CN111856774A - 高分辨率和高光学效率双视3d显示装置及方法 - Google Patents

高分辨率和高光学效率双视3d显示装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高分辨率和高光学效率双视3D显示装置及方法，包括显示屏和复合针孔阵列；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奇数行依次排列，二维针孔和一维针孔在偶数行依次排列；一维图像元I透过对应的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3D视区I合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的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3D视区II合并成一个高分辨率3D图像II。

Description

高分辨率和高光学效率双视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，本发明涉及高分辨率和高光学效率双视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显示还存在光学效率低等问题。
发明内容
本发明提出了高分辨率和高光学效率双视3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏和复合针孔阵列；复合针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图3所示；一维针孔和二维针孔在奇数行依次排列，二维针孔和一维针孔在偶数行依次排列；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、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在奇数行依次排列；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在偶数行依次排列；一维图像元I透过对应的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3D视区I合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的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3D视区II合并成一个高分辨率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，复合微图像阵列中一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的水平节距均相同；复合微图像阵列中一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的垂直节距均相同；复合针孔阵列中一维针孔和二维针孔的水平节距均相同；复合针孔阵列中一维针孔和二维针孔的垂直节距均相同。
优选的，复合针孔阵列中一维针孔和二维针孔的垂直节距均等于复合微图像阵列中一维图像元I的垂直节距。
优选的，复合微图像阵列水平方向上的一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的数目均相同；复合微图像阵列垂直方向上的一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的数目均相同；复合针孔阵列水平方向上的一维针孔和二维针孔的数目均相同；复合针孔阵列垂直方向上的一维针孔和二维针孔的数目均相同；复合微图像阵列水平方向上的一维图像元I的数目等于复合针孔阵列水平方向上的一维针孔的数目，复合微图像阵列垂直方向上的一维图像元I的数目等于复合针孔阵列垂直方向上的一维针孔的数目。
优选的，一维针孔的水平节距p和垂直节距q由下式计算得到：
Figure 398907DEST_PATH_IMAGE002
（1）
Figure 316047DEST_PATH_IMAGE004
（2）
其中，s是一维图像元I的水平节距，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，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的观看视角和3D图像II的观看视角均相同。
优选的，双视3D显示装置的光学效率φ为
Figure 718953DEST_PATH_IMAGE006
（3）
其中，p是一维针孔的水平节距，q是一维针孔的垂直节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距。
优选的，3D图像I的水平分辨率R 1、垂直分辨率R 2和观看视角θ分别为
Figure 114163DEST_PATH_IMAGE008
（4）
Figure 866218DEST_PATH_IMAGE010
（5）
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，l是观看距离，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。
高分辨率和高光学效率双视3D显示方法，其特征在于，包括：
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奇数行依次排列，二维针孔和一维针孔在偶数行依次排列；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、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在奇数行依次排列；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在偶数行依次排列；一维图像元I透过对应的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3D视区I合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的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3D视区II合并成一个高分辨率3D图像II。
附图说明
附图1为本发明的结构和奇数行参数示意图
附图2为本发明的结构和偶数行参数示意图
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.复合针孔阵列，3.复合微图像阵列，4.一维针孔，5.二维针孔，6.一维图像元I，7. 二维图像元I，8.一维图像元II，9.二维图像元II，10.3D视区I，11. 3D视区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高分辨率和高光学效率双视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。
本发明提出了高分辨率和高光学效率双视3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏和复合针孔阵列；复合针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图3所示；一维针孔和二维针孔在奇数行依次排列，二维针孔和一维针孔在偶数行依次排列；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、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在奇数行依次排列；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在偶数行依次排列；一维图像元I透过对应的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3D视区I合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的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3D视区II合并成一个高分辨率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，复合微图像阵列中一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的水平节距均相同；复合微图像阵列中一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的垂直节距均相同；复合针孔阵列中一维针孔和二维针孔的水平节距均相同；复合针孔阵列中一维针孔和二维针孔的垂直节距均相同。
优选的，复合针孔阵列中一维针孔和二维针孔的垂直节距均等于复合微图像阵列中一维图像元I的垂直节距。
优选的，复合微图像阵列水平方向上的一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的数目均相同；复合微图像阵列垂直方向上的一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的数目均相同；复合针孔阵列水平方向上的一维针孔和二维针孔的数目均相同；复合针孔阵列垂直方向上的一维针孔和二维针孔的数目均相同；复合微图像阵列水平方向上的一维图像元I的数目等于复合针孔阵列水平方向上的一维针孔的数目，复合微图像阵列垂直方向上的一维图像元I的数目等于复合针孔阵列垂直方向上的一维针孔的数目。
优选的，一维针孔的水平节距p和垂直节距q由下式计算得到：
Figure 688681DEST_PATH_IMAGE002
（1）
Figure 955714DEST_PATH_IMAGE004
（2）
其中，s是一维图像元I的水平节距，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，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的观看视角和3D图像II的观看视角均相同。
优选的，双视3D显示装置的光学效率φ为
Figure 154614DEST_PATH_IMAGE006
（3）
其中，p是一维针孔的水平节距，q是一维针孔的垂直节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距。
优选的，3D图像I的水平分辨率R 1、垂直分辨率R 2和观看视角θ分别为
Figure 761176DEST_PATH_IMAGE008
（4）
Figure 754540DEST_PATH_IMAGE010
（5）
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，l是观看距离，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。
高分辨率和高光学效率双视3D显示方法，其特征在于，包括：
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奇数行依次排列，二维针孔和一维针孔在偶数行依次排列；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、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在奇数行依次排列；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在偶数行依次排列；一维图像元I透过对应的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3D视区I合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的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3D视区II合并成一个高分辨率3D图像II。
复合针孔阵列的水平宽度为180mm，复合针孔阵列的垂直宽度为90mm，一维图像元I的水平节距为1.53mm，观看距离为250mm，显示屏与复合针孔阵列的间距为5mm，显示屏单个像素的节距为1mm，一维针孔和二维针孔的孔径宽度为0.6mm，则由式（1）计算得到一维针孔的水平节距为3mm，由式（2）计算得到一维针孔的垂直节距为3mm；；由式（3）计算得到双视3D显示装置的光学效率为11.8°由式（4）计算得到3D图像I和3D图像II的水平分辨率、垂直分辨率均为60；由式（5）计算得到3D图像I和3D图像II的观看视角均为10°。传统的双视3D显示的水平分辨率、垂直分辨率和光学效率分别为60、30和3.9%。

