发光单元10分别为弧形排布(如图2a)和直线形(如图2b)的情况。需要说明的是，图2a和图2b只是描述出指向性背光子模块可能存在的两种形式，并不是限制专利的保护范围和权限，例如指向性背光子模块也可能存在其他排布方式，以及发光单元的中心光线朝向不完全对准光线水平向准直子模块的中心位置，都在本专利所要保护的范围之内。
显示面板3，在中央控制模块的控制下以时分的方式交替显示图像。在本发明的实施例中，显示面板3为透光性的，它能够向观看者提供视觉内容信息，光线穿过它时不改变方向，可选择液晶显示面板(LCD)，也可以为其它具有类似特性的显示面板，用来显示静态的、动态的以及任意能够被显示或者看到的内容。
水平向光线准直模块2，水平向光线准直模块2包括若干个水平向光线准子直模块，水平向光线准子直模块的数量等于指向性背光子模块1的数量，每一个指向性背光子模块单独对应一个水平向光线准直子模块。水平向光线准直子模块可以实现对指向性背光子模块每个发光单元发出的散射光簇进行准直，在水平方向以平行光簇出射；也可以是汇聚光簇出射，还可以是发散光簇出射。在本发明中，水平向光线准直子模块2可以是正光焦度的传统的平凸透镜、双凸透镜、双凹透镜、正弯月透光镜等透镜中的任一种，而透镜的面型可以是球面的，也可以是非球面的，透镜也不局限于正光焦度，也可以是负光焦度、零光焦度。由于透镜在水平方向有曲率，竖直方向上没有曲率，因而本发明的水平方向上对光线有准直作用，且在竖直方向上不改变光线的聚散性。光线准直子模块可以是传统的平凸透镜、双凸透镜、双凹透镜、正弯月透光镜等透镜中的多种组合，本实施例中说明了一种如图3a所示的水平向光线准直子模块，其由平凸透镜、双凹透镜以及双凸透镜组合而成三胶合结构；本发明的水平向光线准直子模块，还可以如图3b1、图3b2、图3b3、图3b4和图3b5所示的多种线性菲涅尔透镜(图3b1和图3b2)或复合结构(图3b3、图3b4和图3b5)。线性菲涅尔透镜或复合结构的厚度为d，取值范围是：50mm＞d＞0mm。线性菲涅尔透镜的环距的取值范围是0.001mm～1mm。需要声明的是图7只是示意出了几种线性菲涅尔透镜，并不是限制线性菲涅尔透镜的结构形式。实际上，线性菲涅尔透镜的每个齿的齿深、倾斜角、拔模角都可以根据实际生产工艺和要求在保证光焦度不变的情况下做出调整。线性菲涅尔透镜的每个齿既可以是直线三角锯齿，也可以是与其相应透镜等效的弧线型。进一步优选的，本发明的水平向光线准直模块2所用透镜的材质可以是各种玻璃材料，如冕牌玻璃、火石玻璃、重冕玻璃、重火石玻璃或者LA系玻璃等，可以是塑料树脂材料，例如PMMA、PC、COC、POLYCARB等。在本发明中，无论光线准直子模块采用上述哪一种结构，通过面型设计和控制光线准子直模块与指向性背光子模块1中发光单元的相对位置，使得发光单元所在平面位于光线准直子模块的焦平面处。
水平向光线控制模块4，水平向光线控制模块的作用在于实现对来自显示面板的平行光线簇(或汇聚光线簇、发散光线簇)进行调制、使在空间水平方向上形成密集视点。水平向光线控制模块一般为柱透镜阵列，透镜单元可以是传统透镜任意一种，可以折射型结构包括柱面透镜阵列、线性菲涅尔透镜阵列、微棱镜结构等，当准直后的平行、汇聚、发散光线簇经过水平向光线控制模块后，会在空间中一定范围内形成视点，不同入射方向的平行、汇聚、发散光线簇经过水平向光线控制模块时在空间中形成的视区范围不同。可以根据情况取正光焦度或负光焦度。R是光学透镜的曲率半径。lE是光学透镜的边缘厚度，其取值范围是：10mm≥lE＞0mm。透镜单元也可以是多个传统光学透镜的胶合结构，例如由平凸透镜和双凹透镜可以组成双胶合透镜或者再加上双凸透镜组成三胶合结构等。
光线扩散器件5，可以让光线在竖置方向扩散，从而增加系统在竖直方向上的观看角度。本发明的光线扩散器件5可以是柱面透镜阵列50，也可以是定向扩散膜。光线扩散器件5设计在水平向光线控制模块4右侧，在本发明的技术方案中后有N片定向扩散膜，N的取值范围是N≥1。光线从一侧经过光线扩散器件5后，会在另一侧的竖置方向上发生均匀扩散，扩散角度为从60°到120°。
中央控制模块6，与指向性背光模块和显示面板相连接，其连接方式可以是有线连接，直接利用电流或电压输出和输入信号；也可以是无线连接。本发明的中央控制模块6采用公知常识的技术原理及技术措施，在本发明中中央控制模块6的作用是控制指向性背光模块1不同出射方向的发光单元10工作时，同时实现显示面板4的对应的加载图像同步刷新。
实施例1
1.构造本实施例的立体显示系统
1)将3个指向性背光子模块中的n个发光单元，本实施例优选为3个发光单元，对发光单元进行编号，编号顺序为从左到右依次为f3,,f2,f1，并进行直线形排布，每个指向性背光子模块的同一位置的发光单元编号相同；
2)选用菲涅尔透镜作为水平向光线准直子模块，来自指向性背光子模块的散射光经过水平向光线准直子模块被准直为平行光出射；
3)选用柱透镜阵列作为水平向光线控制模块；
4)将中央控制模块与指向性背光模块和显示面板分别连接，完成立体显示系统的结构组合。
2.系统应用及检验
本实施例的立体显示系统的显示方法如图5所示的流程图，具体显示过程为：
(1)、开始，点亮光源，启动中央控制模块，系统开始工作；
(2)、到t1时刻，中央控制模块对指向性背光模块输入电信号，控制指向性背光模块中所有指向性背光子模块的发光单元f1点亮，其余发光单元不点亮；由f1发出的散射光线进入水平向光线准直模块，经过准直作用成为平行光出射，出射后的光线穿过显示面板；
(3)、中央控制模块控制显示面板加载显示一张编码图像，即为流程图5中的“面板加载合成图T1”；
该编码图像(面板加载合成图T1)是由正面大视角采集的N张视差图序列中的第1到第N/3张视差图编码合成的图像，该合成图将包含第1视点到第N/3视点的角度信息。
