CN110012286A - 一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置。该显示装置由2D显示面板、第一柱透镜光栅、散射层、第二柱透镜光栅、光路开关、第一摄像头及第二摄像头构成。第一摄像头和第二摄像头用于判断观看者位置。2D显示面板提供与观看者位置对应的视差合成图像。第一柱透镜光栅可将2D显示面板上的视差合成图像缩小成像于所述散射层位置处，用于减小像素间距。较小的像素间距有利于提高视点密度。散射层用于向第二柱透镜光栅方向散射视差合成图像。光路开关根据观看者所在位置，通过选择第二柱透镜光栅上的部分柱透镜将视差合成图像投射到观看者所在区域。当人眼处于对应的观看区域时，可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。

Description

一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术，更具体地说，本发明涉及立体显示技术。
背景技术
3D显示技术是可以实现立体场景真实再现的一种显示技术，其可以为人眼分别提供不同的视差图像，从而使人产生立体视觉。通常立体显示装置由分光元件和用于提供立体视差合成图像的2D显示面板构成。通过精确耦合，立体视差合成图像像素可以被分光元件投射到指定的方向，从而形成视点。然而传统立体显示受制于视点数目、视点密度和视区范围之间的矛盾，在视点数目一定的情况下，视区范围越大，则单位区域内的视点数目越少，视差连续性越低。若通过增大视点数目来提高视点密度和视区范围，则图像的分布率又会降低。故本发明提出了一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置。
发明内容
本发明提出了一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置。附图1为该高视点密度的人眼追踪立体显示装置的结构示意图。该高视点密度的人眼追踪立体显示装置由2D显示面板、第一柱透镜光栅、散射层、第二柱透镜光栅、光路开关、第一摄像头及第二摄像头构成。
所述第一摄像头和第二摄像头用于判断观看者位置，其通过拍摄观看者并利用观看者在第一摄像头和第二摄像头所拍摄的两幅图像中的位置确定观看者方位。观看者位置确定后，所述2D显示面板提供与观看者位置对应的视差合成图像。所述第一柱透镜光栅可将所述2D显示面板上的视差合成图像缩小成像于所述散射层位置处，用于减小像素间距。较小的像素间距有利于提高视点密度。所述散射层用于将缩小成像后的视差合成图像向所述第二柱透镜光栅方向散射。所述光路开关可根据观看者所在位置，选择所述第二柱透镜光栅上的部分柱透镜，将缩小后的视差合成图像投射到观看者所在区域。当人眼处于对应的观看区域时，可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。
可选地，光路开关与第二柱透镜光栅紧贴放置，其前后位置可以互换。
可选地，光路开关可作为狭缝光栅使用，此时第二柱透镜光栅可移除。
可选地，第一柱透镜光栅可替换为狭缝光栅。
可选地，光路开关可用液晶面板制备。
可选地，散射层可由节距很小的透镜阵列制备。
可选地，第一柱透镜光栅及第二柱透镜光栅可替换为透镜阵列，并设置额外的摄像头以提供具有垂直视差的立体图像显示。
本发明中，由于第一柱透镜可将2D显示面板上的视差合成图像缩小成像于散射层位置处，用于减小像素间距，因此视差图像经第二柱透镜光栅投射后具有较高的视点密度以提高视差连续性；由于2D显示面板所提供的视差图像，可由光路开关和第二柱透镜投射到多个区域，故视区范围较广；由于2D显示面板同一时刻只需要提供观看者所在区域的视差合成图像，故其分辨率高于传统多视点的立体显示装置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明在第一区域进行显示的示意图。
图3为本发明在第二区域进行显示的示意图。
图标：010-高视点密度的人眼追踪立体显示装置；020-第一视区显示的光路；030-第二视区显示的光路；100-2D显示面板；200-第一柱透镜光栅；300-散射层；400-第二柱透镜光栅；500-光路开关；610-第一摄像头；620-第二摄像头；111-第一视区内的第一视差图像像素；112-第一视区内的第二视差图像像素；113-第一视区内的第三视差图像像素；114-第一视区内的第四视差图像像素；115-第一视区内的第五视差图像像素；116-第一视区内的第六视差图像像素；121-第二视区内的第一视差图像像素；122-第二视区内的第二视差图像像素；123-第二视区内的第三视差图像像素；124-第二视区内的第四视差图像像素；125-第二视区内的第五视差图像像素；126-第二视区内的第六视差图像像素；711-第一视区内的第一视差图像观看位置；712-第一视区内的第二视差图像观看位置；713-第一视区内的第三视差图像观看位置；714-第一视区内的第四视差图像观看位置；715-第一视区内的第五视差图像观看位置；716-第一视区内的第六视差图像观看位置；721-第二视区内的第一视差图像观看位置；722-第二视区内的第二视差图像观看位置；723-第二视区内的第三视差图像观看位置；724-第二视区内的第四视差图像观看位置；725-第二视区内的第五视差图像观看位置；726-第二视区内的第六视差图像观看位置。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
实施例
图1为本实施例提供的高视点密度的人眼追踪立体显示装置010的结构示意图。图中x坐标表示空间中的水平方向，y坐标表示空间中的垂直方向，z表示与x-y平面垂直的方向。请参照图1，本实施例提供一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置010，由2D显示面板100、第一柱透镜光栅200、散射层300、第二柱透镜光栅400、光路开关500、第一摄像头610及第二摄像头620构成。其中所述散射层300为节距较小的透镜阵列。
下面对本实施例提供的高视点密度的人眼追踪立体显示装置010进行进一步说明。
请参照图1，第一摄像头610和第二摄像头620正对z轴坐标放置，处于同一水平高度，并在y方向上间隔一定距离进行放置，用于拍摄观看者并确定观看者所处于的空间位置。由于所述第一摄像头610和第二摄像头620所处于的空间位置不同，其对同一观看者进行拍摄时，该观看者在第一摄像头610和第二摄像头620采集到的图片中处于不同的位置。观看者在两幅图片中在水平方向位置的平均值决定了观看者所处于的方向；观看者在两幅图片中的相对位移，即视差大小，决定了观看者到屏幕的距离。故第一摄像头610和第二摄像头620可确定观看者位置。
观看者位置确定后，2D显示面板100提供与观看者位置对应的视差合成图像。请参照图2，若观看者处于屏幕正对的第一视区时，2D显示面板100提供的视差合成图像由6幅对应第一视区的视差图像构成。该视差合成图像中，6幅视差图像的像素111~116按列交替进行周期性排列。第一柱透镜光栅200上的每一柱透镜与6幅视差图像像素排列的一个周期对应，且第一柱透镜光栅200到2D显示面板100的距离大于2倍柱透镜焦距。此时，第一柱透镜光栅200可将视差合成图像缩小成像于散射层300位置处。因此，散射层300上视差合成图像所成的像具有较小的像素节距。散射层300将缩小成像后的视差合成图像向第二柱透镜光栅400方向散射。光路开关500由液晶面板制备，根据液晶显示原理，其可控制对应位置的光路通断。此时，光路开关500通过打开与第一视区对应的柱透镜位置的光路，使缩小后的视差合成图像经由第二柱透镜光栅400投射到第一视区，并在视区中形成与6幅视差图像对应的观看位置711~716。根据相似三角形原理，因缩小后的视差合成图像具有较小的像素节距，其有利于形成更高的视点密度，即6幅视差图像对应的观看位置711~716之间的距离较小。当人眼处于对应的观看位置时，可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。
同理，请参照图3，若观看者处于第一视区旁的第二视区时，2D显示面板100提供的视差合成图像由6幅对应第二视区的视差图像构成。该视差合成图像中，对应第二视区的6幅视差图像的像素121~126按列交替进行周期性排列。光路开关500通过打开与第二视区对应的柱透镜位置的光路，将缩小后的视差合成图像投射到第二视区，并在视区中形成与第二视区中6幅视差图像对应的观看位置721~726。
本发明中，由于第一柱透镜200可将2D显示面板100上的视差合成图像缩小成像于散射层300位置处，用于减小像素间距，因此视差图像经第二柱透镜光栅400投射后具有较高的视点密度以提高视差连续性；由于2D显示面板100所提供的视差图像，可由光路开关500和第二柱透镜400投射到如第一视区、第二视区等多个区域，故视区范围较广；由于2D显示面板100同一时刻只需要提供观看者所在区域的6幅视差合成图像，故其立体图像分辨率高于传统的需要同时提供12幅视差图像的立体显示装置。

Claims (7)

1.一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置，其特征在于：该高视点密度的人眼追踪立体显示装置由2D显示面板、第一柱透镜光栅、散射层、第二柱透镜光栅、光路开关、第一摄像头及第二摄像头构成，所述第一摄像头和第二摄像头用于判断观看者位置，其通过拍摄观看者并利用观看者在第一摄像头和第二摄像头所拍摄的两幅图像中的位置确定观看者方位，观看者位置确定后，所述2D显示面板提供与观看者位置对应的视差合成图像，所述第一柱透镜光栅可将所述2D显示面板上的视差合成图像缩小成像于所述散射层位置处，用于减小像素间距，所述散射层用于将缩小成像后的视差合成图像向所述第二柱透镜光栅方向散射，所述光路开关可根据观看者所在位置，选择所述第二柱透镜光栅上的部分柱透镜，将缩小后的视差合成图像投射到观看者所在区域，当人眼处于对应的观看区域时，可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。
2.如权利要求1所述的一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置，其特征在于：光路开关与第二柱透镜光栅紧贴放置，其前后位置可以互换。
3.如权利要求1所述的一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置，其特征在于：光路开关可作为狭缝光栅使用，此时第二柱透镜光栅可移除。
4.如权利要求1所述的一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置，其特征在于：第一柱透镜光栅可替换为狭缝光栅。
5.如权利要求1所述的一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置，其特征在于：光路开关可用液晶面板制备。
6.如权利要求1所述的一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置，其特征在于：散射层可由节距很小的透镜阵列制备。
7.如权利要求1所述的一种高视点密度的人眼追踪立体显示装置，其特征在于：第一柱透镜光栅及第二柱透镜光栅可替换为透镜阵列，并设置额外的摄像头以提供具有垂直视差的立体图像显示。
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