CN110322801B - 一种三维显示装置、其显示方法及三维显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维显示装置、其显示方法及三维显示系统，该三维显示装置包括：支撑平台，第一转轴，和第二转轴，所述第二转轴与所述第一转轴相互垂直。通过主转轴和辅转轴的相互配合转动，使第一条形灯带在对应的位置显示对应的图像，从而实现真三维显示，与相关技术中的三维显示装置相比，使用第一条形灯带进行显示，可以增加显示的透明度，并且第一条形灯带仅于第二转轴存在一个交点，同时也减少了黑线的面积，有利于提升显示质量。

Description

一种三维显示装置、其显示方法及三维显示系统

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，尤其涉及一种三维显示装置、其显示方法及三维显示系统。

背景技术

人类的视觉系统能够感知现实物体的真三维信息，但是目前仍是通过显示屏等媒介获取二维图像信息，无法实现客观世界的重建，因此，真三维立体显示技术成为显示领域的研究重点。体扫描式三维显示是真三维显示领域的重要组成部分，它充分利用了人眼视觉暂留的特点，由视觉体素代替分子微粒，真实还原三维物体。

相关技术中，体扫描式三维显示的当前主流方案是利用发光器件组成方形显示面阵，绕一个轴进行旋转，扫描成圆柱体显示空间。发光器件组成的面阵旋转一周称为一个体帧，一个体帧内设置若干个固定位置用于显示对应的三维物体截面图像，称为一个电子帧。该方案的缺点是利用面阵进行旋转使得显示透明度较低；另外，由于转轴与显示面的安装关系，在转轴所在的区域会出现明显的黑线，影响整体显示质量。

因此，如何增加显示的透明度，以及减少黑线的面积是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种三维显示装置、其显示方法及三维显示系统，用以增加三维显示装置的显示透明度，并减少黑线的面积。

第一方面，本发明实施例提供了一种三维显示装置，包括：支撑平台，所述支撑平台的支撑面一侧设置有第一转轴，其中，所述第一转轴的一端固定于所述支撑面的中心位置，所述第一转轴带动所述支撑平台沿所述第一转轴转动的方向转动；

所述支撑面背离所述第一转轴的一侧设置有两个支撑杆，所述两个支撑杆分别位于所述支撑面的中心的两侧，且所述支撑杆的一端与所述支撑面固定连接；

还包括：第一条形灯带，所述第一条形灯带固定于第二转轴上，所述第二转轴两端可旋转的固定于两个所述支撑杆之间，其中，所述第二转轴与所述第一转轴相互垂直。

在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的三维显示装置中，所述第一条形灯带固定于所述第二转轴的中心位置。

在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的三维显示装置中，所述第一条形灯带的中心位置固定于所述第二转轴的中心位置。

在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的三维显示装置中，还包括：第二条形灯带；

所述第二条形灯带与所述第一条形灯带和所述第二转轴均垂直设置，且存在一个交差点。

第二方面，本发明实施例提供了一种三维显示装置的显示方法，包括：

获取待显示三维图像中各像素点在笛卡尔坐标系下的第一坐标；

将各所述第一坐标转化为在球坐标系下的第二坐标；

根据所述第二坐标，确定所述第一转轴和所述第二转轴中的主转轴和辅转轴，并确定所述主转轴的角度范围；

根据所述主转轴待旋转的角度范围以及所述主转轴的预先设定的扫描频率，确定所述主转轴的扫描模式；

根据所述扫描模式，驱动所述主转轴转动，同时驱动所述辅转轴周向转动，并在对应的时间获取所述条形灯带中的发光器件对应的驱动信号，驱动各所述发光器件点亮。

在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，所述将各所述第一坐标转换为在球坐标系下的第二坐标，具体包括：

在所述笛卡尔坐标系下，在ψ角旋转方向上和θ角旋转方向分别间隔预设度数，确定标识位，其中，相邻所述标识位在各方向上的间隔度数相等；

通过以下公式将各所述标识位对应的所述第一坐标转换为所述第二坐标：

其中，(x，y，z)表示在所述笛卡尔坐标系下的三维坐标，(r，ψ，θ)表示在所述球坐标系下的三维坐标，δ表示所述条形灯带中相邻发光器件之间的距离；round函数表示四舍五入的取整过程。

在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，所述根据所述第二坐标，确定所述第一转轴和所述第二转轴中的主转轴和辅转轴，并确定所述主转轴的角度范围，具体包括：

