CN110264905A - 一种光场显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光场显示系统，包括旋转显示屏子系统、显示屏定位装置、人眼跟踪子系统及计算机；旋转显示屏子系统包括灯杆，灯杆上包括灯板，灯板上包括矢量像素阵列，矢量像素阵列包实像矢量像素和虚像矢量像素；显示屏定位装置包括多个激光器和光敏传感器，人眼跟踪子系统包括人眼跟踪摄像头和位置计算单元，计算机设备与所述旋转显示屏子系统和所述人眼跟踪子系统相连接；灯板控制器用于根据显示屏定位装置的传感数据确定该灯板的位置，驱动灯板上的各矢量像素在显示方向显示显示内容，以实现3D图像显示。本发明实施例可以实现多人同时观看裸眼3D图像，并且不同观看位置的观众看到的3D图像内容不同，提高裸眼3D图像的分辨率和景深。

Description

一种光场显示系统

技术领域

本发明实施例涉及3D显示技术，尤其涉及一种光场显示系统。

背景技术

裸眼式3D技术可以使用户摆脱3D眼镜的束缚，肉眼直接观察到3D图像。目前，随着显示技术的发展，裸眼3D显示技术主要包括多视点显示技术、体显示技术、指向性背光显示技术、集成成像显示技术、多层显示技术及全息3D显示技术。

其中，多视点显示技术的出现是由于每两个视点的视角太小，所以采用增大视点数的方法来解决视角过小的问题。但是视点越多，占用资源越大而分辨率越低，且视觉辐辏调节与对焦调节的冲突(VAC效应)较为明显。此外，多视点三维显示的节目制作无论动漫还是视频都面临着技术难度大、成本高昂的问题，所以它的应用范围有限。体显示技术是采用旋转屏幕或多个屏幕在空间均匀分布实现不同时间和不同空间位置像素的顺序点亮，由于人眼的视觉暂留效应，从而感知3D影像，但是该技术立体影像画面空间分辨率不足，应用范围有限。指向性背光技术是在导光板上加工特殊设计的结构，使光线传播指向不同方向，形成视差照明，该技术依赖液晶显示屏和指向性背光源，两者难以实现大幅面的图形照明和显示，VAC效应严重。多层显示技术是一种空间平面视角光场显示技术，其基本原理是通过一个显示器内布置两个以上的显示屏幕，在不同的显示屏中显示有差异的视频图像，这些图像具有一定的深度信息，将这些图像进行一一处理后，再通过多个显示屏幕的合成效果，就可以达到立体显示，但是实现多层显示的成像设备体积太大，亮度变低，成本高难以实现。集成成像是利用透镜阵列根据光线可逆原理记录和再现真实三维场景的裸眼3D立体显示技术，但是该方法中成像像点位置单一，景深较小。全息三维显示技术是利用两束相干光，其中一束经真实物体表面反射并携带了物体表面的强度和相位信息，另一束不携带任何信息，两束光相互干涉形成一个复杂的全息光场，这个全息光场包含了物体表面的亮暗、景深等信息，从而复现光场的信息、记录和再现光的强度和相位，给人眼视觉系统提供所需的全部的深度感知信息，实现了多人同时观看同一三维图像，打破了裸眼3D技术对观看人数的限制，但是，全息三维显示技术的视角很小，应用的范围有限。

综上，在现有的多种裸眼3D显示技术中，各方法均不能同时具备景深大、无VAC效应、移动视差明显、视角范围大、亮度高且可同时支持多人观看等优点。

发明内容

本发明实施例提供一种光场显示系统，以实现多人同时观看裸眼3D图像，并且不同观看位置的观众看到的3D图像内容不同，提高裸眼3D图像的分辨率和景深，增大观众视角范围。

本发明实施例提供一种光场显示系统，该系统包括：旋转显示屏子系统、显示屏定位装置、人眼跟踪子系统及计算机设备；

其中，所述旋转显示屏子系统是由灯杆、控制器、灯杆固定装置和电机搭建而成的旋转结构,所述灯杆上包括第一预设数量的灯板，各灯板上包括矢量像素阵列及矢量像素驱动线路，所述矢量像素阵列包实像矢量像素和虚像矢量像素；

