CN111830727B - 基于复合矩形多针孔阵列的3d显示装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置及方法，包括显示屏和复合矩形多针孔阵列；复合矩形多针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔；每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔，多个一维矩形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平对称；每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔，多个二维矩形针孔以该二维矩形图像元的中心为中心水平对称；一维矩形图像元透过对应的多个一维矩形针孔重建出多个一维3D图像，二维矩形图像元透过对应的多个二维矩形针孔重建出多个二维3D图像；多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和无串扰3D图像。

Description

基于复合矩形多针孔阵列的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，本发明涉及基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置及方法。
背景技术
较之助视/光栅3D显示，基于集成成像的3D显示，简称集成成像3D显示，具有无立体观看视疲劳等显著优点，是一种真3D显示。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，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，从而制约了集成成像3D显示的广泛应用。此外，传统的集成成像的3D显示还存在光学效率低以及串扰等问题。
发明内容
本发明提出了基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏和复合矩形多针孔阵列；复合矩形多针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示复合矩形图像元阵列，如附图2所示；复合矩形图像元阵列包含一维矩形图像元和二维矩形图像元，一维矩形图像元和二维矩形图像元在水平和垂直方向上交替排列；复合矩形多针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔，如附图3所示；一维矩形针孔的孔径宽度等于二维矩形针孔的孔径宽度；一维矩形针孔的组数等于二维矩形针孔的组数；每组一维矩形针孔水平方向上的数目均等于一维矩形图像元水平方向上的数目，每组一维矩形针孔垂直方向上的数目均等于一维矩形图像元垂直方向上的数目；每组二维矩形针孔水平方向上的数目均等于二维矩形图像元水平方向上的数目，每组二维矩形针孔垂直方向上的数目均等于二维矩形图像元垂直方向上的数目；每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔，每个一维矩形图像元对应的一维矩形针孔的数目等于一维矩形针孔的组数，多个一维矩形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平对称；每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔，每个二维矩形图像元对应的二维矩形针孔的数目等于二维矩形针孔的组数，多个二维矩形针孔以该二维矩形图像元的中心为中心水平对称；与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距等于与同一个二维矩形图像元对应的相邻二维矩形针孔的水平间距；一维矩形针孔、二维矩形针孔、一维矩形图像元和二维矩形图像元的水平节距均相同；一维矩形针孔、二维矩形针孔、一维矩形图像元和二维矩形图像元的垂直节距均相同；一维矩形图像元透过对应的多个一维矩形针孔重建出多个一维3D图像，二维矩形图像元透过对应的多个二维矩形针孔重建出多个二维3D图像；多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和无串扰3D图像。
优选的，3D图像每一行均具有全视差；3D图像每一列均具有全视差。
优选的，一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距p为
（1）
其中，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，w是一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数，d是与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距。
优选的，复合矩形多针孔阵列的厚度t为
（2）
其中，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距，w是一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度，g是显示屏与复合矩形多针孔阵列的间距，z是一维矩形针孔的组数，d是与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距。
优选的，每组一维矩形针孔水平方向上的数目等于每组二维矩形针孔水平方向上的数目；每组一维矩形针孔垂直方向上的数目等于每组二维矩形针孔垂直方向上的数目。
优选的，3D图像的水平分辨率R 1和垂直分辨率R 2分别为
（3）
（4）
其中，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，x是显示屏单个像素的节距，z是一维矩形针孔的组数，m是每组一维矩形针孔水平方向上的数目，n是每组一维矩形针孔垂直方向上的数目。
优选的，3D显示装置的光学效率为
（5）
其中，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，w是一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数。
基于复合矩形多针孔阵列的3D显示方法，其特征在于，包括：
复合矩形多针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔，复合矩形图像元阵列包含一维矩形图像元和二维矩形图像元；每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔，每个一维矩形图像元对应的一维矩形针孔的数目等于一维矩形针孔的组数，多个一维矩形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平对称；每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔，每个二维矩形图像元对应的二维矩形针孔的数目等于二维矩形针孔的组数，多个二维矩形针孔以该二维矩形图像元的中心为中心水平对称；一维矩形图像元透过对应的多个一维矩形针孔重建出多个一维3D图像，二维矩形图像元透过对应的多个二维矩形针孔重建出多个二维3D图像；多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和无串扰3D图像。
