CN111679445A - 一种光场显示装置及立体显示方法 - Google Patents

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CN111679445A CN202010561156.2A CN202010561156A CN111679445A CN 111679445 A CN111679445 A CN 111679445A CN 202010561156 A CN202010561156 A CN 202010561156A CN 111679445 A CN111679445 A CN 111679445A
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张世诚
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    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays

Abstract

本发明公开一种光场显示装置及立体显示方法，属于立体显示技术领域。其中，该光场显示装置包括显示设备、微透镜阵列、透射显示体以及驱动组件，其显示设备将每一帧画面中的浅景深部分、中景深部分以及高景深部分别解析出来，并进行分别显示，同时，其驱动组件根据显示设备当前显示的内容，控制微透镜阵列移动到相应的区域，以分别将浅景深部分投射到透射显示体的实像显示区域、将中景深部分投射到透射显示体的聚焦显示面以及将高景深部分投射到透射显示体的虚像显示区域。本技术方案，其能实现多景深、多画面叠加的立体显示，具有真实的立体显示体验。

Description

一种光场显示装置及立体显示方法
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，特别涉及一种光场显示装置及立体显示方法。
背景技术
随着信息技术的发展，大众对三维立体显示技术有了更大的需求。而目前成熟应用到市场上的立体显示方案都是基于“双目视差”实现的，左右眼看到的画面不同，两幅画面最终在大脑中形成具有立体效果的画面。此种立体显示方案虽有一定的立体显示效果，但画面的景深很小，显示画面的分辨率及视角也很有限。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种光场显示装置及立体显示方法，其旨在解决现有立体显示方案存在画面的景深很小、显示画面的分辨率及视角也很有限的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种光场显示装置，所述光场显示装置包括：显示设备，用于分别显示每一帧画面中的浅景深部分、中景深部分以及高景深部分；透射显示体，位于所述显示设备的一侧，包括依次层叠设置的实像显示区域、聚焦显示面以及虚像显示区域，所述实像显示区域与所述显示设备之间的距离大于所述虚像显示区域与所述显示设备之间的距离；微透镜阵列，位于所述显示设备与所述透射显示体之间，所述微透镜阵列在所述显示设备与所述透射显示体之间移动，来分别将所述浅景深部分投射到所述实像显示区域、将所述中景深部分投射到所述聚焦显示面以及将所述高景深部分投射到所述虚像显示区域；驱动组件，用于驱动所述微透镜阵列在所述显示设备与所述透射显示体之间移动。
可选地，所述驱动组件包括：第一电机，所述第一电机具有至少一第一输出轴；第一棘轮链轮，连接于所述第一输出轴上；第二电机，所述第二电机具有至少一第二输出轴；第二棘轮链轮，设置于所述第二输出轴上，所述第二棘轮链轮的工作方向与所述第一棘轮链轮的工作方向相反；链条，所述链条的两端分别套设在所述第一棘轮链轮和所述第二棘轮链轮外，所述微透镜阵列与所述链条连接。
可选地，所述光场显示装置还包括框架，用于支撑所述显示设备、所述微透镜阵列以及所述透射显示体，所述框架上设置有滑槽；所述驱动组件还包括滑动轴，所述滑动轴的一端与所述微透镜阵列连接，且所述滑动轴连接于所述链条上。
可选地，所述驱动组件包括：电机，所述电机具有至少一输出轴；主动带轮，连接于所述输出轴上；从动轴，与所述输出轴平行设置；从动带轮，连接于所述从动轴上；同步带，所述同步带的相对两端分别套设在所述主动带轮和所述从动带轮外，所述微透镜阵列与所述同步带连接。
可选地，所述驱动组件包括：电机，所述电机具有至少一输出轴；主动链轮，连接于所述输出轴上；从动轴，与所述输出轴平行设置；从动链轮，连接于所述从动轴上；链条，所述链条的两端分别套设在所述主动链轮和所述从动链轮外，所述微透镜阵列与所述链条连接。