所述显示屏定位装置包括多个激光器和光敏传感器，所述激光器设置在所述旋转显示屏子系统周边的多个预设位置处，所述光敏传感器设置在每一个控制器上；

所述人眼跟踪子系统包括人眼跟踪摄像头和位置计算单元，用于根据所述人眼跟踪摄像头获取的图像信息确定至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向；

所述计算机设备与所述旋转显示屏子系统和所述人眼跟踪子系统相连接，用于获取所述至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向，并根据所述至少一个观众的双眼的空间位置生成该空间位置处需要显示给所述至少一个观众的每只眼睛的3D显示数据，并根据所述灯板的排列情况将所述3D显示数据分割并保存，响应于所述控制器的请求将所述至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向与经过分割的3D显示数据发送给所述旋转显示屏子系统；

所述控制器用于根据所述显示屏定位装置的传感数据确定该控制器控制的灯板的位置，向所述计算机设备获取与该控制器控制的灯板的位置对应的3D显示数据与所述至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向，根据获取到的3D显示数据与所述至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向计算该控制器控制的灯板中的每个矢量像素的显示内容和显示方向，并驱动该控制器控制的灯板上的各矢量像素在所述显示方向显示所述显示内容，以实现3D图像显示。

可选的，所述矢量像素是通过将密集发光器件和光学组件集成封装而成，所述密集发光器件和光学组件之间的距离使所述密集发光器件的像为实像时的矢量像素为实像矢量像素，所述密集发光器件和光学组件之间的距离使所述密集发光器件的像为虚像时的矢量像素为虚像矢量像素；其中，所述密集发光器件包括第二预设数量的微型发光二极管阵列或有机发光二极管阵列。

可选的，所述矢量像素阵列中的所述实像矢量像素和所述虚像矢量像素以列为单位交替排布在所述灯板上。

可选的，所述矢量像素间的排列间隔小于观众的瞳孔直径与所述光学组件中光阑直径间差值的二分之一，以使至少两个矢量像素的光心发出的平行光同时射入正视所述旋转显示屏子系统的观众的瞳孔。

可选的，所述矢量像素阵列中还包括无像点矢量像素，所述无像点矢量像素的密集发光器件和光学组件之间的距离使所述密集发光器件发出的光无法汇聚成像。

可选的，所述灯杆固定装置包括一个旋转中心轴、悬臂、斜拉撑以及用于固定灯杆固定环；

第三预设数量的所述灯板与至少一个所述灯板控制器通过所述斜拉撑以分片的编制方式组合为一个灯杆，由多个所述灯杆形成所述旋转显示子系统的显示屏幕。

可选的，每一个所述灯板上均设置有多个固定点，每一个所述斜拉撑上均设置有与所述灯板上的固定点数量相同的固定点，所述各灯板与所述斜拉撑通过相对应的固定点将进行固定。

可选的，在所述旋转显示屏子系统内，每一个所述灯杆中，各灯板放置的朝向相同，且与各灯板固定连接的斜拉撑的编排方向一致，使各灯板上的矢量像素阵列排布一致。

可选的，所述各灯杆通过所述固定环均匀排列固定。

可选的，所述旋转显示屏子系统中的奇数列灯杆与偶数列灯杆间的矢量像素交错排列。

可选的，所述灯杆固定装置包括至少一个旋转中心轴和至少一个显示灯架。

可选的，所述灯杆包括设置有矢量像素的发光部和未设置有矢量像素的旋转部，其中所述旋转部一端固定于所述旋转中心轴并在电机的驱动下以所述旋转中心轴为中心进行旋转。

可选的，所述旋转显示屏子系统还包括补偿灯架，置于与以所述旋转中心轴为旋转中心的灯杆不同的平面，所述补偿灯架上设置有至少一条补偿灯杆，用于补偿所述旋转部的发光空白。

可选的，所述旋转显示屏子系统周边的多个预设位置设置为不均匀排布位置。

可选的，所述系统还包括观影台，所述观影台用于给观众提供观影位置。

本发明实施例通过利用包括实像矢量像素和虚像矢量像素在内的矢量像素阵列的灯杆以及灯杆固定装置、控制器和电机等结构搭建一个可旋转的显示屏子系统，该子系统在灯板控制器的控制下实现灯板定位，获取人眼跟踪定位数据和3D显示数据，进而确认各矢量像素中发光器件的发光方向和发光强度，在旋转过程中实现裸眼3D显示，解决了现有技术中裸眼3D显示图像分辨率低、景深较窄、移动视差有限、视角很小，且应用的范围的问题；可以实现多人同时观看裸眼3D图像，并且不同观看位置的观众看到的3D图像内容不同，提高裸眼3D图像的分辨率和景深，增大观众视角范围。