(4)、平行光线穿过显示面板，将加载编码图像信息，再进入水平向光线控制模块对平行光调制，在水平方向上将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置，在空间中还原出第1到第N/3个视点，即为图5中的形成视区1，具体也是如同图4a所示的S1；
进一步的，为了增大人眼竖置方向的观看角度，从水平向光线控制模块出射的光线会先经过竖置向光线扩散器件，它对水平方向形成视点的过程无影响，在竖直方向上会发生扩散，人眼在视区范围移动时，将观看到三维物体第1视点到第N/3视点的角度信息。
上述(2)、(3)、(4)三个过程是在同一时刻t1完成，其显示状态如图4a所示。
(5)、t2时刻，中央控制模块对指向性背光模块输入电信号，控制指向性背光模块中所有子模块的发光单元f2点亮，其余发光单元不点亮；由f2发出的散射光线进入水平向光线准直模块，经过准直作用成为平行光出射，出射后的光线穿过显示面板。
(6)、中央控制模块控制显示面板加载显示一张编码图像，为流程图5中的“面板加载合成图T2”；
该编码图像(面板加载合成图T2)是由正面大视角采集的N张视差图序列中的第N/3到第2N/3张视差图编码合成的图像，该合成图将包含第N/3视点到第2N/3视点的角度信息；
(7)、平行光线穿过显示面板，将加载编码图像信息，再进入水平向光线控制模块。水平向光线控制模块可以实现对平行光的精确调制，将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置，从而在空间中还原出第N/3到第2N/3个视点，即为图5中的形成视区2，具体也是如同图4b所示的S2；
进一步的，为了增大人眼竖置方向的观看角度，从水平向光线控制模块出射的光线会先经过竖置向光线扩散器件，它对水平方向形成视点的过程无影响，在竖直方向上会发生扩散。人眼在视区范围移动时，将观看到三维物体第N/3视点到第2N/3视点的角度信息。
上述(5)、(6)、(7)三个过程是在同一时刻t2完成的,其显示状态如图4b所示。
(8)、t3时刻，中央控制模块对指向性背光模块输入电信号，控制指向性背光模块中所有子模块的发光单元f3点亮，其余发光单元不点亮；由f3发出的散射光线进入水平向光线准直模块，经过准直作用成为平行光出射，出射后的光线穿过显示面板。
(9)、中央控制模块控制显示面板加载显示一张编码图像，为流程图5中的“面板加载合成图T3”；
该编码图像(面板加载合成图T3)是由正面大视角采集的N张视差图序列中的第2N/3到第张视差图编码合成的图像，该合成图将包含第2N/3视点到第N视点的角度信息。
(10)、平行光线穿过显示面板，将加载编码图像信息，再进入水平向光线控制模块。水平向光线控制模块可以实现对平行光的精确调制，将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置，从而在空间中还原出第2N/3到第个视点，即为图5中的形成视区3具体也是如同图4c所示的S3；
进一步的，为了增大人眼竖置方向的观看角度，从水平向光线控制模块出射的光线会先经过竖置向光线扩散器件，它对水平方向形成视点的过程无影响，在竖直方向上会发生扩散。人眼在视区范围移动时，将观看到三维物体第2N/3视点到第N视点的角度信息。
上述(8)、(9)、(10)三个过程是在同一时刻t3完成的,其显示状态如图4c所示。
(11)此时进入下一时刻t4，重复(2)、(3)、(4)过程；再进入下一时刻t5，重复(5)、(6)、(7)过程；再进入下一时刻t6，重复(8)、(9)、(10)过程，以此类推，直到系统退出工作模式时循环结束，中央控制模块控制指向性背光模块所有发光单元停止工作。
在上述过程中，f3,,f2,f1三个发光分别点亮时会各自形成一个空间视区如图6，这三个空间视区可以相互拼接无交叠，各时刻的时间间隔小于10ms，工作模式时，由于多个视区连贯刷新且刷新时间间隔小于人眼分辨时间间隔，所以可以看到多个视区连贯无缝拼接的3D效果，有效增大观看视角。且人在移动过程中，将观看到三维物体不同的角度画面。
需要声明的是，这只是其中的具体实施例，并不是限制专利的保护范围和权限。例如，发光单元的编号顺序可以为水平方向从左到右编号为f1,f2...fn，也可以为为fn,fn-1...f1，也可以不按照排布顺序编号，例如5个发光单元可以从左到右的顺序编为f1,f2,f3,,f4,f5，也可以编号为f5,f4,f3,,f2,f1，也可以编号为f3,f5,f1,,f4,f2等这种乱序编号。本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型，例如水平向光线准直子模块与显示面板、显示面板与水平向光线控制模块的位置顺序可改变，以不同的设计实现指向性背光等。而本发明中的传统透镜是指公知常识的透镜。
综上所述，本发明的系统及方法具有如下显著进步：
1、系统由指向性背光模块、水平向光线准直模块、显示面板、水平向光线控制模块、竖置向光线扩散器件和中央控制模块组成。通过控制背光模组中各背光源不同角度的依次出射以及显示面板对应的图像刷新，利用各光学模块对光线的精确控制，在空间中高频率交替形成若干视区，最终将实现大视角的三维显示效果。
2、本发明的系统利用光源，准直为平行光后加载显示面板上的合成图，此时光线不是投向人眼，而是经过水平向光线控制模块从而在空间中一个范围内形成密集的视点，不再需要利用人眼跟踪设备，观察者就可以在系统前方大范围内观看到三维内容，而且在不同的角度可以看到还原物体或场景的不同角度的图像，所以也可以同时提供多人观看。