可选地，所述光场显示装置还包括平面透镜，所述平面透镜铺设于所述显示设备的显示面表面，用于将所述显示设备当前显示的内容汇聚，降低所述显示设备发生色散的概率。
此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种立体显示方法，所述立体显示方法包括以下步骤：通过系统计算将当前帧画面中的浅景深部分解析出来，并将解析出来的第一影像数据输出给显示设备进行显示，同时控制微透镜阵列移动到第一预设区域，以通过所述微透镜阵列将所述显示设备当前显示的内容投射到透射显示体的实像显示区域；通过系统计算将当前帧画面中的中景深部分解析出来，并将解析出来的第二影像数据输出给所述显示设备进行显示，同时控制所述微透镜阵列移动到第二预设区域，以通过所述微透镜阵列将所述显示设备当前显示的内容投射到所述透射显示体的聚焦显示面；通过系统计算将当前帧画面中的高景深部分解析出来，并将解析出来的第三影像数据输出给显示设备进行显示，同时控制微透镜阵列移动到第三预设区域，以通过所述微透镜阵列将所述显示设备当前显示的内容投射到所述透射显示体的虚像显示区域。
可选地，所述微透镜阵列包括若干阵列设置的透镜元，每一所述透镜元的直径与所述LED显示屏的像素间距呈正相关关系。
可选地，当所述微透镜阵列移动到所述第一预设区域时，所述微透镜阵列到所述显示设备的垂直距离大于所述透镜元的焦距；当所述微透镜阵列移动到所述第二预设区域时，所述微透镜阵列到所述显示设备的垂直距离等于所述透镜元的焦距；当所述微透镜阵列移动到所述第三预设区域时，所述微透镜阵列到所述显示设备的垂直距离小于所述透镜元的焦距。
可选地，所述显示设备的表面铺设有平面透镜，以将所述显示设备当前显示的内容汇聚，降低所述LED显示屏发生色散的概率。
本发明提供的光场显示装置及立体显示方法，其光场显示装置包括显示设备、微透镜阵列、透射显示体以及驱动组件。工作时，其显示设备将每一帧画面中的浅景深部分、中景深部分以及高景深部分别解析出来，并进行分别显示，同时，其驱动组件根据显示设备当前显示的内容，控制微透镜阵列移动到相应的区域，以分别将浅景深部分投射到透射显示体的实像显示区域、将中景深部分投射到透射显示体的聚焦显示面以及将高景深部分投射到透射显示体的虚像显示区域。此时，基于时空复用原理进行叠加，就会形成立体效果非常好的画面。即本光场显示装置可通过三层画面显示能够实现多景深、多画面叠加的立体显示，画面亮度大、分辨率高，立体显示效果好，具有真实的立体显示体验。可见，本技术方案，其可有效解决现有立体显示方案存在画面的景深很小、显示画面的分辨率及视角也很有限的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一光场显示装置的剖视结构示意图。
图2为图1所示光场显示装置的驱动组件的结构示意图。
图3为图1所示光场显示装置的驱动组件的另一结构示意图。
图4为本发明实施例二立体显示方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供一种光场显示装置100，该光场显示装置100包括显示设备110、微透镜阵列120、透射显示体130以及驱动组件140，其中，显示设备110主要用于分别显示每一帧画面中的浅景深部分、中景深部分以及高景深部分。透射显示体130位于显示设备110的一侧，包括依次层叠设置的实像显示区域131、聚焦显示面132以及虚像显示区域133，实像显示区域131与显示设备110之间的距离大于虚像显示区域133与显示设备110之间的距离。微透镜阵列120位于显示设备110与透射显示体130之间，微透镜阵列120在显示设备110与透射显示体130之间移动，来分别将浅景深部分投射到实像显示区域131、将中景深部分投射到聚焦显示面132以及将高景深部分投射到虚像显示区域133。驱动组件140主要用于驱动微透镜阵列120在显示设备110与透射显示体130之间移动。