根据所述第二坐标，分别确定ψ角和θ角所在的范围，其中，ψ∈[a，b]，θ∈[c，d]；

当|b-a|≤|d-c|时，确定所述第一转轴为所述主转轴；

当|b-a|＞|d-c|时，确定所述第二转轴为所述主转轴；

其中，a表示所述ψ角起始扫描位置对应的角度，b表示所述ψ角终止扫描位置对应的角度，c表示所述θ角起始扫描位置对应的角度，b表示所述θ角终止扫描位置对应的角度。

在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，所述根据所述主转轴待旋转的角度范围以及所述主转轴的预先设定的扫描频率，确定所述主转轴的扫描模式，具体包括：

根据所述主转轴待旋转的角度范围以及所述主转轴的扫描频率，确定所述主转轴的扫描方式，具体通过如下公式计算：

当

时，确定所述主转轴采用局部往复扫描的方式；

当

时，确定所述主转轴采用局部往复扫描方式或周向旋转的方式；

当

时，确定所述主转轴采用周向旋转的方式；

其中，a1表示所述主转轴的旋转角度范围的起始端对应的角度，b1表示所述主转轴的旋转角度范围的终止端对应的角度，f表示所述主转轴的扫描频率，t1表示所述主转轴采用局部往复扫描方式时，显示区间的时长，t2表示所述主转轴采用局部往复扫描方式所用的时长，m₂:m₁表示休止区间的时间与显示区间的时间之间的比值，γ表示所述主转轴采用局部往复扫描方式所用的时长与所述主转轴采用周向旋转方式所用的时长的比值。

第三方面，本发明实施例提供了一种三维显示系统，包括第一方面任一实施例提供的三维显示装置，以及用于分别驱动所述第一转轴和所述第二转轴的第一电机和第二电机。

在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的三维显示系统中，还包括：用于封装所述三维显示装置的透明封装罩和抽真空装置。

本发明的有益效果：

本发明实施例提供了一种三维显示装置、其显示方法及三维显示系统，该三维显示装置包括：支撑平台，所述支撑平台的支撑面一侧设置有第一转轴，其中，所述第一转轴的一端固定于所述支撑平台的中心位置，所述第一转轴带动所述支撑平台沿所述第一转轴转动的方向转动；所述支撑面背离所述第一转轴的一侧设置有两个支撑杆，所述两个支撑杆分别位于所述支撑面的中心的两侧，且所述支撑杆的一端与所述支撑面固定连接；还包括：第一条形灯带，所述第一条形灯带固定于第二转轴上，所述第二转轴两端可旋转的固定于两个所述支撑杆之间，其中，所述第二转轴与所述第一转轴相互垂直。通过主转轴和辅转轴的相互配合转动，使第一条形灯带在对应的位置显示对应的图像，从而实现真三维显示，与相关技术中的三维显示装置相比，使用第一条形灯带进行显示，可以增加显示的透明度，并且第一条形灯带仅于第二转轴存在一个交点，同时也减少了黑线的面积，有利于提升显示质量。

附图说明

图1为相关技术中的三维显示装置的结构示意图；

图2为图1所示的三维显示装置所显示的三维图像；

图3为本发明实施例提供的三维显示装置之一；

图4为本发明实施例提供的三维显示装置之二；

图5为本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法流程图；

图6为本发明实施例提供的笛卡尔坐标系与球坐标系转换原理图；

图7为本发明实施例提供的三维显示装置显示过程中设定扫描弧度随时间变化的线性图。

具体实施方式

相关技术中的体扫描的三维显示装置，如图1所示，利用发光器件01组成方形显示面阵02，绕一个转轴03进行旋转，扫描成圆柱体显示空间。发光器件01组成的显示面阵02旋转一周称为一个体帧，一个体帧内设置若干个固定位置用于显示对应的三维物体截面图像，称为一个电子帧。该方案的缺点是利用显示面阵02进行旋转使得显示透明度较低；另外，由于转轴03与显示面阵02的安装关系，会导致显示时在转轴03所在区域内出现黑线，如图2所示的中间竖直的黑线。并且由于显示面阵02是一个面，为了保证显示透明度，只能选取模式单一的周向圆周旋转扫描的方法。

针对相关技术中的三维显示装置存在的上述问题，本发明实施例提供了一种三维显示装置、其显示方法及三维显示系统。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