3、本发明的系统中水平向光线准直模块作用是对来自指向性背光模块的光线进行准直，使之从散射光准直为平行光或发散光或汇聚光出射(通常为平行光，如果是发散光或汇聚光，任意两条光线角度小于10°)，与人眼位置无关。出射后的光线再经水平向光线控制模块调制形成视点，且能够为观察者提供多视点的信息，不再仅为左、右两视点。而且本发明的系统及显示方法中显示设备加载的图像为多张视差图像的合成图，而不是现有技术中心的视差图像，显示时刷新的图像为多个不同角度的视差图编码合成的合成图，图像具有视角信息。
4、现有的指向背光技术中，每一列光源在在竖置方向通常为离散的灯珠分布(图示在文末)，由于在竖置方向上灯珠光照强度为中间强两边弱，导致灯珠正对的地方光强大，间隔处光强小，所以在最终的三维视觉上会看到竖置方向上光线分布不均匀。在本发明中，通过竖置方向上的光线扩散器可以通过均匀扩散使得各灯珠发出的光线柔化，在视觉上看到竖置方向上光线均匀分布，从而使得人眼除了在某一高度上看到该高度水平的位置上有三维效果，还可以观看屏幕上其它高度上的三维效果。
5.本发明的立体显示系统和方法，使得显示时具有大视角，而大视角有助于更好地还原立体内容的真实空间感(如前后遮挡关系、运动视差等)。另外，由于每个视点负责还原一个方向的图像，所以密集的视点可以使观察者观看到平滑柔和的3D效果，(论文Y.Takaki,“High-Density Directional Display for Generating Natural Three-Dimensional Images,”Proc.IEEE 94(3),654–663(2006).提出根据人眼的自然视觉特性，视点的密集程度需要达到相邻视点间的构建角度不超过0.4度)。由于本发明提出的系统与方法可以同时实现密集的视点与大视角，所以可以真实还原立体内容，使得三维显示效果角度更大，人眼左右移动时可以看到不同的方向的图像，且过渡平滑，具有真实空间感。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种指向背光型自由立体显示系统，其特征在于,包括：指向性背光模块、光线准直模块、显示面板、平向光线控制模块、光线扩散器件和中央控制模块；
所述光线准直模块设置在所述指向性背光模块和所述显示面板之间；
所述平向光线控制模块设置在所述显示面板和所述光线扩散器件之间；
所述中央控制模块分别与所述指向性背光模块、所述显示面板连接；
其中，所述指向性背光模块由多个个指向性背光子模块组成，每个所述指向性背光子模块包含n个发光单元，n≧2，所述发光单元为系统提供光源；
所述中央控制模块对所述指向性背光模块输入电信号，控制所述指向性背光模块中所有所述发光单元点亮或熄灭；
所述光线准直模块将所述指向性背光子模块的散射光调制准直为平行光，并出射；
所述光线准直模块准直后的平行光线穿过所述显示面板，中央控制模块同时向所述显示面板加载编码图像信息，一同进入所述水平向光线控制模块，所述水平向光线控制模块对平行光调制，在水平方向上将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置；
所述光线扩散器件将从所述水平向光线控制模块出射的光线，在竖直方向上扩散。
2.根据权利要求1所述的指向背光型自由立体显示系统，其特征在于,所述指向性背光子模块中的所述发光单元呈直线形排布或弧线排布，所述发光单元为点光源、面光源中的任一种或两种组合。
3.根据权利要求1所述的指向背光型自由立体显示系统，其特征在于,所述水平向光线准直模块包括多个水平向光线准子直模块，所述水平向光线准子直模块的数量与所述指向性背光子模块的数量相同，每一个所述指向性背光子模块单独对应一个所述水平向光线准直子模块，所述水平向光线准直子模块的边缘厚度为0-50mm。
4.根据权利要求3所述的指向背光型自由立体显示系统，其特征在于,所述水平向光线准直子模块为平凸透镜、双凸透镜、双凹透镜及正弯月透光镜中的任一种或多种组合。
5.根据权利要求3所述的指向背光型自由立体显示系统，其特征在于,所述水平向光线准直子模块由单个或多个线性菲涅尔透镜组成，所述线性菲涅尔透镜的每个齿呈直线三角锯齿状或弧线状，所述线性菲涅尔透镜的厚度为：0-50mm。
6.根据权利要求1所述的指向背光型自由立体显示系统，其特征在于,所述水平向光线控制模块为柱面透镜阵列、线性菲涅尔透镜阵列或微棱镜结构中的任一种。
7.根据权利要求1所述的指向背光型自由立体显示系统，其特征在于,所述光线扩散器件为柱面透镜阵列或定向扩散膜，所述光线扩散器件的扩散角度范围为：60°-120°。
8.根据权利要求1所述的指向背光型自由立体显示系统的显示方法，其特征在于,包括如下步骤：
(1)、点亮光源，启动中央控制模块，系统开始工作；
(2)、到t1时刻，中央控制模块对指向性背光模块输入电信号，控制指向性背光模块中所有指向性背光子模块的第一指定发光单元点亮，其余发光单元不点亮；第一指定发光单元发出的散射光线进入水平向光线准直模块，经过准直作用成为平行光出射，出射后的光线穿过显示面板；
(3)、中央控制模块控制显示面板加载显示一张编码图像；
(4)、平行光线穿过显示面板，将加载编码图像信息，再进入水平向光线控制模块对平行光调制，在水平方向上将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置；
(5)、进入t2时刻，中央控制模块对指向性背光模块输入电信号，控制指向性背光模块中所有子模块的第二指定发光单元点亮，其余发光单元不点亮；由第二指定发光单元发出的散射光线进入水平向光线准直模块，经过准直作用成为平行光出射，出射后的光线穿过显示面板；
(6)、中央控制模块控制显示面板加载显示一张编码图像；
(7)、平行光线穿过显示面板，将加载编码图像信息，再进入水平向光线控制模块，将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置，期间，从水平向光线控制模块出射的光线会先经过竖置向光线扩散器件，竖直方向上会发生扩散；