附图说明

图1是本发明实施例中的光场显示系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中的实像矢量像素示意图；

图3是本发明实施例中的虚像矢量像素示意图；

图4是本发明实施例中的灯板中矢量像素阵列排布示意图；

图5是本发明实施例中的虚像矢量像素、实像矢量像素与普通像素的景深实验数据比较图；

图6是本发明实施例中的灯杆示意图；

图7是本发明实施例中的不同列灯杆中矢量像素排布示意图；

图8是本发明实施例中的一个灯板中矢量像素阵列的排布示意图；

图9是本发明实施例中的瞳孔直径与光阑直径的关系示意图；

图10是本发明实施例中的激光模块在旋转显示屏外围的排布示意图；

图11是本发明实施例中的控制器与系统中其他功能结构的交互示意图；

图12是本发明实施例中的光场显示系统显示图像时的示意图；

图13是本发明实施例中的观影台设置于显示屏外侧的示意图；

图14是本发明实施例中的灯板水平放置时的显示系统的示意图；

图15是本发明实施例中的显示屏为平面结构时的光场显示系统的结构示意图；

图16是本发明实施例中的矢量像素与普通像素景深比较的实验数据图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明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本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例

图1为本发明实施例提供的光场显示系统的结构示意图，本实施例可适用于实现裸眼3D图像显示。如图1所示，光场显示系统的结构具体包括：

旋转显示屏子系统、显示屏定位装置、人眼跟踪子系统、通讯子系统及计算机设备。

其中，旋转显示屏子系统是由灯杆、控制器、灯杆固定装置和电机搭建而成的旋转结构，所述灯杆上包括第一预设数量的灯板，各灯板上包括矢量像素阵列及矢量像素驱动线路，所述矢量像素阵列包实像矢量像素和虚像矢量像素。

具体的，矢量像素阵列中的各矢量像素是通过将密集发光器件和光学组件集成封装而成的一个光源。其中，密集发光器件包括第二预设数量的微型发光二极管阵列或有机发光二极管阵列。矢量像素发出的是点光源窄光束，相对于较大的显示尺度，可近似看成一点发光的光源。矢量像素驱动线路连接着密集发光器件阵列中的每一个发光器件，接受控制器的控制。根据密集发光器件的数量能支持向不少于100个可被区分的方向上投射光束，而且可同时向2个或以上的方向发射上述光束，其发射的光束的亮度支持至少16档可调节。矢量像素可在灯板控制器的控制下使密集发光器件透过一组光学成像装置后形成具有高亮、微小、快速响应的特点的光。进一步的，通过调节密集发光器件与光学组件之间的距离，来调节矢量像素子像素(即各发光器件)的像点在空间的位置，根据子像素像点与光学器件的位置关系，可以分为三大类：虚像模式矢量像素，实像模式矢量像素和无像点矢量像素。也就是说，当密集发光器件和光学组件之间的距离使密集发光器件的像为实像时的矢量像素为实像矢量像素；当密集发光器件和光学组件之间的距离使密集发光器件的像为虚像时的矢量像素为虚像矢量像素；当密集发光器件和光学组件之间的距离使密集发光器件发出的光无法汇聚成像时的矢量像素为无像点矢量像素。其中，实像矢量像素的发光示意图可参考图2所示的内容，虚像矢量像素的发光示意图可参考图3所示的内容。从图2和图3的对比中可看出，实像矢量像素与虚像矢量像素的成像面为不同的平面，分别在矢量像素的两侧。在实像矢量像素和虚像矢量像素的出射光束中，不同的出射光束是由不同的子像素发出的，其中，子像素指密集发光器件中一个发光器件，在一个实像矢量像素或虚像矢量像素中，密集发光器件中的每一个发光器件都可以由控制器单独控制。从而通过控制不同的子像素发出不同强度的光线，形成不同的图案及视觉效果。