下面结合附图，对本发明实施例提供的显示面板及显示装置进行具体说明。

本发明实施例提供了一种三维显示装置，如图3所示，包括：支撑平台1，支撑平台1的支撑面11一侧设置有第一转轴2，其中，第一转轴2的一端固定于支撑面11的中心位置，第一转轴2带动支撑平台1沿第一转轴2转动的方向转动；

支撑面11背离第一转轴2的一侧设置有两个支撑杆3，两个支撑杆3分别位于支撑面11的中心的两侧，且支撑杆3的一端与支撑面11固定连接；

还包括：第一条形灯带41，第一条形灯带41固定于第二转轴5上，第二转轴5两端可旋转的固定于两个支撑杆3之间，其中，第二转轴5与第一转轴2相互垂直。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示装置中，通过主转轴和辅转轴的相互配合转动，使第一条形灯带在对应的位置显示对应的图像，从而实现真三维显示，与相关技术中的三维显示装置相比，使用第一条形灯带进行显示，可以增加显示的透明度，并且第一条形灯带仅于第二转轴存在一个交点，同时也减少了黑线的面积，有利于提升显示质量。

可选地，在本发明实施例提供的三维显示装置中，如图3所示，第一条形灯带41固定于第二转轴5的中心位置。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示装置中，将第一条形灯带固定于第二转轴的中心位置，可以保证待显示的三维图像位于三维显示装置的中心位置，保证在各方位观看的视觉效果。

可选地，在本发明实施例提供的三维显示装置中，如图3所示，第一条形灯带41的中心位置固定于第二转轴5的中心位置。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示装置中，将第一条形灯带的中心位置与第二转轴的中心位置固定连接，可以保证动平衡，减少外界驱动耗能。当然可以不将第一条形灯带的中心位置与第二转轴固定，如可以将第一条形灯带的某一端与第二转轴固定，也可以用于三维显示，具体根据实际使用情况进行选择，在此不作具体限定。

可选地，在本发明实施例提供的三维显示装置中，如图4所示，还包括：第二条形灯带42；

第二条形灯带42与第一条形灯带41和第二转轴5均垂直设置，且存在一个交差点。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示装置中，通过第二条形灯带的设置，可以通过第一条形灯带和第二条形灯带的配合来显示一电子帧，减少一个条形灯带旋转的角度。当然在上述设计原理上设置更多的条形灯带，具体条形灯带设置的数量根据实际使用情况进行选择，对条形灯带设置的具体数量在此不作具体限定。

基于同一发明构思，如图5所示，本发明实施例提供了一种三维显示装置的显示方法，包括：

S501、获取待显示三维图像中各像素点在笛卡尔坐标系下的第一坐标；

S502、将各第一坐标转化为在球坐标系下的第二坐标；

S503、根据第二坐标，确定第一转轴和第二转轴中的主转轴和辅转轴，并确定主转轴的角度范围；

S504、根据主转轴待旋转的角度范围以及主转轴的预先设定的扫描频率，确定主转轴的扫描模式；

S505、根据扫描模式，驱动主转轴转动，同时驱动辅转轴周向转动，并在对应的时间获取条形灯带中的发光器件对应的驱动信号，驱动各发光器件点亮。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，通过上述步骤可以根据具体的待显示三维图像确定主转轴和辅转轴，并确定主转轴的扫描方式，以减少一体帧的扫描时间，提高显示效率。

可选地，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，将各第一坐标转换为在球坐标系下的第二坐标，具体包括：

在笛卡尔坐标系下，在ψ角旋转方向上和θ角旋转方向分别间隔预设度数，确定标识位，其中，相邻标识位在各方向上的间隔度数相等；

通过以下公式将各标识位对应的第一坐标转换为第二坐标：

其中，(x，y，z)表示在笛卡尔坐标系下的三维坐标，(r，θ，ψ)表示在球坐标系下的三维坐标，δ表示条形灯带中相邻发光器件之间的距离；round函数表示四舍五入的取整过程。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，首先确定在笛卡尔坐标系下待显示三维图像对应的标识位，其中，该标识位是根据该三维显示装置可显示的分辨率进行设置的，在对应的标识位下给各条形灯带中各发光器件提供对应的驱动信号，使对应标识位的像素点亮。确定标识位后根据如图6所示的坐标转化原理图，将对应像素点P在笛卡尔坐标系下的坐标(X，Y，Z)转化为在球坐标系下的坐标(r，θ，ψ)。