(8)、进入t3时刻，中央控制模块对指向性背光模块输入电信号，控制指向性背光模块中所有子模块的第三指定发光单元点亮，其余发光单元不点亮；由第三指定发光但发出的散射光线进入水平向光线准直模块，经过准直作用成为平行光出射，出射后的光线穿过显示面板；
(9)、中央控制模块控制显示面板加载显示一张编码图像；
(10)、平行光线穿过显示面板，将加载编码图像信息，再进入水平向光线控制模块，将合成图像中的各视点的光线偏折到空间中预期的各视点的位置；在此期间，从水平向光线控制模块出射的光线会先经过竖置向光线扩散器件，在竖直方向上会发生扩散；
(11)此时进入下一时刻t4，重复(2)、(3)、(4)过程；再进入下一时刻t5，重复(5)、(6)、(7)过程；再进入下一时刻t6，重复(8)、(9)、(10)过程，以此循环，直到系统退出工作模式时循环结束，中央控制模块控制指向性背光模块所有发光单元停止工作。
9.根据权利要求8所述的显示方法，其特征在于,所述步骤(2)、(3)、(4)在同一时刻t1完成，所述步骤(5)、(6)、(7)在同一时刻t2完成的；所述步骤(8)、(9)、(10)同一时刻t3完成。
10.根据权利要求8-9任一所述的显示方法，其特征在于,所述t1、t2和t3各时刻的时间间隔小于10ms。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811174558.6A CN109120913B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种指向背光型自由立体显示系统及其显示方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811174558.6A CN109120913B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种指向背光型自由立体显示系统及其显示方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109120913A true CN109120913A (zh) | 2019-01-01 |
| CN109120913B CN109120913B (zh) | 2020-09-11 |
Family
ID=64857681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811174558.6A Active CN109120913B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种指向背光型自由立体显示系统及其显示方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109120913B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110716322A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-21 | 北京邮电大学 | 一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法 |
| CN111752003A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-09 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种集成成像三维显示系统 |
| CN113156658A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-07-23 | 浙江大学 | 一种基于同步空间光调制器的立体显示系统 |
| CN113917700A (zh) * | 2021-09-13 | 2022-01-11 | 北京邮电大学 | 一种三维光场显示系统 |
| CN114779492A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-22 | 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 | 一种显示装置及显示方法 |
| CN115083354A (zh) * | 2021-03-16 | 2022-09-20 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 背光调节方法、装置、介质以及交互平板 |
| CN115128829A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-30 | 惠科股份有限公司 | 显示装置 |
| CN115236871A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-10-25 | 北京邮电大学 | 基于人眼跟踪和双向背光的桌面式光场显示系统及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1894976A (zh) * | 2003-12-18 | 2007-01-10 | 视真技术有限公司 | 具有位置跟踪的多用户自动立体显示器 |
| US20120032997A1 (en) * | 2010-08-04 | 2012-02-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Backlight unit and 2d and 3d image display system |
