CN110456516B - 基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3d显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3D显示装置，包括显示屏、针孔阵列和微透镜阵列；在针孔阵列中，所有针孔的水平节距均相同，所有针孔的垂直节距均相同，所有针孔的水平孔径宽度均相同，所有针孔的垂直孔径宽度均相同，且针孔的水平节距和垂直节距的比值与水平孔径宽度和垂直孔径宽度的比值的乘积等于针孔阵列的水平宽度和垂直宽度的比值；每个图像元均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像，并在观看区域合并成一个均匀分辨率的3D图像。
Description
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3D显示装置。
背景技术
集成成像3D显示技术是一种无需任何助视设备的真3D显示技术。该技术具有裸眼观看的特点，其记录和显示的过程相对简单，且能显示全视差和全真色彩的立体图像，是目前3D显示的热点技术之一。但是，3D分辨率不足的瓶颈问题严重影响了观看者的体验，从而制约了集成成像3D显示的广泛应用。此外，在传统的集成成像3D显示中，微图像阵列中的图像元均为正方形，即图像元的水平节距等于垂直节距。
对于电视和显示器而言，电视和显示器的水平宽度与垂直宽度之比为16:9、16:10或者4:3。即，水平方向上图像元的数目与垂直方向上图像元的数目之比为16:9、16:10或者4:3。其缺点在于：
(1)水平观看视角小于垂直观看视角；
(2)由于3D图像的3D像素总量不高，因此水平方向上的3D像素过少，从而影响了观看效果。
对于手机而言，手机的水平宽度与垂直宽度之比为9:16、10:16或者3:4。即，水平方向上图像元的数目与垂直方向上图像元的数目之比为9:16、10:16或者3:4。其缺点在于：
(1)由于3D图像的3D像素总量不高，因此垂直方向上的3D像素过少，从而影响了观看效果。
发明内容
本发明提出了基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏、针孔阵列和微透镜阵列；针孔阵列和微透镜阵列紧密贴合；针孔阵列和微透镜阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示微图像阵列；针孔阵列的水平宽度不等于垂直宽度；如附图3所示，在针孔阵列中，所有针孔的水平节距均相同，所有针孔的垂直节距均相同，所有针孔的水平孔径宽度均相同，所有针孔的垂直孔径宽度均相同，且针孔的水平节距和垂直节距的比值与水平孔径宽度和垂直孔径宽度的比值的乘积等于针孔阵列的水平宽度和垂直宽度的比值；如附图4所示，微图像阵列由一系列尺寸相同的图像元紧密排列组成，图像元的水平节距与其对应针孔的水平节距相同，图像元的垂直节距与其对应针孔的垂直节距相同；每个图像元均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像，并在观看区域合并成一个均匀分辨率的3D图像。
优选的，显示屏、针孔阵列和微透镜阵列的水平宽度均相同；显示屏、针孔阵列和微透镜阵列的垂直宽度均相同；显示屏位于微透镜阵列的焦平面。
优选的，针孔的水平节距和垂直节距均是微透镜的节距的倍数；针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度均是微透镜的节距的倍数。
优选的，集成成像3D显示的水平分辨率R1、垂直分辨率R2为：
其中，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m是水平方向上图像元的数目。
优选的，针孔的水平节距与垂直节距的比值等于针孔阵列的水平宽度与垂直宽度的比值；针孔的水平孔径宽度等于垂直孔径宽度。
优选的，集成成像3D显示的水平观看视角θ1、垂直观看视角θ2分别为：
其中，q是针孔的水平节距，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m是水平方向上图像元的数目，l是观看距离，f是微透镜的焦距，a是针孔阵列的垂直宽度与水平宽度的比值。
附图说明
附图1为本发明的集成成像3D显示的结构和水平方向参数图
附图2为本发明的集成成像3D显示的结构和垂直方向参数图
附图3为本发明的针孔阵列示意图
附图4为本发明的微图像阵列示意图
上述附图中的图示标号为：
1.显示屏，2.针孔阵列，3.微透镜阵列，4.图像元。
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