可选地，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，根据第二坐标，确定第一转轴和第二转轴中的主转轴和辅转轴，并确定主转轴的角度范围，具体包括：

根据第二坐标，分别确定ψ角和θ角所在的范围，其中，ψ∈[a，b]，θ∈[c，d]；

当|b-a|≤|d-c|时，确定第一转轴为主转轴；

当|b-a|＞|d-c|时，确定第二转轴为主转轴；

其中，a表示ψ角起始扫描位置对应的角度，b表示ψ角终止扫描位置对应的角度，c表示θ角起始扫描位置对应的角度，b表示θ角终止扫描位置对应的角度。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，根据转化后的各像素的第二坐标，可以确定待显示三维图像中所有像素的ψ角和θ角的取值范围，如ψ角的取值范围为30°～60°，θ角的取值范围为10°～80°，则选取ψ角对应的转轴为主转轴，θ角对应的转轴为辅转轴，即将取值范围较小的转轴确定为主转轴，另一个转轴确定为辅转轴，从而可以根据主转轴的旋转角度确定扫描方式，以节约一体帧的扫描时间。

可选地，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，根据主转轴待旋转的角度范围以及主转轴的预先设定的扫描频率，确定主转轴的扫描模式，具体包括：

根据主转轴待旋转的角度范围以及主转轴的扫描频率，确定主转轴的扫描方式，具体通过如下公式计算：

当

时，确定主转轴采用局部往复扫描的方式；

当

时，确定主转轴采用局部往复扫描方式或周向旋转的方式；

当

时，确定主转轴采用周向旋转的方式；

其中，a1表示主转轴的旋转角度范围的起始端对应的角度，b1表示主转轴的旋转角度范围的终止端对应的角度，f表示主转轴的扫描频率，t1表示主转轴采用局部往复扫描方式时，显示区间的时长，t2表示主转轴采用局部往复扫描方式所用的时长，m₂:m₁表示休止区间的时间与显示区间的时间之间的比值，γ表示主转轴采用局部往复扫描方式所用的时长与主转轴采用周向旋转方式所用的时长的比值。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示装置的显示方法中，设定主转轴的扫描频率f，旋转的角速度即为2πf rad/s，在主转轴采用局部往复扫描方式时，设定扫描弧度R随时间t的变化情况如图7所示，该曲线是由一次函数与二次函数组成的分段函数，一次函数保证主转轴从a1～b1的匀速转动，条形灯带按规定的间隔时间显示相应的内容，生成相应的电子帧；二次函数保证主转轴的加减速与换向的过程；其中，0～t1时间段表示一体帧中的显示区间，t1～t2时间段表示一体帧中的休止区间。

例如：若b₁-a₁＝60°，m₁:m₂＝5:1，则所需时间的比值为γ＝1/5。也就是说，在相同的时间内，若主转轴采用周向旋转的方式显示一个体帧，则采用局部往复扫描方式可显示五个体帧，体帧刷新率提高了5倍，可明显地改善体三维显示的效果，因此根据待显示三维图像确定主转轴的扫描方式就显得尤为重要。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种三维显示系统，包括上述任一实施例提供的三维显示装置，以及用于分别驱动第一转轴和第二转轴的第一电机和第二电机。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示系统中，还包括处理器，该处理器被配置执行上述显示方法中的各步骤，并根据确定的主转轴和辅转轴的扫描方式驱动第一电机和第二电机按照相应的转速转动。

可选地，在本发明实施例提供的三维显示系统中，还包括：用于封装三维显示装置的透明封装罩和抽真空装置。

具体地，在本发明实施例提供的三维显示系统中，通过透明封装罩和抽真空装置，可以对三维显示装置进行抽真空处理，能够阻水氧的同时，还可以减少各转轴在进行转动时的空气阻力。