进一步的，每一个矢量像素阵列中的实像矢量像素和虚像矢量像素以列为单位交替排布在灯板上。如图4所示的灯板矢量像素阵列排布示意图所示，在该矢量像素阵列中包括一列实像矢量像素和一列虚像矢量像素。在实际搭建光场显示系统时，在一个灯板上至少要包括一列实像矢量像素和一列虚像矢量像素。在其他实施方式中，还可以是M1列实像矢量像素与M2列虚像矢量像素交替排列，M1和M2为正整数，其中，还可以包括至少一列无像点矢量像素。这里需要说明的是，同列的矢量像素的成像平面为同一平面，不同列的同种类矢量像素的成像平面也可以不在同一平面中，具体可通过调节光学组件与密集发光器件的距离来实现，或者选择不同成像焦距的光学组件。这样便可以实现在多个不同成像平面上成像，使显示屏的两侧均具有更佳的景深。虚像矢量像素、实像矢量像素与普通像素的景深比较可参考图5所示的图表。图表中是观看者与显示屏的距离为1000mm时获取到的数据，横轴为观看者的聚焦距离，观看者站的位置不变，通过实像矢量像素、虚像矢量像素和普通像素发出光的分别成像，观看者的视线可聚焦在近处，也可聚焦在远处，纵轴为光斑宽度(即像素数)，光斑越大，光斑内的像素数越多。取普通像素视觉清晰的景深范围对应的纵坐标处(纵坐标值约35)，这一水平虚线，代表光斑宽度在35时的角分辨率约为25circle/degree的时候，普通像素的景深范围为A，虚实矢量像素的景深范围为B，B远大于A。

具体的，在本实施例中，每一个灯板和矢量像素驱动线路板均与斜拉撑连接固定，通过多个斜拉撑的连接组合可将多个灯板排成一列可组合成一个灯杆，可参考如图6所示的由n个灯板(第三数量)组成的灯杆，可利用灯板编制模板进行分片的灯板编制，以实现灯板间的高精度对准，而斜拉撑设计的灵活可调性，也使得显示屏具有柔性特质，力学均匀度高。多个灯杆通过固定环，如上圆钢箍、下圆钢箍及中心轴和悬臂固定围成一个如图1所述圆柱面，该圆柱面可在电机的驱动下按照预设的转速进行旋转，并在旋转过程中显示3D图像。该圆柱面即为一个旋转显示屏，其在静态时是不能显示画面的。

在一种实施方式中，每一个所述灯板上均设置有多个固定点，每一个所述斜拉撑上均设置有与所述灯板上的固定点数量相同的固定点，所述各灯板与所述斜拉撑通过相对应的固定点将进行固定。在旋转显示屏子系统内，每一个灯杆中，各灯板放置的朝向相同，且与各灯板固定连接的斜拉撑的编排方向一致，各灯板上的矢量像素阵列排布一致。当然，斜拉撑的编排方向也有不一致的情况存在，但所有这种利用X型斜拉撑编制灯板的方法均应在我们的保护范围之内。优选的，各灯杆在上圆钢箍和下圆钢箍之间均匀排列固定，所述旋转显示子系统在所述电机的驱动下按照预设的旋转频率旋转时，在显示屏幕旋转过的单位面积中，所述灯板的面积与所述斜拉撑的面积相同，这样在显示时画面的亮度才能更均匀。

进一步的，旋转显示屏子系统中的奇数列灯杆与偶数列灯杆间的矢量像素交错排列，具体可参考图7所示的奇数列和偶数列灯杆示意图。在本实施例中，灯杆是竖直放置的，旋转中心轴为一个竖直的轴线，当灯杆旋转时，可形成一个圆柱形的显示屏。在竖直排列的灯杆中，以其中任意一个灯杆为第一个灯杆，作为奇数列灯杆，其余灯杆可自动区分为奇数列灯杆和偶数列灯杆。奇数列灯杆与偶数列灯杆间的矢量像素交错排列。这样单列灯杆上的矢量像素数目就会减少一倍，而显示信息却没有减少，满足观看需要且使画面显示更流畅。如同样40帧/s显示画面，我们分为奇偶灯杆进行旋转显示时，等同于进行隔行扫描显示，刷新率就提高到80帧/s，具有抵抗画面闪烁的效果。