下面详细说明本发明的基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3D显示装置的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明提出了基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏、针孔阵列和微透镜阵列；针孔阵列和微透镜阵列紧密贴合；针孔阵列和微透镜阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示微图像阵列；针孔阵列的水平宽度不等于垂直宽度；如附图3所示，在针孔阵列中，所有针孔的水平节距均相同，所有针孔的垂直节距均相同，所有针孔的水平孔径宽度均相同，所有针孔的垂直孔径宽度均相同，且针孔的水平节距和垂直节距的比值与水平孔径宽度和垂直孔径宽度的比值的乘积等于针孔阵列的水平宽度和垂直宽度的比值；如附图4所示，微图像阵列由一系列尺寸相同的图像元紧密排列组成，图像元的水平节距与其对应针孔的水平节距相同，图像元的垂直节距与其对应针孔的垂直节距相同；每个图像元均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像，并在观看区域合并成一个均匀分辨率的3D图像。
优选的，显示屏、针孔阵列和微透镜阵列的水平宽度均相同；显示屏、针孔阵列和微透镜阵列的垂直宽度均相同；显示屏位于微透镜阵列的焦平面。
优选的，针孔的水平节距和垂直节距均是微透镜的节距的倍数；针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度均是微透镜的节距的倍数。
优选的，集成成像3D显示的水平分辨率R1、垂直分辨率R2为：
其中，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m是水平方向上图像元的数目。
优选的，针孔的水平节距与垂直节距的比值等于针孔阵列的水平宽度与垂直宽度的比值；针孔的水平孔径宽度等于垂直孔径宽度。
优选的，集成成像3D显示的水平观看视角θ1、垂直观看视角θ2分别为：
其中，q是针孔的水平节距，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m是水平方向上图像元的数目，l是观看距离，f是微透镜的焦距，a是针孔阵列的垂直宽度与水平宽度的比值。
针孔阵列的水平宽度与垂直宽度的比值为4:3，水平方向上图像元的数目为40，针孔的水平节距为8mm，针孔的水平孔径宽度为3mm，微透镜的节距为1mm，微透镜的焦距为5mm，观看距离为1000mm，则由式(1)、(2)和(3)计算得到集成成像3D显示的水平分辨率为120，垂直分辨率为120，水平观看视角为48°，垂直观看视角为32°。
Claims (4)
1.基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，包括显示屏、针孔阵列和微透镜阵列；针孔阵列和微透镜阵列紧密贴合；针孔阵列和微透镜阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示微图像阵列；显示屏、针孔阵列和微透镜阵列的水平宽度均相同；显示屏、针孔阵列和微透镜阵列的垂直宽度均相同；显示屏位于微透镜阵列的焦平面；针孔阵列的水平宽度不等于垂直宽度；在针孔阵列中，所有针孔的水平节距均相同，所有针孔的垂直节距均相同，所有针孔的水平孔径宽度均相同，所有针孔的垂直孔径宽度均相同，且针孔的水平节距和垂直节距的比值与水平孔径宽度和垂直孔径宽度的比值的乘积等于针孔阵列的水平宽度和垂直宽度的比值；针孔的水平节距和垂直节距均是微透镜的节距的倍数；针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度均是微透镜的节距的倍数；微图像阵列由一系列尺寸相同的图像元紧密排列组成，图像元的水平节距与其对应针孔的水平节距相同，图像元的垂直节距与其对应针孔的垂直节距相同；每个图像元均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像，并在观看区域合并成一个均匀分辨率的3D图像。
2.根据权利要求1所述的基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，集成成像3D显示的水平分辨率R1、垂直分辨率R2为：
其中，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m是水平方向上图像元的数目。
3.根据权利要求1所述的基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，针孔的水平节距与垂直节距的比值等于针孔阵列的水平宽度与垂直宽度的比值；针孔的水平孔径宽度等于垂直孔径宽度。
4.根据权利要求3所述的基于针孔阵列和微透镜阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，集成成像3D显示的水平观看视角θ1、垂直观看视角θ2分别为：
其中，q是针孔的水平节距，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m是水平方向上图像元的数目，l是观看距离，f是微透镜的焦距，a是针孔阵列的垂直宽度与水平宽度的比值。
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