| CN103209333A (zh) * | 2012-01-17 | 2013-07-17 | 韩国科学技术研究院 | 利用时间分割的自由立体三维图像显示装置 |
| CN104597608A (zh) * | 2015-01-07 | 2015-05-06 | 南京大学 | 基于led的无辅助立体显示器的指向性背光结构和方法 |
| CN107817609A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-20 | 北京眸合科技有限公司 | 一种自由立体显示系统 |
| CN108415173A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-08-17 | 常熟市浙大紫金光电技术研究中心 | 基于背光阵列生成器的指向性背光立体显示装置 |
-
2018
- 2018-10-09 CN CN201811174558.6A patent/CN109120913B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1894976A (zh) * | 2003-12-18 | 2007-01-10 | 视真技术有限公司 | 具有位置跟踪的多用户自动立体显示器 |
| US20120032997A1 (en) * | 2010-08-04 | 2012-02-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Backlight unit and 2d and 3d image display system |
| CN103209333A (zh) * | 2012-01-17 | 2013-07-17 | 韩国科学技术研究院 | 利用时间分割的自由立体三维图像显示装置 |
| CN104597608A (zh) * | 2015-01-07 | 2015-05-06 | 南京大学 | 基于led的无辅助立体显示器的指向性背光结构和方法 |
| CN107817609A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-20 | 北京眸合科技有限公司 | 一种自由立体显示系统 |
| CN108415173A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-08-17 | 常熟市浙大紫金光电技术研究中心 | 基于背光阵列生成器的指向性背光立体显示装置 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110716322A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-21 | 北京邮电大学 | 一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法 |
| CN110716322B (zh) * | 2019-10-29 | 2021-03-30 | 北京邮电大学 | 一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法 |
| CN111752003A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-09 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种集成成像三维显示系统 |
| CN113156658A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-07-23 | 浙江大学 | 一种基于同步空间光调制器的立体显示系统 |
| CN115083354A (zh) * | 2021-03-16 | 2022-09-20 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 背光调节方法、装置、介质以及交互平板 |
| CN113917700A (zh) * | 2021-09-13 | 2022-01-11 | 北京邮电大学 | 一种三维光场显示系统 |
| CN114779492A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-22 | 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 | 一种显示装置及显示方法 |
| CN115236871A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-10-25 | 北京邮电大学 | 基于人眼跟踪和双向背光的桌面式光场显示系统及方法 |
| CN115128829A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-30 | 惠科股份有限公司 | 显示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109120913B (zh) | 2020-09-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109120913A (zh) | 一种指向背光型自由立体显示系统及其显示方法 | |
| CN100422818C (zh) | 图像显示设备和使用该设备的便携式终端设备 | |
| CN102445762B (zh) | 一种裸眼3d投影屏幕及裸眼3d投影系统 | |