附图说明
附图1为本发明的示意图
附图2为本发明的复合矩形图像元阵列的示意图
附图3为本发明的复合矩形多针孔阵列的示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2.复合矩形多针孔阵列，3.复合矩形图像元阵列，4.一维矩形图像元，5. 二维矩形图像元，6.一维矩形针孔，7.二维矩形针孔。
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复合矩形多针孔阵列的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。
本发明提出了基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏和复合矩形多针孔阵列；复合矩形多针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示复合矩形图像元阵列，如附图2所示；复合矩形图像元阵列包含一维矩形图像元和二维矩形图像元，一维矩形图像元和二维矩形图像元在水平和垂直方向上交替排列；复合矩形多针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔，如附图3所示；一维矩形针孔的孔径宽度等于二维矩形针孔的孔径宽度；一维矩形针孔的组数等于二维矩形针孔的组数；每组一维矩形针孔水平方向上的数目均等于一维矩形图像元水平方向上的数目，每组一维矩形针孔垂直方向上的数目均等于一维矩形图像元垂直方向上的数目；每组二维矩形针孔水平方向上的数目均等于二维矩形图像元水平方向上的数目，每组二维矩形针孔垂直方向上的数目均等于二维矩形图像元垂直方向上的数目；每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔，每个一维矩形图像元对应的一维矩形针孔的数目等于一维矩形针孔的组数，多个一维矩形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平对称；每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔，每个二维矩形图像元对应的二维矩形针孔的数目等于二维矩形针孔的组数，多个二维矩形针孔以该二维矩形图像元的中心为中心水平对称；与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距等于与同一个二维矩形图像元对应的相邻二维矩形针孔的水平间距；一维矩形针孔、二维矩形针孔、一维矩形图像元和二维矩形图像元的水平节距均相同；一维矩形针孔、二维矩形针孔、一维矩形图像元和二维矩形图像元的垂直节距均相同；一维矩形图像元透过对应的多个一维矩形针孔重建出多个一维3D图像，二维矩形图像元透过对应的多个二维矩形针孔重建出多个二维3D图像；多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和无串扰3D图像。
优选的，3D图像每一行均具有全视差；3D图像每一列均具有全视差。
优选的，一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距p为
（1）
其中，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，w是一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数，d是与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距。
优选的，复合矩形多针孔阵列的厚度t为
（2）
其中，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距，w是一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度，g是显示屏与复合矩形多针孔阵列的间距，z是一维矩形针孔的组数，d是与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距。
优选的，每组一维矩形针孔水平方向上的数目等于每组二维矩形针孔水平方向上的数目；每组一维矩形针孔垂直方向上的数目等于每组二维矩形针孔垂直方向上的数目。
优选的，3D图像的水平分辨率R 1和垂直分辨率R 2分别为
（3）
（4）
其中，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，x是显示屏单个像素的节距，z是一维矩形针孔的组数，m是每组一维矩形针孔水平方向上的数目，n是每组一维矩形针孔垂直方向上的数目。
优选的，3D显示装置的光学效率为
（5）
其中，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，w是一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数。
基于复合矩形多针孔阵列的3D显示方法，其特征在于，包括：
复合矩形多针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔，复合矩形图像元阵列包含一维矩形图像元和二维矩形图像元；每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔，每个一维矩形图像元对应的一维矩形针孔的数目等于一维矩形针孔的组数，多个一维矩形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平对称；每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔，每个二维矩形图像元对应的二维矩形针孔的数目等于二维矩形针孔的组数，多个二维矩形针孔以该二维矩形图像元的中心为中心水平对称；一维矩形图像元透过对应的多个一维矩形针孔重建出多个一维3D图像，二维矩形图像元透过对应的多个二维矩形针孔重建出多个二维3D图像；多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和无串扰3D图像。
显示屏与复合矩形多针孔阵列的间距为10mm，一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距为10mm，一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度为1mm，一维矩形针孔的组数为3，每组一维矩形针孔水平方向上的数目为100，每组一维矩形针孔垂直方向上的数目为60，与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距为1mm，显示屏单个像素的节距为1mm，则由式（1）计算得到一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距为13mm，由式（2）计算得到复合矩形多针孔阵列的厚度为2.2mm，由式（3）计算得到水平分辨率为600，由式（4）计算得到垂直分辨率为660，由式（5）计算得到光学效率为6.3%。

Claims (7)

1.基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，包括显示屏和复合矩形多针孔阵列；复合矩形多针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示复合矩形图像元阵列；复合矩形图像元阵列包含一维矩形图像元和二维矩形图像元，一维矩形图像元和二维矩形图像元在水平和垂直方向上交替排列；复合矩形多针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔；一维矩形针孔的孔径宽度等于二维矩形针孔的孔径宽度；一维矩形针孔的组数等于二维矩形针孔的组数；每组一维矩形针孔水平方向上的数目均等于一维矩形图像元水平方向上的数目，每组一维矩形针孔垂直方向上的数目均等于一维矩形图像元垂直方向上的数目；每组二维矩形针孔水平方向上的数目均等于二维矩形图像元水平方向上的数目，每组二维矩形针孔垂直方向上的数目均等于二维矩形图像元垂直方向上的数目；每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔，每个一维矩形图像元对应的一维矩形针孔的数目等于一维矩形针孔的组数，多个一维矩形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平对称；每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔，每个二维矩形图像元对应的二维矩形针孔的数目等于二维矩形针孔的组数，多个二维矩形针孔以该二维矩形图像元的中心为中心水平对称；与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距等于与同一个二维矩形图像元对应的相邻二维矩形针孔的水平间距；一维矩形针孔、二维矩形针孔、一维矩形图像元和二维矩形图像元的水平节距均相同；一维矩形针孔、二维矩形针孔、一维矩形图像元和二维矩形图像元的垂直节距均相同；复合矩形多针孔阵列的厚度t为
其中，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距，w是一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度，g是显示屏与复合矩形多针孔阵列的间距，z是一维矩形针孔的组数，d是与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距；一维矩形图像元透过对应的多个一维矩形针孔重建出多个一维3D图像，二维矩形图像元透过对应的多个二维矩形针孔重建出多个二维3D图像；多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和无串扰3D图像。
2.根据权利要求1所述的基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，3D图像每一行均具有全视差；3D图像每一列均具有全视差。
3.根据权利要求1所述的基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距p为
p＝q+zd+zw-w-d
其中，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，w是一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数，d是与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距。
4.根据权利要求1所述的基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置，每组一维矩形针孔水平方向上的数目等于每组二维矩形针孔水平方向上的数目；每组一维矩形针孔垂直方向上的数目等于每组二维矩形针孔垂直方向上的数目。
5.根据权利要求4所述的基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，3D图像的水平分辨率R1和垂直分辨率R2分别为
R1＝2zm
其中，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，x是显示屏单个像素的节距，z是一维矩形针孔的组数，m是每组一维矩形针孔水平方向上的数目，n是每组一维矩形针孔垂直方向上的数目。
6.根据权利要求3所述的基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置，其特征在于，3D显示装置的光学效率为
其中，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，w是一维矩形针孔和二维矩形针孔的孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数。
7.根据权利要求1所述的基于复合矩形多针孔阵列的3D显示装置的3D显示方法，其特征在于，包括：复合矩形多针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔，复合矩形图像元阵列包含一维矩形图像元和二维矩形图像元；每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔，每个一维矩形图像元对应的一维矩形针孔的数目等于一维矩形针孔的组数，多个一维矩形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平对称；每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔，每个二维矩形图像元对应的二维矩形针孔的数目等于二维矩形针孔的组数，多个二维矩形针孔以该二维矩形图像元的中心为中心水平对称；一维矩形图像元透过对应的多个一维矩形针孔重建出多个一维3D图像，二维矩形图像元透过对应的多个二维矩形针孔重建出多个二维3D图像；多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和无串扰3D图像。
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