在本实施例中，无论是横向还是纵向，矢量像素都能够进行高密度的排列，矢量像素的排列密度可以小于其光学器件的光阑宽度，例如，间隔可以是0.5倍光阑宽度。在灯杆的纵向我们可以通过错位密排像素实现列向高像素密度。在横向由于灯杆的转动和视觉暂留效应，通过控制像素的点亮时间可实现横向像素高密度排列，像素的点亮时间越短，显示画面的分辨率越高。因此，像素间隔可以小于矢量像素光学器件的光阑尺寸。

至于在一个灯板中的矢量像素的排列，可采用如图8所示的排列方式，使每一列矢量像素交错排布，可以保证在安装间隙比较大时依然得到比较小的像素间隙，从而提高分辨率。像素间的间隙越小，显示分辨率越高，显示的图像越清晰。正是由于目前的制作工艺限制，矢量像素成本较高且矢量像素尺寸较大，为在保证观看效果的前提下节省成本，矢量像素的排列应为当矢量像素被注视时，至少有两个矢量像素发出的向瞳孔方向的全部平行光能同时射入瞳孔，矢量像素排列最大间隔需要满足(D-p)/2,其中D为瞳孔直径，p为光阑直径，间隔越小显示效果越好，其中，光阑为光学组件中对光束起到限制作用的元件，其关系图可如图9所示。在图9中，D是人的瞳孔直径，p是光阑直径，t为光阑之间的间隔距离，示例性的在图9中展示了3个光阑，在实际使用过程中，可根据需要设置满足要求的数量的光阑。

光场显示系统中的显示屏定位装置包括多个激光器和光敏传感器，其中，激光器设置在旋转显示屏子系统周边的多个预设位置处，光敏传感器设置在每一个控制器上。当平台稳定旋转时，控制器上的光敏传感器会有规律的接收到激光信号，利用激光扫过灯板时的时间差，来推算出当前灯板的具体位置信息。确定了一块灯板的位置，根据该灯板与其它灯板的相对位置信息，即可确定其他灯板的位置信息。在一种实施方式中，旋转显示屏幕外围排布的多个激光器，以某种不均匀方式排布布局用于灯板位置的标定，例如图10所示的激光器的排布方式。

光场显示系统中的人眼跟踪子系统负责给控制器反馈人的视点位置，以保证控制系统能准确的驱动相应的显示像素，主要包括人眼跟踪摄像头和位置计算单元，用于根据所述人眼跟踪摄像头获取的图像信息确定至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向。可以通过多个光学摄像头实时采集多个观众的双目三维位置信息，使用近红外光源使用户眼睛的角膜和瞳孔上产成反射图像，然后使用图像传感器采集眼睛的角膜和瞳孔反射的图像，最后使用图像处理算法精确地计算出眼睛在空间中的位置。

在一种实施方式中，人眼跟踪子系统包括一级摄像头和二级摄像头，一级摄像头和二级摄像头相互连接；其中，一级摄像头用于获取观众面部图像，二级摄像头用于获取观众双目图像，同时，使用一台服务器负责追踪的任务分配和调度，将两级摄像头连接组成整个系统。

光场显示系统中的计算机设备与旋转显示屏子系统和人眼跟踪子系统相连接，用于获取至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向，并根据至少一个观众的双眼的空间位置生成该空间位置处需要显示给至少一个观众的每只眼睛的3D显示数据，并根据灯板的排列情况将3D显示数据分割并保存，响应于各控制器的请求将至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向与经过分割的3D显示数据发送给旋转显示屏子系统。其中，3D显示数据分割可以是将视频按帧分解成图片系列(图片格式可以是jpg，bmp)，根据显示画面的列向分辨率和安装的灯板列数将图片均切分成小块图片并存储成相应的格式。举例说明，图像分辨率为2000*8200(高*宽)，灯板列数82列，则每块3D显示数据大小为2000*100，并按照“视频目录-块目录-块文件”方式存放整个视频的块文件。根据各列灯板即灯杆相对位置的固定特性和旋转运动一致性，各控制器根据旋转显示屏当前旋转的圈数和位置做同步信号数据，根据旋转速度将视频中的帧时间对应到圈数和位置数据，各列控制器根据当前位置提前缓存之后要显示的相应的块图片文件。

