CN111781735B - 基于偏振阵列的双视3d显示装置及方法 - Google Patents

基于偏振阵列的双视3d显示装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于偏振阵列的双视3D显示装置及方法，包括显示屏，偏振阵列，复合针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；一维图像元I透过对应的偏振单元I和一维针孔重建出一个一维3D图像I，二维图像元I透过对应的偏振单元I和二维针孔重建出一个二维3D图像I；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的偏振单元II和一维针孔重建出一个一维3D图像II，二维图像元II透过对应的偏振单元II和二维针孔重建出一个二维3D图像II；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II观看到高分辨率3D图像II。

Description

基于偏振阵列的双视3D显示装置及方法
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于偏振阵列的双视3D显示装置及方法。
背景技术
基于集成成像的3D显示，简称集成成像3D显示，是一种真3D显示。较之助视/光栅3D显示，它具有无立体观看视疲劳等显著优点；较之全息3D显示，它具有相对较小的数据量、无需相干光源并且无苛刻的环境要求等优点。因此，集成成像3D显示已成为目前国际上的前沿3D显示方式之一，也是最有希望实现3D电视的一种裸视真3D显示方式。
近年来，集成成像3D显示与双视显示融合形成集成成像双视3D显示。它可以在不同的观看方向上提供不同的3D画面。但是，3D分辨率不足的瓶颈问题严重影响了观看者的体验。在传统的集成成像双视3D显示中，垂直方向上的3D像素过少，从而进一步影响了观看效果，制约了集成成像双视3D显示的广泛应用。此外，传统的集成成像双视3D显示还存在观看视角与孔径宽度成反比以及光学效率低的问题。
发明内容
本发明提出了基于偏振阵列的双视3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏，偏振阵列，复合针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振阵列和复合针孔阵列平行放置，且对应对齐；偏振阵列位于显示屏和复合针孔阵列之间，且与显示屏紧密贴合；偏振阵列包括偏振单元I和偏振单元II，如附图2所示；偏振单元I和偏振单元II在奇数行依次排列，偏振单元II和偏振单元I在偶数行依次排列；偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图3所示；一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第（4n-3）行依次排列，一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第（4n-2）行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第（4n-1）行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第（4n）行依次排列，其中n是正整数；显示屏显示复合微图像阵列，如附图4所示；复合微图像阵列包含一维图像元I，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II；一维图像元I和二维图像元I通过3D场景I获取；一维图像元II和二维图像元II通过3D场景II获取；一维图像元I、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在复合微图像阵列的第（4n-3）行依次排列，一维图像元II、一维图像元I、二维图像元II和二维图像元I在复合微图像阵列的第（4n-2）行依次排列，二维图像元I、二维图像元II、一维图像元I和一维图像元II在复合微图像阵列的第（4n-1）行依次排列，二维图像元II、二维图像元I、一维图像元II和一维图像元I在复合微图像阵列的第（4n）行依次排列；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；一维图像元I透过对应的偏振单元I和一维针孔重建出一个一维3D图像I，二维图像元I透过对应的偏振单元I和二维针孔重建出一个二维3D图像I；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的偏振单元II和一维针孔重建出一个一维3D图像II，二维图像元II透过对应的偏振单元II和二维针孔重建出一个二维3D图像II；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II观看到高分辨率3D图像II。
优选的，3D图像I每一行均具有全视差；3D图像I每一列均具有全视差；3D图像II每一行均具有全视差；3D图像II每一列均具有全视差。
优选的，显示屏，偏振阵列和复合针孔阵列的水平宽度均相同；显示屏，偏振阵列和复合针孔阵列的垂直宽度均相同；偏振单元I、偏振单元II、一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II、二维图像元II、一维针孔和二维针孔的水平节距均相同；偏振单元I、偏振单元II、一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II、二维图像元II、一维针孔和二维针孔的垂直节距均相同。
优选的，一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II水平方向上的数目均相同，一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II垂直方向上的数目均相同。
优选的，一维针孔的垂直节距q为
Figure 408047DEST_PATH_IMAGE002
（1）
其中，p是一维针孔的水平节距，a是复合针孔阵列的水平宽度，b是复合针孔阵列的垂直宽度，x是显示屏单个像素的节距。
优选的，3D图像I每一行的水平分辨率、3D图像I每一列的垂直分辨率、3D图像II每一行的水平分辨率和3D图像II每一列的垂直分辨率均相同；3D图像I和3D图像II的观看视角均相同；3D图像I和3D图像II的光学效率均相同。
