CN110109260B - 光场显示系统及光场显示方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光场显示系统及光场显示方法。该光场显示系统包括：显示装置，显示装置用于以预设的时序生成分别对应于K个光场切片的K个二维切片图像；驱动装置和移动平台，驱动装置用于驱动显示装置在移动平台上进行水平移动，移动平台包括K个成像位置，K个成像位置分别对应K个光场切片所在位置；同步单元：包括控制器，控制器用于以预设的时序控制显示装置移动至与时序对应的成像位置并显示与时序对应的二维切片图像；其中，显示装置与移动平台具有小于90°的夹角，显示装置在背对移动平台的一侧显示图像。

Description

光场显示系统及光场显示方法

技术领域

本公开一般涉及图像显示领域，尤其涉及光场显示系统及光场显示方法。

背景技术

传统的平面显示技术只限于二维图像，并不能让观察者获得真实的三维深度信息和完整的表面特性。二维平面成像与显示的缺点在于，人们只能用二维角度来观察丰富的三维世界，遗失了重要的深度信息，并且只能体现某个角度上的物体的表面特性。传统二维平面成像和显示技术的这个缺陷严重地阻碍了人类对客观世界的感知，影响了人类对信息获取、处理、传递、人机交互和决策的准确度、深度、速度和效率。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种实现三维显示的光场显示系统及光场显示方法。

第一方面，提供一种光场显示系统，包括：

显示装置，显示装置用于以预设的时序生成分别对应于K个光场切片的K个二维切片图像；

驱动装置和移动平台，驱动装置用于驱动显示装置在移动平台上进行水平移动，移动平台包括K个成像位置，K个成像位置分别对应K个光场切片所在位置；

同步单元：包括控制器，控制器用于以预设的时序控制显示装置移动至与时序对应的成像位置并显示与时序对应的切片图像；

其中，显示装置与移动平台具有小于90°的夹角，显示装置在背对移动平台的一侧显示图像。

本申请的一个或多个实施例中，显示装置在移动平台进行往复的水平移动，在一个去程移动中在光场成像区域显示三维图像，对应的返程移动中不显示三维图像。

本申请的一个或多个实施例中，一幅三维图像由多层二维图像切片堆积而成。

本申请的一个或多个实施例中，还包括透镜，透镜设置于显示装置的出光方向上。

本申请的一个或多个实施例中，驱动装置包括电机、四连杆机构、滑动板，电机与四连杆机构连接，四连杆机构与滑动板连接，电机的转动将带动四连杆机构驱动滑动板进行往复移动。

本申请的一个或多个实施例中，移动平台包括滑轨，滑动板在滑轨上驱动所述显示装置进行往复移动。

本申请的一个或多个实施例中，控制器与电机和显示装置连接，控制器用于控制电机的转动和显示装置的切片图像显示。

第二方面、提供一种光场显示方法，利用本申请各实施例所提供的的光场显示系统进行三维显示，光场显示方法包括：

显示装置以预设的时序生成分别对应于K个光场切片的K个二维切片图像；

驱动装置驱动显示装置在移动平台上进行水平移动，移动平台包括K个成像位置，K个成像位置分别对应K个光场切片所在位置；

控制器以预设的时序控制显示装置移动至与时序对应的成像位置并显示与时序对应的二维切片图像；

其中，显示装置与移动平台具有小于90°的夹角，维显示装置在背对移动平台的一侧显示图像。

本申请的一个或多个实施例中，显示装置在移动平台进行往复的水平移动，在一个去程移动结束中在光场成像区域显示三维图像，对应的返程移动中不显示三维图像。

本申请的一个或多个实施例中，一幅三维图像由多层二维图像切片堆积而成。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过显示装置、驱动装置、移动平台和同步单元实现以预设的时序控制显示装置移动至与时序对应的成像位置并显示与时序对应的切片图像来形成三维图像，能够解决基于二维图像的三维成像问题。进一步的，根据本申请的某些实施例，通过四连杆机构的急回特性，还能解决执行三维显示后的显示装置快速返回起始位置的问题，获得提高显示效率的效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了根据本申请实施例的光场显示系统的示例性结构框图；

图2示出了根据本申请另一实施例的光场显示系统的示例性结构框图；

图3示出了根据本申请实施例的驱动装置的示例性结构框图；

图4示出了根据本申请实施例的四连杆机构的工作原理图；

图5示出了根据本申请实施例的光场显示方法的示例性流程图；

图6示出了本申请光场显示系统的成像原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

人眼之所以能看见外界物体，是由于物体发出的光波到达了人眼的视网膜，视神经细胞接收到物光波，从而产生三维空间像的视觉。“光场”就是用来记录光线分布情况的一个模型。就像一张“相片”记录的是某一瞬间看到的景象，是“光场”在某一个二维平面的投影。所以若要还原真实世界场景中光的显示，全光函数应被定义为

其中(x,y,z)代表三维空间位置坐标，

代表光线方向，λ为光波长，t为时间。

根据上述的光场理论基本知识，真实场景中光的显示由发光点空间位置(x,y,z)，光的方向

光的波长λ，以及时刻t决定。又由于人眼视觉暂留现象(人眼在观察物体时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失)实际显示的时刻t可以用一段时间△t代替。光波长λ由光的颜色表示，由于人眼只收集射入其中的光线，故空间任意点可以用漫反射模型代替。因此现有平面显示器(例如LCD等)的像素点可以用于空间显示形成光场。本申请采用对光场切片进行扫描显示的方法，具体详见如下说明。

请参考图1，示出了根据本申请实施例的光场显示系统的示例性结构框图。如图1所示，一种光场显示系统，包括：

显示装置3，显示装置3用于以预设的时序生成分别对应于K个光场切片的K个二维切片图像；

驱动装置8和移动平台5，驱动装置用于驱动显示装置3在移动平台5上进行水平移动，移动平台5包括K个成像位置，K个成像位置分别对应K个光场切片所在位置；

同步单元：包括控制器9，控制器9用于以预设的时序控制显示装置移动至与时序对应的成像位置并显示与时序对应的二维切片图像；

其中，显示装置3与移动平台5具有小于90°的夹角，显示装置3在背对移动平台的一侧显示图像，K为大于2的自然数。

为了获得三维图像，需要将预显示的三维图像100进行光场分解，分解的目的是获得以预设时序排列的光场切片序列和对应的二维切片图像，以及对应的成像位置。具体地，如图6所示，将在光场显示区域6中预显示的三维图像100被斜线101至N等分为有序光场切片序列，并根据移动平台的大小设定对应的成像位置。可将移动平台上可移动区域等距离地划分为位置101至位置N。相邻的两个斜线之间形成一个光场切片。其中，每个斜线与三维图像的相交处为该光场切片序列对应的二维切片图像M1、M2、M3至Mn。此时，显示一幅图像的时序序列中包含足够多的二维切片图像时，即可显示三维图像。本实施例中，二维切片图像根据预设的时序显示如下的图像序列：M1、M2、M3至Mn，即可生成三维图像100。

在一些实施例中，显示装置在移动平台进行往复的水平移动，在一个去程移动中在光场成像区域显示三维图像，返程移动中不显示三维图像。

具体地，如图1所示，移动平台往复运动的方向为X轴所在方向(虚线标出)，垂直于移动平台的方向为Z轴所在方向，垂直于X轴与Z轴形成的平面的方向为Y轴所在方向。此时，当显示装置从起点位置A朝向X2方向移动至终点位置B点即去程中，将显示三维图像。再从位置B沿着方向X1移动至位置A点即返程中，显示装置不显示图像，也就是未生成的三维图像。可以理解的是，起点A与终点B之间的区域D1被等分，包含了K个成像位置。需要说明的是，本实施例中的三维坐标仅仅是个举例，三维坐标可根据需要设定，这里不做限定。另外，去程和返程的方向可以根据应用场景来设定，这里不做限定。

在一些实施例中，一幅三维图像由多层二维图像切片堆积而成。如图6所示，三维图像100由M1至Mn的有序光场切片图像堆积而成。

如图2所示，在一些实施例中，还包括透镜2，透镜2设置于显示装置的出光方上，用于放大和拉远在光场成像区域显示的三维图像，且透镜与移动平台平行。透镜将光场区域6显示的三维图像放大并拉远后，人眼1在区域7看到放大后的三维图像。

如图3所示，驱动装置包括电机11、四连杆机构12、滑动板13，电机11与四连杆机构12连接，四连杆机构12与滑动板13连接，电机11的转动将带动四连杆机构12驱动滑动板13进行往复移动。

如图4所示，AB(杆①)在旋转一周过程中，2次与BC(杆②)共线，B点分别在B1和B2两个位置，对应的AC1₁与AC2分别为最短和最长距离，因而摇杆CD的位置C₁D和C₂D分别为其两个极限位置。摇杆在两个极限位置间的夹角ψ称为摇杆的摆角。

当杆AB由AB1转到AB2时，转角

此时杆CD由C₁D摆到C₂D，摆角为ψ；当杆AB再转动

时，杆CD由C2D摆回C1D其摆角仍然为ψ。虽然杆CD来回摆动角度相同，但对应的杆AB转动角度不同

若AB匀速转动，对应的时间(t₁＞t₂)不同，其中t1为转动

转角所用的时间，t2为转动

转角所用的时间。从而反应了C点往返时间不同，也说明了该四连杆机构具有急回特性。因四连杆机构具有急回特性，减少了显示装置的返程时间，使得返程时间小于去程时间。

在一些实施例中，移动平台包括滑轨(图中未标出)，滑动板在滑轨上进行往复移动。采用滑轨，能够减少移动中的摩擦，。

控制器9与驱动装置8中的电机11和显示装置3连接，控制器9用于控制电机的转动和显示装置的切片图像显示，使得显示装置在各成像位置显示对应的二维切片图像。具体地，控制器控制电机将显示装置移动至光场切片101对应的成像位置时，通知显示装置显示对应的切片图像M1；当控制显示装置移动至光场切片102对应的成像位置时，通知显示装置显示对应的切片图像M2；依次类推一直移动到N位置，生成三维图像100。

如图5所示，本申请还提供一种光场显示方法，利用本申请各实施例所提供的的光场显示系统进行三维显示，光场显示方法包括：

步骤S10：显示装置以预设的时序生成分别对应于K个光场切片的K个二维切片图像；

步骤S20：驱动装置驱动显示装置在移动平台上进行水平移动，移动平台包括K个成像位置，K个成像位置分别对应K个光场切片所在位置；

步骤S30：控制器以预设的时序控制显示装置移动至与时序对应的成像位置并显示与时序对应的二维切片图像；

其中，显示装置与移动平台具有小于90°的夹角，维显示装置在背对移动平台的一侧显示图像。

在一些实施例中，显示装置在移动平台进行往复的水平移动，在一个去程移动中在光场成像区域显示三维图像，返程移动中不显示三维图像。

在一些实施例中，一幅三维图像由多层二维图像切片堆积而成。

在一些实施例中，在显示装置的出光方向设置透镜，透镜放大和拉远在光场成像区域显示的三维图像。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种光场显示系统，其特征在于，包括：

显示装置，所述显示装置用于以预设的时序生成分别对应于K个光场切片的K个二维切片图像，K为大于2的自然数；

驱动装置和移动平台，所述驱动装置用于驱动所述显示装置在所述移动平台上进行往复的水平移动，所述移动平台包括K个成像位置，所述K个成像位置分别对应所述K个光场切片所在位置；

同步单元：包括控制器，所述控制器用于以所述预设的时序控制所述显示装置移动至与时序对应的成像位置并显示与时序对应的二维切片图像；

其中，所述显示装置与所述移动平台具有小于90°的夹角，所述显示装置在背对所述移动平台的一侧显示图像，所述显示装置在所述移动平台往复移动中一个方向的行程移动中在光场成像区域显示三维图像，对应的另一方向的行程移动中不显示三维图像。

2.根据权利要求1所述的光场显示系统，其特征在于，一幅所述三维图像由多层二维图像切片堆积而成。

3.根据权利要求1所述的光场显示系统，其特征在于，还包括透镜，所述透镜设置于所述显示装置的出光方向上。

4.根据权利要求1所述的光场显示系统，其特征在于，所述驱动装置包括电机、四连杆机构、滑动板，所述电机与所述四连杆机构连接，所述四连杆机构与所述滑动板连接，所述电机的转动将带动所述四连杆机构驱动所述滑动板进行往复移动。

5.根据权利要求4所述的光场显示系统，其特征在于，所述移动平台包括滑轨，所述滑动板在所述滑轨上驱动所述显示装置进行往复移动。

6.根据权利要求4所述的光场显示系统，其特征在于，所述控制器与所述电机和所述显示装置连接，所述控制器用于控制所述电机的转动和显示装置的切片图像显示。

7.一种光场显示方法，利用权利要求1-6任一所述的光场显示系统进行三维显示，其特征在于，所述光场显示方法包括：

所述显示装置以预设的时序生成分别对应于K个光场切片的K个二维切片图像；

所述驱动装置驱动所述显示装置在所述移动平台上进行水平移动，所述移动平台包括K个成像位置，所述K个成像位置分别对应所述K个光场切片所在位置；

所述控制器以所述预设的时序控制所述显示装置移动至与时序对应的成像位置并显示与时序对应的二维切片图像；

其中，所述显示装置与所述移动平台具有小于90°的夹角，所述显示装置在背对所述移动平台的一侧显示图像。

8.根据权利要求7所述的光场显示方法，其特征在于，所述显示装置在所述移动平台进行往复的水平移动，在一个去程移动中在光场成像区域显示三维图像，对应的返程移动中不显示三维图像。

9.根据权利要求8所述的光场显示方法，其特征在于，一幅所述三维图像由多层二维图像切片堆积而成。

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