在本实施例中，如图1所示，显示设备110不限于小间距LED显示屏、Micro/MiniLED显示屏，像素间距越小，显示效果越好。同时，显示设备110需满足高刷新率的要求。可以理解的是，在一些其他实施例中，显示设备110也可以替换为LCD显示屏、0LED显示屏或其他显示设备。光场显示装置100还包括平面透镜150，平面透镜150铺设于显示设备110的显示面表面，用于将显示设备110当前显示的内容汇聚，降低显示设备110发生色散的概率。微透镜阵列120包括若干阵列设置的透镜元121，每一透镜元121的直径与显示设备110的像素间距呈正相关关系。即显示设备110的像素间距的大小不同，微透镜阵列120设置的透镜元121的直径也不同，随着显示设备110的像素间距的下探，透镜元121的直径也会不断减小。同时，微透镜阵列120的透镜元121的数量是根据图像采集设备(即显示设备110当前显示的视频素材拍摄时所用的设备)的透镜或镜头的数量按比例设置的。
另外，如图1及图2所示，驱动组件140包括第一电机141、第一棘轮链轮142、第二电机143、第二棘轮链轮144以及链条145，其中，第一电机141具有至少一第一输出轴1411，第一棘轮链轮142连接于第一输出轴1411上，第二电机143具有至少一第二输出轴1431，第二棘轮链轮144设置于第二输出轴1431上，第二棘轮链轮144的工作方向与第一棘轮链轮142的工作方向相反，链条145的两端分别套设在第一棘轮链轮142和第二棘轮链轮144外，微透镜阵列120与链条145连接。光场显示装置100还包括框架150，用于支撑显示设备110、微透镜阵列120以及透射显示体130，框架150上设置有滑槽(未图示)；驱动组件140还包括滑动轴146，滑动轴146的一端与微透镜阵列120连接，且滑动轴146连接于链条145上。人眼的视觉暂留效应为0.2s，目前松下伺服电机A6系列转速已达6500r/min，每0.2s可达到21转，且精确度达到0.001mm，能够实现高频率的转动。驱动组件140工作时，滑动轴146可沿着滑槽自由移动。微透镜阵列120到显示设备110的垂直距离g随着微透镜阵列120的移动不断的改变，而透镜元的焦距f不变，则成像距离L会不断改变。通过与f的比较，移动驱动组件171会形成三个移动控制区域，当g>f时的第一预设区域101、当g＝f时的第二预设区域102以及当g<f时的第三预设区域103。透射显示体130置于微透镜阵列120的上方，透射显示体130分为三个区域，分别是实像显示区域131、聚焦显示面132和虚像显示区域133。透射显示体130的厚度及各个显示区域的厚度与微透镜阵列120的移动范围相关，通过确定三个移动控制区域的移动距离确定透射显示体130各部分的厚度。显示区域显示画面的位置由移动控制区域决定，当微透镜阵列120在第一预设区域101时，显示画面会落在实像显示区域131；当微透镜阵列120在第二预设区域102时，显示画面会落在聚焦显示面132；当微透镜阵列120在第三预设区域103时，显示画面会落在虚像显示区域133。
可以理解的是，上述提到的驱动组件140亦可通过图3所示的驱动组件240替代，该驱动组件240包括电机241、主动带轮242、从动轴243、从动带轮244与同步带245，电机241具有至少一输出轴2411，主动带轮242连接于输出轴2411上，从动轴243与输出轴2411平行设置，从动带轮244连接于从动轴243上；同步带245的相对两端分别套设在主动带轮242和从动带轮244外，微透镜阵列120与同步带245连接。与上述驱动组件140相似，该驱动组件240亦可设置一滑动轴246，滑动轴246的一端与微透镜阵列120连接，且滑动轴246连接于同步带245上。驱动组件240工作时，滑动轴246可沿着滑槽自由移动。对于本领域技术人员而言，亦可将上述的主动带轮242替换为主动链轮，从动带轮244替换为从动链轮，同步带245替换为链条。
当显示设备110播放3D图像时，一帧显示画面在系统控制下，根据系统设定，依次解析出浅景深部分、中景深部分与高景深部分(或依次解析出高景深部分、中景深部分与浅景深部分)，即一帧画面的显示可分成三层画面的叠加，在人眼视觉暂留时间内，驱动组件140通过电机驱动，使得滑动轴沿滑槽移动，进而使得微透镜阵列120三个移动控制区域内(包括g>f时的第一预设区域101、g＝f时的第二预设区域102以及g<f时的第三预设区域103)进行来回移动，形成多个景深及显示画面。微透镜阵列120不同的移动距离会在透射显示体130内分别显示，微透镜阵列120移动的位置不同,透射显示体130显示画面所在的厚度不同，各个厚度下的显示画面会在一个视觉时间差内合成一幅完整的立体图像。此立体图像画面具有全视差、多景深和超强立体感。
实施例二
如图4所示，本发明实施例二提供了一种立体显示方法，应用于上述实施例一中的光场显示装置100中，该立体显示方法包括以下步骤：
