CN111781741A - 基于阶梯渐变复合针孔阵列的3d显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，包括显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列；阶梯渐变复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔；复合微图像阵列包含一维图像元和二维图像元，一维图像元和二维图像元分别与一维针孔和二维针孔对应对齐；一维针孔、二维针孔、一维图像元和二维图像元的水平节距均相同；位于同一列的一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度均相同；位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的连续多列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度相同；一维图像元透过对应的一维针孔重建出一个一维3D图像，二维图像元透过对应的二维针孔重建出一个二维3D图像；一维3D图像与二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率3D图像。
Description
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置。
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。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3D显示的广泛应用。此外，开口率偏低导致的光学效率偏低也是集成成像3D显示的缺点之一。
发明内容
本发明提出了基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，包括显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列，如附图1所示；阶梯渐变复合针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度相同，显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列的垂直宽度相同；阶梯渐变复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图2所示；一维针孔和二维针孔在水平和垂直方向上相间排列；显示屏显示复合微图像阵列，如附图3所示；复合微图像阵列包含一维图像元和二维图像元，一维图像元和二维图像元分别与一维针孔和二维针孔对应对齐；一维针孔、二维针孔、一维图像元和二维图像元的水平节距均相同；一维针孔、二维针孔、一维图像元和二维图像元的垂直节距均相同；位于同一列的一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度均相同；位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的连续多列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度相同；阶梯渐变复合针孔阵列中第i列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度H i 由下式计算得到
其中，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，n是位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的水平孔径宽度相同的连续多列一维针孔和二维针孔的列数，w是位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的水平孔径宽度相同的连续多列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变复合针孔阵列的间距；一维图像元透过对应的一维针孔重建出一个一维3D图像，二维图像元透过对应的二维针孔重建出一个二维3D图像；一维3D图像与二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率3D图像。
优选的，一维针孔和二维针孔水平方向上的数目均相同；一维针孔和二维针孔垂直方向上的数目均相同。
优选的，3D图像每一行的水平分辨率均相同，且具有全视差；3D图像每一列的垂直分辨率均相同，且具有全视差。
优选的，一维针孔和二维针孔的垂直节距q为
其中，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度，b是阶梯渐变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图像的水平分辨率R 1和垂直分辨率R 2为
其中，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度。
优选的，二维针孔的垂直孔径宽度均相同。
优选的，光学效率φ为
其中，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，q是一维针孔和二维针孔的垂直节距，v是二维针孔的垂直孔径宽度，H i 是阶梯渐变复合针孔阵列中第i列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度。
附图说明
附图1为本发明的结构和参数示意图
附图2为本发明的阶梯渐变复合针孔阵列的示意图
附图3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.阶梯渐变复合针孔阵列，3.一维针孔，4.二维针孔，5.一维图像元，6. 二维图像元。
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阶梯渐变复合针孔阵列的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。
本发明提出了基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，包括显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列，如附图1所示；阶梯渐变复合针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度相同，显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列的垂直宽度相同；阶梯渐变复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图2所示；一维针孔和二维针孔在水平和垂直方向上相间排列；显示屏显示复合微图像阵列，如附图3所示；复合微图像阵列包含一维图像元和二维图像元，一维图像元和二维图像元分别与一维针孔和二维针孔对应对齐；一维针孔、二维针孔、一维图像元和二维图像元的水平节距均相同；一维针孔、二维针孔、一维图像元和二维图像元的垂直节距均相同；位于同一列的一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度均相同；位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的连续多列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度相同；阶梯渐变复合针孔阵列中第i列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度H i 由下式计算得到