优选的，3D图像I的水平分辨率R 1、垂直分辨率R 2、观看视角θ和光学效率φ分别为：
Figure 325187DEST_PATH_IMAGE004
（2）
Figure 855657DEST_PATH_IMAGE006
（3）
Figure 250866DEST_PATH_IMAGE008
（4）
其中，a是复合针孔阵列的水平宽度，p是一维针孔的水平节距，q是一维针孔的垂直节距，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，t是偏振阵列的光透射率。
基于偏振阵列的双视3D显示方法，其特征在于，包括：
偏振阵列包括偏振单元I和偏振单元II；偏振单元I和偏振单元II在奇数行依次排列，偏振单元II和偏振单元I在偶数行依次排列；偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔；一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第（4n-3）行依次排列，一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第（4n-2）行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第（4n-1）行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第（4n）行依次排列，其中n是正整数；复合微图像阵列包含一维图像元I，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II；一维图像元I和二维图像元I通过3D场景I获取；一维图像元II和二维图像元II通过3D场景II获取；一维图像元I、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在复合微图像阵列的第（4n-3）行依次排列，一维图像元II、一维图像元I、二维图像元II和二维图像元I在复合微图像阵列的第（4n-2）行依次排列，二维图像元I、二维图像元II、一维图像元I和一维图像元II在复合微图像阵列的第（4n-1）行依次排列，二维图像元II、二维图像元I、一维图像元II和一维图像元I在复合微图像阵列的第（4n）行依次排列；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；一维图像元I透过对应的偏振单元I和一维针孔重建出一个一维3D图像I，二维图像元I透过对应的偏振单元I和二维针孔重建出一个二维3D图像I；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的偏振单元II和一维针孔重建出一个一维3D图像II，二维图像元II透过对应的偏振单元II和二维针孔重建出一个二维3D图像II；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II观看到高分辨率3D图像II。
附图说明
附图1为本发明的结构和参数示意图
附图2为本发明的偏振阵列的示意图
附图3为本发明的复合针孔阵列的示意图
附图4为本发明的复合微图像阵列的示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2. 偏振阵列，3. 复合针孔阵列，4. 偏振眼镜I，5. 偏振眼镜II，6.偏振单元I，7. 偏振单元II，8.一维针孔，9.二维针孔，10.一维图像元I，11. 二维图像元I，12. 一维图像元II，13. 二维图像元II。
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偏振阵列的双视3D显示装置及方法的一个典型实施例，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。
本发明提出了基于偏振阵列的双视3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏，偏振阵列，复合针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振阵列和复合针孔阵列平行放置，且对应对齐；偏振阵列位于显示屏和复合针孔阵列之间，且与显示屏紧密贴合；偏振阵列包括偏振单元I和偏振单元II，如附图2所示；偏振单元I和偏振单元II在奇数行依次排列，偏振单元II和偏振单元I在偶数行依次排列；偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图3所示；一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第（4n-3）行依次排列，一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第（4n-2）行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第（4n-1）行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第（4n）行依次排列，其中n是正整数；显示屏显示复合微图像阵列，如附图4所示；复合微图像阵列包含一维图像元I，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II；一维图像元I和二维图像元I通过3D场景I获取；一维图像元II和二维图像元II通过3D场景II获取；一维图像元I、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在复合微图像阵列的第（4n-3）行依次排列，一维图像元II、一维图像元I、二维图像元II和二维图像元I在复合微图像阵列的第（4n-2）行依次排列，二维图像元I、二维图像元II、一维图像元I和一维图像元II在复合微图像阵列的第（4n-1）行依次排列，二维图像元II、二维图像元I、一维图像元II和一维图像元I在复合微图像阵列的第（4n）行依次排列；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；一维图像元I透过对应的偏振单元I和一维针孔重建出一个一维3D图像I，二维图像元I透过对应的偏振单元I和二维针孔重建出一个二维3D图像I；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的偏振单元II和一维针孔重建出一个一维3D图像II，二维图像元II透过对应的偏振单元II和二维针孔重建出一个二维3D图像II；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II观看到高分辨率3D图像II。
优选的，3D图像I每一行均具有全视差；3D图像I每一列均具有全视差；3D图像II每一行均具有全视差；3D图像II每一列均具有全视差。
优选的，显示屏，偏振阵列和复合针孔阵列的水平宽度均相同；显示屏，偏振阵列和复合针孔阵列的垂直宽度均相同；偏振单元I、偏振单元II、一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II、二维图像元II、一维针孔和二维针孔的水平节距均相同；偏振单元I、偏振单元II、一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II、二维图像元II、一维针孔和二维针孔的垂直节距均相同。
优选的，一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II水平方向上的数目均相同，一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II垂直方向上的数目均相同。
优选的，一维针孔的垂直节距q为
Figure 65238DEST_PATH_IMAGE002
（1）
其中，p是一维针孔的水平节距，a是复合针孔阵列的水平宽度，b是复合针孔阵列的垂直宽度，x是显示屏单个像素的节距。
优选的，3D图像I每一行的水平分辨率、3D图像I每一列的垂直分辨率、3D图像II每一行的水平分辨率和3D图像II每一列的垂直分辨率均相同；3D图像I和3D图像II的观看视角均相同；3D图像I和3D图像II的光学效率均相同。
优选的，3D图像I的水平分辨率R 1、垂直分辨率R 2、观看视角θ和光学效率φ分别为：
Figure 12335DEST_PATH_IMAGE004
（2）
Figure 279368DEST_PATH_IMAGE006
（3）
Figure 478268DEST_PATH_IMAGE008
（4）
其中，a是复合针孔阵列的水平宽度，p是一维针孔的水平节距，q是一维针孔的垂直节距，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，t是偏振阵列的光透射率。
基于偏振阵列的双视3D显示方法，其特征在于，包括：
偏振阵列包括偏振单元I和偏振单元II；偏振单元I和偏振单元II在奇数行依次排列，偏振单元II和偏振单元I在偶数行依次排列；偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔；一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第（4n-3）行依次排列，一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第（4n-2）行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第（4n-1）行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第（4n）行依次排列，其中n是正整数；复合微图像阵列包含一维图像元I，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II；一维图像元I和二维图像元I通过3D场景I获取；一维图像元II和二维图像元II通过3D场景II获取；一维图像元I、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在复合微图像阵列的第（4n-3）行依次排列，一维图像元II、一维图像元I、二维图像元II和二维图像元I在复合微图像阵列的第（4n-2）行依次排列，二维图像元I、二维图像元II、一维图像元I和一维图像元II在复合微图像阵列的第（4n-1）行依次排列，二维图像元II、二维图像元I、一维图像元II和一维图像元I在复合微图像阵列的第（4n）行依次排列；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；一维图像元I透过对应的偏振单元I和一维针孔重建出一个一维3D图像I，二维图像元I透过对应的偏振单元I和二维针孔重建出一个二维3D图像I；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的偏振单元II和一维针孔重建出一个一维3D图像II，二维图像元II透过对应的偏振单元II和二维针孔重建出一个二维3D图像II；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II观看到高分辨率3D图像II。
复合针孔阵列的水平宽度为24mm，复合针孔阵列的垂直宽度为12mm，一维针孔的水平节距为3mm，显示屏与复合针孔阵列的间距为3mm，显示屏单个像素的节距为1mm，观看距离为500mm，一维针孔和二维针孔的孔径宽度为0.6mm，偏振阵列的光透射率为0.5，则由式（1）计算得到一维针孔的垂直节距为3mm，由式（2）计算得到3D图像I和3D图像II的水平分辨率和垂直分辨率均为4，由式（3）计算得到3D图像I和3D图像II的观看视角均为60°，由式（4）计算得到3D图像I和3D图像II的光学效率均为6%。

Claims (8)

1.基于偏振阵列的双视3D显示装置，其特征在于，包括显示屏，偏振阵列，复合针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振阵列和复合针孔阵列平行放置，且对应对齐；偏振阵列位于显示屏和复合针孔阵列之间，且与显示屏紧密贴合；偏振阵列包括偏振单元I和偏振单元II；偏振单元I和偏振单元II在奇数行依次排列，偏振单元II和偏振单元I在偶数行依次排列；偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔；一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第(4n-3)行依次排列，一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第(4n-2)行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第(4n-1)行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第(4n)行依次排列，其中n是正整数；显示屏显示复合微图像阵列；复合