| CN101750746B (zh) | 立体影像显示器 | |
| CN103197428B (zh) | 基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置 | |
| CN101414425A (zh) | 显示装置及其显示方法 | |
| CN103913845A (zh) | 一种利用遮罩和时间复用方式的三维全景图像显示方法 | |
| CN104597608B (zh) | 基于led的无辅助设备的立体显示器的指向性背光结构和方法 | |
| CN204903922U (zh) | 裸眼3d显示装置 | |
| CN108490624B (zh) | 侧面发光光纤定向背光裸眼3d显示屏 | |
| CN112346252A (zh) | 近眼显示装置 | |
| CN108627992A (zh) | 柔性led显示装置及3d显示系统 | |
| CN107966825A (zh) | 一种拼接型指向性背光源及使用该背光源的显示系统 | |
| CN108761818A (zh) | 一种自由立体显示系统 | |
| CN114326142A (zh) | 一种基于人眼追踪的全视差裸眼3d显示系统及方法 | |
| CN106019795A (zh) | 一种背投屏幕及投影系统 | |
| CN104102085A (zh) | 复合投影裸眼3d系统及其3d成像屏幕 | |
| CN203337990U (zh) | 指向光源3d成像屏幕及裸眼3d投影系统 | |
| CN102638690B (zh) | 宽视角智能3d显示器及其方法 | |
| CN107179612B (zh) | 一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3d显示器 | |
| CN107908014A (zh) | 一种大尺寸指向性背光裸眼3d显示系统 | |
| CN102081239B (zh) | 广角裸眼立体显示系统 | |
| CN208752319U (zh) | 一种自由立体显示系统 | |
| CN114815292B (zh) | 一种用于多人观看的不闪式指向背光裸眼3d显示装置 | |
| CN102841446A (zh) | 立体图像显示装置及其驱动方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518000 14a, building 3, No. 1, Zhongying street, Shatoujiao street, Yantian District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: Shenzhen Huiyan Technology Co.,Ltd. Address before: 518000 14a, building 3, No. 1, Zhongying street, Shatoujiao street, Yantian District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: SHENZHEN MOUHE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211111 Address after: 518000 room c615-2, Research Institute of Tsinghua University, South District, high tech Industrial Park, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: Shenzhen Zhenxiang Technology Co.,Ltd. Address before: 518000 14a, building 3, No. 1, Zhongying street, Shatoujiao street, Yantian District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: Shenzhen Huiyan Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240218 Address after: Room c615-2, Research Institute of Tsinghua University, South District, high tech Industrial Park, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000 Patentee after: Shenzhen Zhenxiang Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: Beijing University of Posts and Telecommunications Address before: Room c615-2, Research Institute of Tsinghua University, South District, high tech Industrial Park, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000 Patentee before: Shenzhen Zhenxiang Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |