CN109828378A - 三维矢量摄录显示方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了三维矢量摄录显示方法和装置。摄录时，用点阵光栅选择目标实物的一束光线，用光栅坐标、感光坐标、亮度值等记录这束光线的矢量信息。显示时，根据所记录的光线矢量信息，用二维显示器显示一个像素光点，并用点阵光栅限定这个像素的光线传播方向，从而还原这束光线的矢量。当很多束光线矢量得到记录和还原，就可以直接从屏幕看到有真实距离的三维虚像，无须区分左眼和右眼图像。本方法和装置能提高观看自由度，成本低。

Description

三维矢量摄录显示方法和装置

技术领域

本发明涉及三维立体图像的摄录，和可供裸眼自由观看的三维立体图像显示领域。

背景技术

目前裸眼三维立体显示技术可分三类：1、双眼视差显示技术，利用光栅、透镜等设备将左眼二维图像投送到左眼，将右眼二维图像投送到右眼，激发大脑的“三维立体”感觉；2、体三维显示技术，利用体素阵列显示三维景像，或利用屏幕快速旋转、快速显示多幅二维图像组成三维图像；3、全息、光场显示技术，利用光的方向特性进行记录和再现，在空中模拟三维物体发出的光线。其中，双眼视差技术不能反映景物的真实距离，长时间观看易眩晕疲劳，且可视度小；体三维技术对显示物体和显示位置有较大限制，一般只用于产品展示；全息和光场技术可以反映景物的真实距离，但制造难度较大、成本较高。三维立体图像的摄录，则是根据显示技术的特点来进行，例如对双眼视差技术，是采用两台摄像机，模拟人的左眼和右眼分别摄录图像。现有技术中，与本发明最接近的技术是2014年12月11日提出的、申请号为201410765843.0、名称为“三维显示设备以及三维显示方法”的专利申请，这项技术将左右眼图像安插在一幅二维图像中，并用二维显示器显示，然后利用光栅限制光线的传播方向，使属于左眼的图像传送到左眼方向、属于右眼的纵列像素传送到右眼方向。这项技术的目的是实现裸眼观看三维立体图像，但不足之处在于：需要区分左眼图像和右眼图像，观看方位受到一定限制，并且不能反映景物的真实距离，与观看实物的效果差距较大。

发明内容

本发明的目的在于：利用光栅和感光设备记录目标实物的各束光线的三维矢量，再利用光栅和二维显示器还愿这些光线的三维矢量，通过三维虚像得到一个与观看实物一样的视觉效果，同时保持较小的制造难度和较低的制造成本。

为了实现上述目的，本发明用了以下技术方案：

三维矢量摄录方法：设立三维坐标系，将点阵光栅I置于点阵感光板的感光面一侧，间隔一定距离；用光栅驱动器I打开点阵光栅I上的一个光栅点作为摄录点，让目标实物的一束光线通过这个摄录点照射到点阵感光板上，形成感光点，同时关闭其他导致记录混淆的光栅点；用虚像数据存贮器记录这束光线经过的摄录点的三维坐标和感光点的三维坐标，作为这束光线的方向数据，同时记录感光点检测到的亮度、色彩等像素标量数据，这样就记录了这束光线的矢量X1f，Y1f，Z1f，X1b，Y1b，Z1b，PIX1，同理，记录目标实物的另一束光线矢量 X2f，Y2f，Z2f，X2b，Y2b，Z2b，PIX2，依次类推；当记录目标实物的所有光线矢量，就记录了目标实物的一帧三维虚像，当连续记录多帧三维虚像，就记录了三维视频。

作为本发明的进一步说明，所述的点阵光栅I和点阵感光板都是平面的，两者互相平行、点阵对齐、距离固定；所述的点阵光栅I是液晶光栅，所述的点阵感光板是CCD感光板，所述的光栅驱动器I包含中央处理器，所述的虚像数据存贮器包含硬盘驱动器。

三维矢量摄录装置：包含点阵光栅I、点阵感光板、光栅驱动器I，和虚像数据存贮器；其中点阵光栅I位于点阵感光板的感光面一侧，间隔一定距离，点阵光栅I的驱动信号输入端与光栅驱动器I的驱动信号输出端连接，点阵光栅I或光栅驱动器I的光栅数据输出端与虚像数据存贮器的光栅数据输入端连接，点阵感光板的感光数据输出端与虚像数据存贮器的感光数据输入端连接。

作为本发明的进一步说明，所述的点阵光栅I和点阵感光板都是平面的，两者互相平行、点阵对齐、距离固定；所述的点阵光栅I是液晶光栅，所述的点阵感光板是CCD感光板，所述的光栅驱动器I包含中央处理器，所述的虚像数据存贮器包含硬盘驱动器。

三维矢量显示方法：根据虚像数据分配器分配的数据，设立三维坐标系，将点阵光栅II置于点阵像素板的显示面一侧，间隔虚像数据指定的距离；根据虚像数据分配器分配的三维虚像的光线矢量数据，用像素驱动器点亮点阵像素板上的指定像素点，发出指定亮度和色彩的散射光线，再用光栅驱动器II打开点阵光栅II上的指定光栅点作为显示点，让像素点发出的一束光线通过显示点照射出去，同时关闭其他导致照射混淆的像素点和光栅点，这样就显示了这束光线从像素点三维坐标射向显示点三维坐标的方向，并显示了像素点的像素标量，即显示了这束光线的矢量PIX1，X1f，Y1f，Z1f，X1b，Y1b，Z1b，同理，显示另一束光线矢量 PIX2，X2f，Y2f，Z2f，X2b，Y2b，Z2b，依次类推；当显示了三维虚像的所有光线矢量，并且显示速率达到人的眼睛的视觉暂留的要求，就显示了一帧三维虚像，当连续显示多帧三维虚像，就显示了三维视频。

作为本发明的进一步说明，所述的点阵光栅II和点阵像素板都是平面的，两者互相平行、点阵对齐、距离固定，所述的点阵光栅II是液晶光栅，所述的点阵像素板是液晶二维显示器面板，所述的像素驱动器是液晶二维显示器的显示驱动装置，所述的光栅驱动器II包含中央处理器，所述的虚像数据分配器包含硬盘驱动器。

三维矢量显示装置：包含点阵像素板、点阵光栅II、像素驱动器、光栅驱动器II、虚像数据分配器；其中点阵光栅II位于点阵像素板的显示面一侧，间隔虚像数据指定的距离，点阵像素板的驱动信号输入端与像素驱动器的驱动信号输出端连接，像素驱动器的像素数据输入端与虚像数据分配器的像素数据输出端连接，点阵光栅II的驱动信号输入端与光栅驱动器II的驱动信号输出端连接，光栅驱动器II的光栅数据输入端与虚像数据分配器的光栅数据输出端连接。

作为本发明的进一步说明，所述的点阵像素板和点阵光栅II都是平面的，两个平面互相平行、点阵对齐、距离固定；所述的点阵像素板是液晶二维显示器的面板，所述的像素驱动器是液晶二维显示器的显示驱动装置，所述的点阵光栅II是液晶光栅，所述的光栅驱动器II包含中央处理器，所述的虚像数据分配器包含硬盘驱动器。

与现有技术相比较，本发明的有益效果：

由于记录和还原了三维实物的光线矢量，因此在显示时会在屏幕后方生成三维虚像，拥有任意的真实的距离，人的眼睛可以通过调节晶状体来选择看清或模糊这个虚像，偏转角度观看还可以看到虚像的不同侧面，并且可以多人同时自由观看，而不需要严格限定观看的角度和距离，也不需要区分左眼图像和右眼图像。本技术使用的光栅、感光板、像素板、数据存贮器、数据分配器等设备都可以使用现有常用设备，只需合理记录和分配虚像数据，即可获得上述三维显示效果，因此制造难度较小、成本较低。

附图说明

图1是本发明的摄录原理图。

图2是本发明的显示原理图。

图3是本发明的虚像成像图。

附图标记：1-目标实物，2-点阵光栅I，3-点阵感光板，4-摄录点，5-显示点， 6-虚像数据存贮器，7-光栅驱动器I，8-像素驱动器，9-虚像数据分配器，10-光栅驱动器II，11-像素点，12-点阵像素板，13-点阵光栅II，14-显示点，15-人的眼睛，16- 三维虚像。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

三维矢量摄录方法：设立三维坐标系，将点阵光栅I 2置于点阵感光板3的感光面一侧，间隔一定距离；用光栅驱动器I 7打开点阵光栅I 2上的一个光栅点作为摄录点4，让目标实物1的一束光线通过这个摄录点4照射到点阵感光板3上，形成感光点5，同时关闭其他导致记录混淆的光栅点；用虚像数据存贮器6记录这束光线经过的摄录点4的三维坐标和感光点5的三维坐标，作为这束光线的方向数据，同时记录感光点5检测到的亮度、色彩等像素标量数据，这样就记录了这束光线的矢量X1f，Y1f，Z1f，X1b，Y1b，Z1b，PIX1，同理，记录目标实物1的另一束光线矢量X2f，Y2f，Z2f，X2b，Y2b，Z2b，PIX2，依次类推；当记录目标实物 1的所有光线矢量，就记录了目标实物1的一帧三维虚像16，当连续记录多帧三维虚像16，就记录了三维视频。

实施例2：

如图1和图3所示，三维矢量摄录方法：设立三维坐标系，将点阵光栅I 2置于点阵感光板3的感光面一侧，间隔一定距离；用光栅驱动器I 7打开点阵光栅I 2上的一个光栅点作为摄录点4，让目标实物1的一束光线通过这个摄录点4照射到点阵感光板3上，形成感光点5，同时关闭其他导致记录混淆的光栅点；用虚像数据存贮器6记录这束光线经过的摄录点4的三维坐标和感光点5的三维坐标，作为这束光线的方向数据，同时记录感光点5检测到的亮度、色彩等像素标量数据，这样就记录了这束光线的矢量X1f，Y1f，Z1f，X1b，Y1b，Z1b，PIX1，同理，记录目标实物1的另一束光线矢量 X2f，Y2f，Z2f，X2b，Y2b，Z2b，PIX2，依次类推；当记录目标实物1的所有光线矢量，就记录了目标实物1的一帧三维虚像16，当连续记录多帧三维虚像16，就记录了三维视频。

如图1所示，所述的点阵光栅I 2和点阵感光板3都是平面的，两者互相平行、点阵对齐、距离固定；所述的点阵光栅I 2是液晶光栅，所述的点阵感光板3是CCD感光板，所述的光栅驱动器I 7包含中央处理器，所述的虚像数据存贮器6包含硬盘驱动器。

实施例3：

三维矢量摄录装置：包含点阵光栅I 2、点阵感光板3、光栅驱动器I 7，和虚像数据存贮器6；其中点阵光栅I 2位于点阵感光板3的感光面一侧，间隔一定距离，点阵光栅I 2的驱动信号输入端与光栅驱动器I 7的驱动信号输出端连接，点阵光栅I 2或光栅驱动器I 7的光栅数据输出端与虚像数据存贮器6的光栅数据输入端连接，点阵感光板3的感光数据输出端与虚像数据存贮器6的感光数据输入端连接。

实施例4：

如图1所示，三维矢量摄录装置：包含点阵光栅I 2、点阵感光板3、光栅驱动器 I7，和虚像数据存贮器6；其中点阵光栅I 2位于点阵感光板3的感光面一侧，间隔一定距离，点阵光栅I 2的驱动信号输入端与光栅驱动器I 7的驱动信号输出端连接，点阵光栅I 2或光栅驱动器I 7的光栅数据输出端与虚像数据存贮器6的光栅数据输入端连接，点阵感光板3的感光数据输出端与虚像数据存贮器6的感光数据输入端连接。

如图1所示，所述的点阵光栅I 2和点阵感光板3都是平面的，两者互相平行、点阵对齐、距离固定；所述的点阵光栅I 2是液晶光栅，所述的点阵感光板3是CCD感光板，所述的光栅驱动器I 7包含中央处理器，所述的虚像数据存贮器6包含硬盘驱动器。

实施例5：

三维矢量显示方法：根据虚像数据分配器9分配的数据，设立三维坐标系，将点阵光栅II 13置于点阵像素板12的显示面一侧，间隔虚像数据指定的距离；根据虚像数据分配器9分配的三维虚像16的光线矢量数据，用像素驱动器8点亮点阵像素板12上的指定像素点11，发出指定亮度和色彩的散射光线，再用光栅驱动器II 10打开点阵光栅II 13上的指定光栅点作为显示点14，让像素点11发出的一束光线通过显示点14照射出去，同时关闭其他导致照射混淆的像素点和光栅点，这样就显示了这束光线从像素点11三维坐标射向显示点14三维坐标的方向，并显示了像素点11的像素标量，即显示了这束光线的矢量 PIX1，X1f，Y1f，Z1f，X1b，Y1b，Z1b，同理，显示另一束光线矢量PIX2，X2f，Y2f，Z2f，X2b，Y2b，Z2b，依次类推；当显示了三维虚像16的所有光线矢量，并且显示速率达到人的眼睛15的视觉暂留的要求，就显示了一帧三维虚像16，当连续显示多帧三维虚像16，就显示了三维视频。

实施例6：

如图2和图3所示，三维矢量显示方法：根据虚像数据分配器9分配的数据，设立三维坐标系，将点阵光栅II 13置于点阵像素板12的显示面一侧，间隔虚像数据指定的距离；根据虚像数据分配器9分配的三维虚像16的光线矢量数据，用像素驱动器8点亮点阵像素板12上的指定像素点11，发出指定亮度和色彩的散射光线，再用光栅驱动器II 10打开点阵光栅II 13上的指定光栅点作为显示点14，让像素点11发出的一束光线通过显示点14 照射出去，同时关闭其他导致照射混淆的像素点和光栅点，这样就显示了这束光线从像素点 11三维坐标射向显示点14三维坐标的方向，并显示了像素点11的像素标量，即显示了这束光线的矢量PIX1，X1f，Y1f，Z1f，X1b，Y1b，Z1b，同理，显示另一束光线矢量 PIX2，X2f，Y2f，Z2f，X2b，Y2b，Z2b，依次类推；当显示了三维虚像16的所有光线矢量，并且显示速率达到人的眼睛15的视觉暂留的要求，就显示了一帧三维虚像16，当连续显示多帧三维虚像16，就显示了三维视频。

如图2所示，所述的点阵光栅II 13和点阵像素板12都是平面的，两者互相平行、点阵对齐、距离固定，所述的点阵光栅II 13是液晶光栅，所述的点阵像素板12是液晶二维显示器面板，所述的像素驱动器8是液晶二维显示器的显示驱动装置，所述的光栅驱动器 II10包含中央处理器，所述的虚像数据分配器9包含硬盘驱动器。

实施例7：

三维矢量显示装置：包含点阵像素板12、点阵光栅II 13、像素驱动器8、光栅驱动器II 10、虚像数据分配器9；其中点阵光栅II 13位于点阵像素板12的显示面一侧，间隔虚像数据指定的距离，点阵像素板12的驱动信号输入端与像素驱动器8的驱动信号输出端连接，像素驱动器8的像素数据输入端与虚像数据分配器9的像素数据输出端连接，点阵光栅II 13的驱动信号输入端与光栅驱动器II 10的驱动信号输出端连接，光栅驱动器II 10 的光栅数据输入端与虚像数据分配器9的光栅数据输出端连接。

实施例8：

如图2所示，三维矢量显示装置：包含点阵像素板12、点阵光栅II 13、像素驱动器8、光栅驱动器II 10、虚像数据分配器9；其中点阵光栅II 13位于点阵像素板12的显示面一侧，间隔虚像数据指定的距离，点阵像素板12的驱动信号输入端与像素驱动器8的驱动信号输出端连接，像素驱动器8的像素数据输入端与虚像数据分配器9的像素数据输出端连接，点阵光栅II 13的驱动信号输入端与光栅驱动器II 10的驱动信号输出端连接，光栅驱动器II 10的光栅数据输入端与虚像数据分配器9的光栅数据输出端连接。

如图2所示，所述的点阵像素板12和点阵光栅II 13都是平面的，两个平面互相平行、点阵对齐、距离固定；所述的点阵像素板12是液晶二维显示器的面板，所述的像素驱动器8是液晶二维显示器的显示驱动装置，所述的点阵光栅II 13是液晶光栅，所述的光栅驱动器II 10包含中央处理器，所述的虚像数据分配器9包含硬盘驱动器。

Claims (8)

1.三维矢量摄录方法，其特征是：设立三维坐标系，将点阵光栅I(2)置于点阵感光板(3)的感光面一侧，间隔一定距离；用光栅驱动器I(7)打开点阵光栅I(2)上的一个光栅点作为摄录点(4)，让目标实物(1)的一束光线通过这个摄录点(4)照射到点阵感光板(3)上，形成感光点(5)，同时关闭其他导致记录混淆的光栅点；用虚像数据存贮器(6)记录这束光线经过的摄录点(4)的三维坐标和感光点(5)的三维坐标，作为这束光线的方向数据，同时记录感光点(5)检测到的亮度、色彩等像素标量数据，这样就记录了这束光线的矢量(X1f，Y1f，Z1f，X1b，Y1b，Z1b，PIX1)，同理，记录目标实物(1)的另一束光线矢量(X2f，Y2f，Z2f，X2b，Y2b，Z2b，PIX2)，依次类推；当记录目标实物(1)的所有光线矢量，就记录了目标实物(1)的一帧三维虚像(16)，当连续记录多帧三维虚像(16)，就记录了三维视频。

2.根据权利要求1所述的三维矢量摄录方法，其特征是：所述的点阵光栅I(2)和点阵感光板(3)都是平面的，两者互相平行、点阵对齐、距离固定；所述的点阵光栅I(2)是液晶光栅，所述的点阵感光板(3)是CCD感光板，所述的光栅驱动器I(7)包含中央处理器，所述的虚像数据存贮器(6)包含硬盘驱动器。

3.三维矢量摄录装置，其特征是：包含点阵光栅I(2)、点阵感光板(3)、光栅驱动器I(7)，和虚像数据存贮器(6)；其中点阵光栅I(2)位于点阵感光板(3)的感光面一侧，间隔一定距离，点阵光栅I(2)的驱动信号输入端与光栅驱动器I(7)的驱动信号输出端连接，点阵光栅I(2)或光栅驱动器I(7)的光栅数据输出端与虚像数据存贮器(6)的光栅数据输入端连接，点阵感光板(3)的感光数据输出端与虚像数据存贮器(6)的感光数据输入端连接。

4.根据权利要求3所述的三维矢量摄录装置，其特征是：所述的点阵光栅I(2)和点阵感光板(3)都是平面的，两者互相平行、点阵对齐、距离固定；所述的点阵光栅I(2)是液晶光栅，所述的点阵感光板(3)是CCD感光板，所述的光栅驱动器I(7)包含中央处理器，所述的虚像数据存贮器(6)包含硬盘驱动器。

5.三维矢量显示方法，其特征是：根据虚像数据分配器(9)分配的数据，设立三维坐标系，将点阵光栅II(13)置于点阵像素板(12)的显示面一侧，间隔虚像数据指定的距离；根据虚像数据分配器(9)分配的三维虚像(16)的光线矢量数据，用像素驱动器(8)点亮点阵像素板(12)上的指定像素点(11)，发出指定亮度和色彩的散射光线，再用光栅驱动器II(10)打开点阵光栅II(13)上的指定光栅点作为显示点(14)，让像素点(11)发出的一束光线通过显示点(14)照射出去，同时关闭其他导致照射混淆的像素点和光栅点，这样就显示了这束光线从像素点(11)三维坐标射向显示点(14)三维坐标的方向，并显示了像素点(11)的像素标量，即显示了这束光线的矢量(PIX1，X1f，Y1f，Z1f，X1b，Y1b，Z1b)，同理，显示另一束光线矢量(PIX2，X2f，Y2f，Z2f，X2b，Y2b，Z2b)，依次类推；当显示了三维虚像(16)的所有光线矢量，并且显示速率达到人的眼睛(15)的视觉暂留的要求，就显示了一帧三维虚像(16)，当连续显示多帧三维虚像(16)，就显示了三维视频。

6.根据权利要求5所述的三维矢量显示方法，其特征是：所述的点阵光栅II(13)和点阵像素板(12)都是平面的，两者互相平行、点阵对齐、距离固定，所述的点阵光栅II(13)是液晶光栅，所述的点阵像素板(12)是液晶二维显示器面板，所述的像素驱动器(8)是液晶二维显示器的显示驱动装置，所述的光栅驱动器II(10)包含中央处理器，所述的虚像数据分配器(9)包含硬盘驱动器。

7.三维矢量显示装置，其特征是：包含点阵像素板(12)、点阵光栅II(13)、像素驱动器(8)、光栅驱动器II(10)、虚像数据分配器(9)；其中点阵光栅II(13)位于点阵像素板(12)的显示面一侧，间隔虚像数据指定的距离，点阵像素板(12)的驱动信号输入端与像素驱动器(8)的驱动信号输出端连接，像素驱动器(8)的像素数据输入端与虚像数据分配器(9)的像素数据输出端连接，点阵光栅II(13)的驱动信号输入端与光栅驱动器II(10)的驱动信号输出端连接，光栅驱动器II(10)的光栅数据输入端与虚像数据分配器(9)的光栅数据输出端连接。

8.根据权利要求7所述的三维矢量显示装置，其特征是：所述的点阵像素板(12)和点阵光栅II(13)都是平面的，两个平面互相平行、点阵对齐、距离固定；所述的点阵像素板(12)是液晶二维显示器的面板，所述的像素驱动器(8)是液晶二维显示器的显示驱动装置，所述的点阵光栅II(13)是液晶光栅，所述的光栅驱动器II(10)包含中央处理器，所述的虚像数据分配器(9)包含硬盘驱动器。