进一步的，各控制器用于根据显示屏定位装置的传感数据确定该控制器控制的灯板的位置，向计算机设备获取与该控制器控制的灯板的位置对应的3D显示数据与至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向，根据获取到的3D显示数据与至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向计算该控制器控制的灯板中的每个矢量像素的显示内容和显示方向，并驱动该控制器控制的灯板上的各矢量像素在所述显示方向显示所述显示内容，以实现3D图像显示。各控制器与光场显示系统的其他装置或部件之间的连接关系可参考图11所示的控制器与系统中其他功能结构的交互示意图。一个所述控制器控制至少一个灯板。

此外，光场显示系统还包括供电系统，负责给机械旋转系统、服务器、灯板控制器、灯板提供稳定电源。

优选的，光场显示系统还包括观影台，用于给观众提供观看视角较佳的观影位置。根据旋转显示屏的实际应用场景，当需要设置观影台的时候，可根据显示屏显示图像的方向确定观影台的位置在圆柱形显示屏的内侧或外侧。如图1所示的光场显示系统，观影台便设置于旋转显示屏的内部，当有图像显示时的示意图可如图12所示。在一种实施方式中，观众可以从旋转显示屏的外部观看显示的内容，具体可参考图13所示的示意图。当需要设置观影台时，可在图13中所示的显示系统外侧适宜的位置处设置观影台，为观众提供观影便利。

在另外一种实施方式中，灯杆可以水平放置，那么对灯杆起到固定作用的圆钢箍即为左侧圆钢箍和右侧圆钢箍，旋转显示屏子系统的旋转中心轴即为一个水平的轴线，具体的可参考图14所示的光场显示系统示意图。

在另外一种实施方式中，旋转的显示屏并非圆柱形等曲面屏幕，而是平面的显示屏系统，在该光场显示系统中，灯杆固定装置包括至少一个旋转中心轴和至少一个显示灯架。进一步的，灯杆包括设置有矢量像素的发光部和未设置有矢量像素的旋转部，其中所述旋转部一端固定于所述旋转中心轴并在电机的驱动下以所述旋转中心轴为中心进行旋转。旋转显示屏子系统还包括补偿灯架，置于与以所述旋转中心轴为旋转中心的灯杆不同的平面，所述补偿灯架上设置有至少一条补偿灯杆，用于补偿所述旋转部的发光空白。图15示出了一种优选的实施方式，在图15中，包括两个显示灯架10；两个显示灯架10中共包括16根显示灯杆101，分别形成两个米字型结构，还包括旋转轴102，显示灯杆101固定设置在旋转轴102上，并在电机的驱动下绕旋转轴102旋转；显示灯杆101包括设置有至少一个灯板的发光部1011，灯板上设置有至少一个矢量像素，和不设置显示灯板的旋转部1012，旋转部1012邻近旋转中心，发光部1011远离旋转中心，旋转中心为显示灯杆101与旋转轴102的固定处；矢量像素包括至少一个矢量子像素，矢量子像素向预设角度发射光线。两个显示灯架10设置在同一水平面上，即全部显示灯杆101在同一水平面上，这样设置的好处在于，在两个显示灯架10工作的过程中，避免出现由于两个显示灯架10不在同一水平面上，导致用户观看到两个灯杆10之间的缝隙，导致存在用户体验较差的技术问题。

在显示灯架10工作的过程中，由于存在旋转部1012不能显示图像，会在平面的显示屏中存在无图像区域。为了克服这一问题，设置了补偿灯架20。补偿灯架20包括灯座201以及至少一个补偿灯杆202。至少一个补偿灯杆202固定在灯座201上，且至少一个补偿灯杆202的一端指向灯座201的圆心处。补偿灯架20可以理解为用于补偿显示灯架10的旋转部1012的灯架。也就是说，补偿灯架20是用于补偿显示灯架上未设置矢量像素的旋转部1012。在图15中补偿灯杆202为八根，按照预设角度间隔45°设置在灯座201上。