步骤S110：通过系统计算将当前帧画面中的浅景深部分解析出来，并将解析出来的第一影像数据输出给显示设备进行显示，同时控制微透镜阵列移动到第一预设区域，以通过微透镜阵列将显示设备当前显示的内容投射到透射显示体的实像显示区域。
具体地，如图1所示，该光场显示装置100包括显示设备110、微透镜阵列120、透射显示体130以及主控制器140，其中，显示设备110不限于小间距LED显示屏、Micro/Mini LED显示屏，像素间距越小，显示效果越好。同时，显示设备110需满足高刷新率的要求。可以理解的是，在一些其他实施例中，显示设备110也可以替换为LCD显示屏、0LED显示屏或其他显示设备。光场显示装置100还包括平面透镜150，铺设于显示设备110的显示面表面，用于将显示设备110当前显示的内容汇聚，降低显示设备110发生色散的概率。微透镜阵列120包括若干阵列设置的透镜元121，每一透镜元121的直径与显示设备110的像素间距呈正相关关系。即显示设备110的像素间距的大小不同，微透镜阵列120设置的透镜元121的直径也不同，随着显示设备110的像素间距的下探，透镜元121的直径也会不断减小。同时，微透镜阵列120的透镜元121的数量是根据图像采集设备(即显示设备110当前显示的视频素材拍摄时所用的设备)的透镜或镜头的数量按比例设置的。
当显示设备110播放3D图像时，一帧显示画面在系统控制下，根据系统设定，一帧画面的显示可分成三层画面的叠加，即先通过系统计算将当前帧画面中的浅景深部分解析出来，并将解析出来的第一影像数据输出给显示设备110进行显示，同时控制微透镜阵列120移动到第一预设区域101，以通过微透镜阵列120将显示设备110当前显示的内容投射到透射显示体130的实像显示区域131，且当微透镜阵列120移动到第一预设区域101时，微透镜阵列120到显示设备110的垂直距离g大于透镜元121的焦距f，即g>f。
步骤S120：通过系统计算将当前帧画面中的中景深部分解析出来，并将解析出来的第二影像数据输出给显示设备进行显示，同时控制微透镜阵列移动到第二预设区域，以通过微透镜阵列将显示设备当前显示的内容投射到透射显示体的聚焦显示面。
具体地，如图1所示，当显示设备110完成浅景深部分的显示后，接着通过系统计算将当前帧画面中的中景深部分解析出来，并将解析出来的第二影像数据输出给显示设备110进行显示，同时控制微透镜阵列120移动到第二预设区域102，以通过微透镜阵列120将显示设备110当前显示的内容投射到透射显示体130的聚焦显示面132，且当微透镜阵列120移动到第二预设区域102时，微透镜阵列120到显示设备110的垂直距离g等于透镜元的焦距f，即g＝f。
步骤S130：通过系统计算将当前帧画面中的高景深部分解析出来，并将解析出来的第三影像数据输出给显示设备进行显示，同时控制微透镜阵列移动到第三预设区域，以通过微透镜阵列将显示设备当前显示的内容投射到透射显示体的虚像显示区域。
具体地，如图1所示，当显示设备110完成中景深部分的显示后，接着，通过系统计算将当前帧画面中的高景深部分解析出来，并将解析出来的第三影像数据输出给显示设备110进行显示，同时控制微透镜阵列120移动到第三预设区域103，以通过微透镜阵列120将显示设备110当前显示的内容投射到透射显示体130的虚像显示区域133，且当微透镜阵列120移动到第三预设区域103时，微透镜阵列120到显示设备110的垂直距离g小于透镜元的焦距f，即g<f。至此，一帧画面中的浅景深部分、中景深部分以及高景深部分便依次投射在透射显示体的实像显示区域、聚焦显示面以及虚像显示区域，此时，各个区域下的显示画面会在一个视觉时间差内合成一幅完整的立体图像。此立体图像画面具有全视差、多景深和超强立体感。
本发明实施例中的光场显示装置及立体显示方法，其光场显示装置包括显示设备、微透镜阵列、透射显示体以及驱动组件。工作时，其显示设备将每一帧画面中的浅景深部分、中景深部分以及高景深部分别解析出来，并进行分别显示，同时，其驱动组件根据显示设备当前显示的内容，控制微透镜阵列移动到相应的区域，以分别将浅景深部分投射到透射显示体的实像显示区域、将中景深部分投射到透射显示体的聚焦显示面以及将高景深部分投射到透射显示体的虚像显示区域。此时，基于时空复用原理进行叠加，就会形成立体效果非常好的画面。即本光场显示装置可通过三层画面显示能够实现多景深、多画面叠加的立体显示，画面亮度大、分辨率高，立体显示效果好，具有真实的立体显示体验。可见，本技术方案，其可有效解决现有立体显示方案存在画面的景深很小、显示画面的分辨率及视角也很有限的技术问题。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光场显示装置，其特征在于，所述光场显示装置包括：