微图像阵列包含一维图像元I，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II；一维图像元I和二维图像元I通过3D场景I获取；一维图像元II和二维图像元II通过3D场景II获取；一维图像元I、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在复合微图像阵列的第(4n-3)行依次排列，一维图像元II、一维图像元I、二维图像元II和二维图像元I在复合微图像阵列的第(4n-2)行依次排列，二维图像元I、二维图像元II、一维图像元I和一维图像元II在复合微图像阵列的第(4n-1)行依次排列，二维图像元II、二维图像元I、一维图像元II和一维图像元I在复合微图像阵列的第(4n)行依次排列；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；一维图像元I透过对应的偏振单元I和一维针孔重建出一个一维3D图像I，二维图像元I透过对应的偏振单元I和二维针孔重建出一个二维3D图像I；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的偏振单元II和一维针孔重建出一个一维3D图像II，二维图像元II透过对应的偏振单元II和二维针孔重建出一个二维3D图像II；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II观看到高分辨率3D图像II。
2.根据权利要求1所述的基于偏振阵列的双视3D显示装置，其特征在于，3D图像I每一行均具有全视差；3D图像I每一列均具有全视差；3D图像II每一行均具有全视差；3D图像II每一列均具有全视差。
3.根据权利要求1所述的基于偏振阵列的双视3D显示装置，其特征在于，显示屏，偏振阵列和复合针孔阵列的水平宽度均相同；显示屏，偏振阵列和复合针孔阵列的垂直宽度均相同；偏振单元I、偏振单元II、一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II、二维图像元II、一维针孔和二维针孔的水平节距均相同；偏振单元I、偏振单元II、一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II、二维图像元II、一维针孔和二维针孔的垂直节距均相同。
4.根据权利要求3所述的基于偏振阵列的双视3D显示装置，其特征在于，一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II水平方向上的数目均相同，一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II垂直方向上的数目均相同。
5.根据权利要求4所述的基于偏振阵列的双视3D显示装置，其特征在于，一维针孔的垂直节距q为
Figure FDA0004145936840000021
其中，p是一维针孔的水平节距，a是复合针孔阵列的水平宽度，b是复合针孔阵列的垂直宽度，x是显示屏单个像素的节距。
6.根据权利要求5所述的基于偏振阵列的双视3D显示装置，其特征在于，3D图像I每一行的水平分辨率、3D图像I每一列的垂直分辨率、3D图像II每一行的水平分辨率和3D图像II每一列的垂直分辨率均相同；3D图像I和3D图像II的观看视角均相同；3D图像I和3D图像II的光学效率均相同。
7.根据权利要求6所述的基于偏振阵列的双视3D显示装置，其特征在于，3D图像I的水平分辨率R1、垂直分辨率R2、观看视角θ和光学效率
Figure FDA0004145936840000031
分别为：
Figure FDA0004145936840000032
Figure FDA0004145936840000033
Figure FDA0004145936840000034
其中，a是复合针孔阵列的水平宽度，p是一维针孔的水平节距，q是一维针孔的垂直节距，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，t是偏振阵列的光透射率。
8.根据权利要求1所述的基于偏振阵列的双视3D显示装置的显示方法，其特征在于，包括：偏振阵列包括偏振单元I和偏振单元II；偏振单元I和偏振单元II在奇数行依次排列，偏振单元II和偏振单元I在偶数行依次排列；偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔；一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第(4n-3)行依次排列，一维针孔、一维针孔、二维针孔和二维针孔在复合针孔阵列的第(4n-2)行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第(4n-1)行依次排列，二维针孔、二维针孔、一维针孔和一维针孔在复合针孔阵列的第(4n)行依次排列，其中n是正整数；复合微图像阵列包含一维图像元I，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II；一维图像元I和二维图像元I通过3D场景I获取；一维图像元II和二维图像元II通过3D场景II获取；一维图像元I、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在复合微图像阵列的第(4n-3)行依次排列，一维图像元II、一维图像元I、二维图像元II和二维图像元I在复合微图像阵列的第(4n-2)行依次排列，二维图像元I、二维图像元II、一维图像元I和一维图像元II在复合微图像阵列的第(4n-1)行依次排列，二维图像元II、二维图像元I、一维图像元II和一维图像元I在复合微图像阵列的第(4n)行依次排列；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；一维图像元I透过对应的偏振单元I和一维针孔重建出一个一维3D图像I，二维图像元I透过对应的偏振单元I和二维针孔重建出一个二维3D图像I；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的偏振单元II和一维针孔重建出一个一维3D图像II，二维图像元II透过对应的偏振单元II和二维针孔重建出一个二维3D图像II；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II观看到高分辨率3D图像II。
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