光场显示系统还包括支撑架30，两个显示灯架10与补偿灯架20设置在平行的两个不同平面上，补偿灯架20设所在的平面与观看侧距离相对更近。旋转轴102固定安装在支撑架30上。在具体应用的过程中，为了使补偿灯架20尽可能的覆盖显示灯架10的旋转部，补偿灯杆202可以尽可能的长，以覆盖旋转部。在固定补偿灯架20时，补偿灯架20所在平面上的几何中心可以与显示灯架10旋转中心连线的中点在同一直线上，且该直线与两个平面垂直。采用此种设置方式的好处在于，两个显示灯架10和补偿灯架20旋转时，补偿灯架20覆盖显示10灯杆的旋转部，从而使用户可以看到完整的显示屏幕，当需要大尺寸的显示屏时，可相应的增加显示灯架与补偿灯架的数量，来达到相应的效果。

进一步的，驱动补偿灯架20采取的驱动方式为磁悬浮驱动方式。驱动补偿灯架20包括：至少三块磁体23。可以将至少三块磁铁分为两部分，一部分为驱动补偿灯架的灯座201进行运动，另一部为调节补偿灯架20。在一些实施方式中驱动补偿灯架20也可采用机械驱动轮驱动方式。

这里需要说明的是，在同分辨率的情况下，使用了矢量像素的光场显示系统可以使显示屏发出的光具有指向性，比普通像素具有更大的景深，有效的增加了实像的显示深度使得观看者站在相同的位置较之以前能看得更远而图像依然清晰，在一定程度上解决了VAC(Vergence Accommodation Conflict视觉辐辏调节与对焦调节的冲突)效应。示例性的，以有机发光二极管为光源的矢量像素和普通像素景深的对比来说明矢量像素能提高景深。具体的，在实验用相机镜头前加4mm小孔模仿人眼睛，分别拍摄有光学模块形成的矢量像素和普通显示屏的普通像素在相机聚焦不同平面时拍摄图像中像素的光斑大小，拍摄时保持显示的矢量像素与普通像素大小相等，如图16所示，当光斑宽度接近25时的水平虚线位置处，可以看出矢量像素的景深较普通像素大很多。

此外，由于矢量像素使投射到人眼的光斑尺寸很小，可以小于瞳孔尺寸，那么当观看者距离屏幕很近时，可以有效增加望远的景深，从而克服VAC效应。具体的，由于矢量显示像素出光税利且光束足够窄，当观看者距离屏幕很近时，投射到眼睛里光斑尺寸就远小于人眼瞳孔的尺寸，发出的光束在人眼的瞳孔里形成小孔成像的效应。相当于把相机的镜头缩小、景深加大，人眼聚焦的位置由近放松到了远处，无形中有效的增加了望远的距离，使得从近到远所看到的景像都是清楚的。矢量像素的制作拉大了景深，即可以运用我们的方法在原有的屏幕里有了更大的空间去增加不同焦距的虚拟显示层，从而解决VAC难题，单层就能实现光场显示。

此外，本发明实施例的光场显示系统，通过人眼追踪系统及灯板控制器可以同时为多个方向提供显示，并支持多人同时使用没有串扰。由于我们的点光源多而且光束角小，角分辨率高，可以支持向不同方向上对不同的人眼投射相对应的不同的内容。支持好多个人在移动的状态下去观看，能照顾到空间上各个角度上的每只眼睛在不同的位置上都能看见一个逼真的场景。只要是区域不重叠，就能保证大家看到的东西不一样，不会有互相的干扰。

本发明实施例的光场显示系统中，矢量显示像素可以制作成不同的聚焦距离规格，实现不同聚焦面的显示。在同一个装置上可同时排布多层不同聚焦面的像素，实现不同景深的显示，达到光场显示效果。利用矢量像素的制作可选择让显示灯杆稀疏的排列，相当于可以再加一组或多组灯杆实现两个或多个显示器同时显示。通过光学成像装置和芯片驱动程序，使每层显示的焦距可调可控。

本发明实施例通过利用包括矢量像素阵列的灯板以及中心轴、悬臂、斜拉撑等连接固定装置搭建一个可旋转的显示屏子系统，该子系统在灯板控制器的控制下实现灯板定位，获取人眼跟踪定位数据和3D显示数据，进而确认各矢量像素中发光器件的发光方向和发光强度，在旋转过程中实现裸眼3D显示，解决了现有技术中裸眼3D显示图像分辨率、景深较窄、移动视差有限、视角很小，且应用的范围的问题；可以实现多人同时观看裸眼3D图像，并且不同观看位置的观众看到的3D图像内容不同，提高裸眼3D图像的分辨率和景深，增大观众视角范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种光场显示系统，其特征在于，包括：旋转显示屏子系统、显示屏定位装置、人眼跟踪子系统及计算机设备；