其中，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，n是位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的水平孔径宽度相同的连续多列一维针孔和二维针孔的列数，w是位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的水平孔径宽度相同的连续多列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变复合针孔阵列的间距；一维图像元透过对应的一维针孔重建出一个一维3D图像，二维图像元透过对应的二维针孔重建出一个二维3D图像；一维3D图像与二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率3D图像。
优选的，一维针孔和二维针孔水平方向上的数目均相同；一维针孔和二维针孔垂直方向上的数目均相同。
优选的，3D图像每一行的水平分辨率均相同，且具有全视差；3D图像每一列的垂直分辨率均相同，且具有全视差。
优选的，一维针孔和二维针孔的垂直节距q为
其中，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度，b是阶梯渐变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图像的水平分辨率R 1和垂直分辨率R 2为
其中，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度。
优选的，二维针孔的垂直孔径宽度均相同。
优选的，光学效率φ为
其中，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，q是一维针孔和二维针孔的垂直节距，v是二维针孔的垂直孔径宽度，H i 是阶梯渐变复合针孔阵列中第i列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度。
阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度为36mm，阶梯渐变复合针孔阵列的垂直宽度为18mm，一维针孔和二维针孔的水平节距为3mm，显示屏单个像素的节距为1mm，位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的水平孔径宽度相同的连续多列一维针孔和二维针孔的列数为4，位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的水平孔径宽度相同的连续多列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度为0.6mm，观看距离为720mm，显示屏与阶梯渐变复合针孔阵列的间距为3mm，二维针孔的垂直孔径宽度为0.6mm，则由式（1）计算得到，阶梯渐变复合针孔阵列中第1~12列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度分别为0.5mm、0.5mm、0.5mm、0.5mm、0.6mm、0.6mm、0.6mm、0.6mm、0.5mm、0.5mm、0.5mm、0.5mm；由式（2）计算得到一维针孔和二维针孔的垂直节距为3mm；由式（3）计算得到3D图像的水平分辨率和垂直分辨率均为12；由式（4）计算得到光学效率为10.7%。
Claims (7)
1.基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，包括显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列；阶梯渐变复合针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度相同，显示屏和阶梯渐变复合针孔阵列的垂直宽度相同；阶梯渐变复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔；一维针孔和二维针孔在水平和垂直方向上相间排列；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和二维图像元，一维图像元和二维图像元分别与一维针孔和二维针孔对应对齐；一维针孔、二维针孔、一维图像元和二维图像元的水平节距均相同；一维针孔、二维针孔、一维图像元和二维图像元的垂直节距均相同；位于同一列的一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度均相同；位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的连续多列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度相同；阶梯渐变复合针孔阵列中第i列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度H i 由下式计算得到
其中，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，n是位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的水平孔径宽度相同的连续多列一维针孔和二维针孔的列数，w是位于阶梯渐变复合针孔阵列中间的水平孔径宽度相同的连续多列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变复合针孔阵列的间距；一维图像元透过对应的一维针孔重建出一个一维3D图像，二维图像元透过对应的二维针孔重建出一个二维3D图像；一维3D图像与二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率3D图像。
2.根据权利要求1所述的基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，一维针孔和二维针孔水平方向上的数目均相同；一维针孔和二维针孔垂直方向上的数目均相同。
3.根据权利要求2所述的基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，3D图像每一行的水平分辨率均相同，且具有全视差；3D图像每一列的垂直分辨率均相同，且具有全视差。
4.根据权利要求2所述的基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，一维针孔和二维针孔的垂直节距q为
其中，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度，b是阶梯渐变复合针孔阵列的垂直宽度，x是显示屏单个像素的节距。
5.根据权利要求4所述的基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，3D图像的水平分辨率R 1和垂直分辨率R 2为
其中，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度。
6.根据权利要求4所述的基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，二维针孔的垂直孔径宽度均相同。
7.根据权利要求6所述的基于阶梯渐变复合针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，光学效率φ为
其中，a是阶梯渐变复合针孔阵列的水平宽度，p是一维针孔和二维针孔的水平节距，q是一维针孔和二维针孔的垂直节距，v是二维针孔的垂直孔径宽度，H i 是阶梯渐变复合针孔阵列中第i列一维针孔和二维针孔的水平孔径宽度。
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