显示设备，用于分别显示每一帧画面中的浅景深部分、中景深部分以及高景深部分；
透射显示体，位于所述显示设备的一侧，包括依次层叠设置的实像显示区域、聚焦显示面以及虚像显示区域，所述实像显示区域与所述显示设备之间的距离大于所述虚像显示区域与所述显示设备之间的距离；
微透镜阵列，位于所述显示设备与所述透射显示体之间，所述微透镜阵列在所述显示设备与所述透射显示体之间移动，来分别将所述浅景深部分投射到所述实像显示区域、将所述中景深部分投射到所述聚焦显示面以及将所述高景深部分投射到所述虚像显示区域；
驱动组件，用于驱动所述微透镜阵列在所述显示设备与所述透射显示体之间移动。
2.根据权利要求1所述的光场显示装置，其特征在于，所述驱动组件包括：
第一电机，所述第一电机具有至少一第一输出轴；
第一棘轮链轮，连接于所述第一输出轴上；
第二电机，所述第二电机具有至少一第二输出轴；
第二棘轮链轮，设置于所述第二输出轴上，所述第二棘轮链轮的工作方向与所述第一棘轮链轮的工作方向相反；
链条，所述链条的两端分别套设在所述第一棘轮链轮和所述第二棘轮链轮外，所述微透镜阵列与所述链条连接。
3.根据权利要求2所述的光场显示装置，其特征在于，所述光场显示装置还包括框架，用于支撑所述显示设备、所述微透镜阵列以及所述透射显示体，所述框架上设置有滑槽；所述驱动组件还包括滑动轴，所述滑动轴的一端与所述微透镜阵列连接，且所述滑动轴连接于所述链条上。
4.根据权利要求1所述的光场显示装置，其特征在于，所述驱动组件包括：
电机，所述电机具有至少一输出轴；
主动带轮，连接于所述输出轴上；
从动轴，与所述输出轴平行设置；
从动带轮，连接于所述从动轴上；
同步带，所述同步带的相对两端分别套设在所述主动带轮和所述从动带轮外，所述微透镜阵列与所述同步带连接。
5.根据权利要求1所述的光场显示装置，其特征在于，所述驱动组件包括：
电机，所述电机具有至少一输出轴；
主动链轮，连接于所述输出轴上；
从动轴，与所述输出轴平行设置；
从动链轮，连接于所述从动轴上；
链条，所述链条的两端分别套设在所述主动链轮和所述从动链轮外，所述微透镜阵列与所述链条连接。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的光场显示装置，其特征在于，所述光场显示装置还包括平面透镜，所述平面透镜铺设于所述显示设备的显示面表面，用于将所述显示设备当前显示的内容汇聚，降低所述显示设备发生色散的概率。
7.一种立体显示方法，其特征在于，所述立体显示方法包括以下步骤：
通过系统计算将当前帧画面中的浅景深部分解析出来，并将解析出来的第一影像数据输出给显示设备进行显示，同时控制微透镜阵列移动到第一预设区域，以通过所述微透镜阵列将所述显示设备当前显示的内容投射到透射显示体的实像显示区域；
通过系统计算将当前帧画面中的中景深部分解析出来，并将解析出来的第二影像数据输出给所述显示设备进行显示，同时控制所述微透镜阵列移动到第二预设区域，以通过所述微透镜阵列将所述显示设备当前显示的内容投射到所述透射显示体的聚焦显示面；
通过系统计算将当前帧画面中的高景深部分解析出来，并将解析出来的第三影像数据输出给显示设备进行显示，同时控制微透镜阵列移动到第三预设区域，以通过所述微透镜阵列将所述显示设备当前显示的内容投射到所述透射显示体的虚像显示区域。
8.根据权利要求7所述的立体显示方法，其特征在于，所述微透镜阵列包括若干阵列设置的透镜元，每一所述透镜元的直径与所述LED显示屏的像素间距呈正相关关系。
9.根据权利要求7所述的立体显示方法，其特征在于，当所述微透镜阵列移动到所述第一预设区域时，所述微透镜阵列到所述显示设备的垂直距离大于所述透镜元的焦距；当所述微透镜阵列移动到所述第二预设区域时，所述微透镜阵列到所述显示设备的垂直距离等于所述透镜元的焦距；当所述微透镜阵列移动到所述第三预设区域时，所述微透镜阵列到所述显示设备的垂直距离小于所述透镜元的焦距。
10.根据权利要求7-9任一项所述的立体显示方法，其特征在于，所述显示设备的表面铺设有平面透镜，以将所述显示设备当前显示的内容汇聚，降低所述LED显示屏发生色散的概率。
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