其中，所述旋转显示屏子系统是由灯杆、控制器、灯杆固定装置和电机搭建而成的旋转结构,所述灯杆上包括第一预设数量的灯板，各灯板上包括矢量像素阵列及矢量像素驱动线路，所述矢量像素阵列包实像矢量像素和虚像矢量像素；

所述显示屏定位装置包括多个激光器和光敏传感器，所述激光器设置在所述旋转显示屏子系统周边的多个预设位置处，所述光敏传感器设置在每一个控制器上；

所述人眼跟踪子系统包括人眼跟踪摄像头和位置计算单元，用于根据所述人眼跟踪摄像头获取的图像信息确定至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向；

所述计算机设备与所述旋转显示屏子系统和所述人眼跟踪子系统相连接，用于获取所述至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向，并根据所述至少一个观众的双眼的空间位置生成该空间位置处需要显示给所述至少一个观众的每只眼睛的3D显示数据，并根据所述灯板的排列情况将所述3D显示数据分割并保存，响应于所述控制器的请求将所述至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向与经过分割的3D显示数据发送给所述旋转显示屏子系统；

所述控制器用于根据所述显示屏定位装置的传感数据确定该控制器控制的灯板的位置，向所述计算机设备获取与该控制器控制的灯板的位置对应的3D显示数据与所述至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向，根据获取到的3D显示数据与所述至少一个观众的双眼的空间位置和视线方向计算该控制器控制的灯板中的每个矢量像素的显示内容和显示方向，并驱动该控制器控制的灯板上的各矢量像素在所述显示方向显示所述显示内容，以实现3D图像显示。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述矢量像素是通过将密集发光器件和光学组件集成封装而成，所述密集发光器件和光学组件之间的距离使所述密集发光器件的像为实像时的矢量像素为实像矢量像素，所述密集发光器件和光学组件之间的距离使所述密集发光器件的像为虚像时的矢量像素为虚像矢量像素；其中，所述密集发光器件包括第二预设数量的微型发光二极管阵列或有机发光二极管阵列。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述矢量像素阵列中的所述实像矢量像素和所述虚像矢量像素以列为单位交替排布在所述灯板上。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述矢量像素间的排列间隔小于观众的瞳孔直径与所述光学组件中光阑直径间差值的二分之一，以使至少两个矢量像素的光心发出的平行光同时射入正视所述旋转显示屏子系统的观众的瞳孔。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述矢量像素阵列中还包括无像点矢量像素，所述无像点矢量像素的密集发光器件和光学组件之间的距离使所述密集发光器件发出的光无法汇聚成像。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述灯杆固定装置包括一个旋转中心轴、悬臂、斜拉撑以及用于固定灯杆的固定环；

第三预设数量的所述灯板与至少一个所述灯板控制器通过所述斜拉撑以分片的编制方式组合为一个灯杆，由多个所述灯杆形成所述旋转显示子系统的显示屏幕。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，每一个所述灯板上均设置有多个固定点，每一个所述斜拉撑上均设置有与所述灯板上的固定点数量相同的固定点，所述各灯板与所述斜拉撑通过相对应的固定点将进行固定。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述旋转显示屏子系统内，每一个所述灯杆中，各灯板放置的朝向相同，且与各灯板固定连接的斜拉撑的编排方向一致，使各灯板上的矢量像素阵列排布一致。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述各灯杆通过所述固定环均匀排列固定。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述旋转显示屏子系统中的奇数列灯杆与偶数列灯杆间的矢量像素交错排列。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述灯杆固定装置包括至少一个旋转中心轴和至少一个显示灯架。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述灯杆包括设置有矢量像素的发光部和未设置有矢量像素的旋转部，其中所述旋转部一端固定于所述旋转中心轴并在电机的驱动下以所述旋转中心轴为中心进行旋转。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述旋转显示屏子系统还包括补偿灯架，置于与以所述旋转中心轴为旋转中心的灯杆不同的平面，所述补偿灯架上设置有至少一条补偿灯杆，用于补偿所述旋转部的发光空白。

14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述旋转显示屏子系统周边的多个预设位置设置为不均匀排布位置。

15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括观影台，所述观影台用于给观众提供观影位置。