其中，该三维显示系统还可以包括相关显示装置包括的各辅助器件，在此不再赘述。

本发明实施例提供了一种三维显示装置、其显示方法及三维显示系统，该三维显示装置包括：支撑平台，所述支撑平台的支撑面一侧设置有第一转轴，其中，所述第一转轴的一端固定于所述支撑平台的中心位置，所述第一转轴带动所述支撑平台沿所述第一转轴转动的方向转动；所述支撑面背离所述第一转轴的一侧设置有两个支撑杆，所述两个支撑杆分别位于所述支撑面的中心的两侧，且所述支撑杆的一端与所述支撑面固定连接；还包括：第一条形灯带，所述第一条形灯带固定于第二转轴上，所述第二转轴两端可旋转的固定于两个所述支撑杆之间，其中，所述第二转轴与所述第一转轴相互垂直。通过主转轴和辅转轴的相互配合转动，使第一条形灯带在对应的位置显示对应的图像，从而实现真三维显示，与相关技术中的三维显示装置相比，使用第一条形灯带进行显示，可以增加显示的透明度，并且第一条形灯带仅于第二转轴存在一个交点，同时也减少了黑线的面积，有利于提升显示质量。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种三维显示装置的显示方法，其特征在于，所述三维显示装置包括：支撑平台，所述支撑平台的支撑面一侧设置有第一转轴，其中，所述第一转轴的一端固定于所述支撑面的中心位置，所述第一转轴带动所述支撑平台沿所述第一转轴转动的方向转动；所述支撑面背离所述第一转轴的一侧设置有两个支撑杆，所述两个支撑杆分别位于所述支撑面的中心的两侧，且所述支撑杆的一端与所述支撑面固定连接；还包括：第一条形灯带，所述第一条形灯带固定于第二转轴上，所述第二转轴两端可旋转的固定于两个所述支撑杆之间，其中，所述第二转轴与所述第一转轴相互垂直；

所述方法包括：

获取待显示三维图像中各像素点在笛卡尔坐标系下的第一坐标；

将各所述第一坐标转化为在球坐标系下的第二坐标；

根据所述第二坐标，确定所述第一转轴和所述第二转轴中的主转轴和辅转轴，并确定所述主转轴的角度范围；

根据所述主转轴待旋转的角度范围以及所述主转轴的预先设定的扫描频率，确定所述主转轴的扫描模式；

根据所述扫描模式，驱动所述主转轴转动，同时驱动所述辅转轴周向转动，并在对应的时间获取所述条形灯带中的发光器件对应的驱动信号，驱动各所述发光器件点亮；

所述根据所述主转轴待旋转的角度范围以及所述主转轴的预先设定的扫描频率，确定所述主转轴的扫描模式，具体包括：

根据所述主转轴待旋转的角度范围以及所述主转轴的扫描频率，确定所述主转轴的扫描方式，具体通过如下公式计算：

当

时，确定所述主转轴采用局部往复扫描的方式；

当

时，确定所述主转轴采用局部往复扫描方式或周向旋转的方式；

当

时，确定所述主转轴采用周向旋转的方式；

其中，a1表示所述主转轴的旋转角度范围的起始端对应的角度，b1表示所述主转轴的旋转角度范围的终止端对应的角度，f表示所述主转轴的扫描频率，t1表示所述主转轴采用局部往复扫描方式时，显示区间的时长，t2表示所述主转轴采用局部往复扫描方式所用的时长，m₂:m₁表示休止区间的时间与显示区间的时间之间的比值，γ表示所述主转轴采用局部往复扫描方式所用的时长与所述主转轴采用周向旋转方式所用的时长的比值。

2.如权利要求1所述的三维显示装置的显示方法，其特征在于，所述将各所述第一坐标转换为在球坐标系下的第二坐标，具体包括：

在所述笛卡尔坐标系下，在ψ角旋转方向上和θ角旋转方向分别间隔预设度数，确定标识位，其中，相邻所述标识位在各方向上的间隔度数相等；

通过以下公式将各所述标识位对应的所述第一坐标转换为所述第二坐标：

其中，(x，y，z)表示在所述笛卡尔坐标系下的三维坐标，(r，ψ，θ)表示在所述球坐标系下的三维坐标，δ表示所述条形灯带中相邻发光器件之间的距离；round函数表示四舍五入的取整过程。

3.如权利要求2所述的三维显示装置的显示方法，其特征在于，所述根据所述第二坐标，确定所述第一转轴和所述第二转轴中的主转轴和辅转轴，并确定所述主转轴的角度范围，具体包括：

根据所述第二坐标，分别确定ψ角和θ角所在的范围，其中，ψ∈[a，b]，θ∈[c，d]；

当|b-a|≤|d-c|时，确定所述第一转轴为所述主转轴；

当|b-a|＞|d-c|时，确定所述第二转轴为所述主转轴；

其中，a表示所述ψ角起始扫描位置对应的角度，b表示所述ψ角终止扫描位置对应的角度，c表示所述θ角起始扫描位置对应的角度，b表示所述θ角终止扫描位置对应的角度。

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