Claims (10)

1.高分辨率和高光学效率双视3D显示装置，其特征在于，包括显示屏和复合针孔阵列；复合针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；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奇数行依次排列，二维针孔和一维针孔在偶数行依次排列；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、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在奇数行依次排列；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在偶数行依次排列；一维图像元I透过对应的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3D视区I合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的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3D视区II合并成一个高分辨率3D图像II。
2.根据权利要求1所述的高分辨率和高光学效率双视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所述的高分辨率和高光学效率双视3D显示装置，其特征在于，复合微图像阵列中一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的水平节距均相同；复合微图像阵列中一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的垂直节距均相同；复合针孔阵列中一维针孔和二维针孔的水平节距均相同；复合针孔阵列中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所述的高分辨率和高光学效率双视3D显示装置，其特征在于，复合针孔阵列中一维针孔和二维针孔的垂直节距均等于复合微图像阵列中一维图像元I的垂直节距。
5.根据权利要求4所述的高分辨率和高光学效率双视3D显示装置，其特征在于，复合微图像阵列水平方向上的一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的数目均相同；复合微图像阵列垂直方向上的一维图像元I、二维图像元I、一维图像元II和二维图像元II的数目均相同；复合针孔阵列水平方向上的一维针孔和二维针孔的数目均相同；复合针孔阵列垂直方向上的一维针孔和二维针孔的数目均相同；复合微图像阵列水平方向上的一维图像元I的数目等于复合针孔阵列水平方向上的一维针孔的数目，复合微图像阵列垂直方向上的一维图像元I的数目等于复合针孔阵列垂直方向上的一维针孔的数目。
6.根据权利要求5所述的高分辨率和高光学效率双视3D显示装置，其特征在于，一维针孔的水平节距p和垂直节距q由下式计算得到：
Figure 165180DEST_PATH_IMAGE002
Figure 902192DEST_PATH_IMAGE004
其中，s是一维图像元I的水平节距，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，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。
7.根据权利要求5所述的高分辨率和高光学效率双视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的观看视角和3D图像II的观看视角均相同。
8.根据权利要求6所述的高分辨率和高光学效率双视3D显示装置，其特征在于，双视3D显示装置的光学效率φ为
Figure 363260DEST_PATH_IMAGE006
其中，p是一维针孔的水平节距，q是一维针孔的垂直节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距。
9.根据权利要求7所述的高分辨率和高光学效率双视3D显示装置，其特征在于，3D图像I的水平分辨率R 1、垂直分辨率R 2和观看视角θ分别为
Figure 793105DEST_PATH_IMAGE008
Figure 34730DEST_PATH_IMAGE010
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，l是观看距离，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。
10.高分辨率和高光学效率双视3D显示方法，其特征在于，包括：
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奇数行依次排列，二维针孔和一维针孔在偶数行依次排列；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、一维图像元II、二维图像元I和二维图像元II在奇数行依次排列；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在偶数行依次排列；一维图像元I透过对应的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3D视区I合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的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3D视区II合并成一个高分辨率3D图像II。
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