CN112859365A - 基于渐变孔径针孔阵列的双视3d显示方法 - Google Patents

基于渐变孔径针孔阵列的双视3d显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于渐变孔径针孔阵列的双视3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现双视3D显示；集成成像显示设备包括显示屏，偏振光栅，渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；位于渐变孔径针孔阵列同一行的针孔的垂直孔径宽度相同；渐变孔径针孔阵列中针孔的垂直孔径宽度从中间到两边逐渐增大；离散式复合图像元阵列包括多个离散排列的图像元I和图像元II；图像元I通过与其对应的光栅单元I和针孔重建出3D图像I；图像元II通过与其对应的光栅单元II和针孔重建出3D图像II；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II。

Description

基于渐变孔径针孔阵列的双视3D显示方法
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于渐变孔径针孔阵列的双视3D显示方法。
背景技术
集成成像3D显示具有裸眼观看的特点，其拍摄与显示的过程相对简单，且能显示全视差和全真色彩的3D图像，是目前3D显示的主要方式之一。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。通过采用偏振光栅以及配套的偏振眼镜可以分离两个不同的3D画面，观看者通过切换不同的偏振眼镜即可看到不同的3D画面。
现有的基于偏振光栅和渐变孔径针孔阵列的集成成像双视3D显示将多个在水平方向上连续排列的图像元I及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元I对应对齐；多个在水平方向上连续排列的图像元II及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元II对应对齐。该方法降低了偏振光栅的制造难度和成本。渐变孔径针孔阵列中针孔的水平孔径宽度从两边到中间逐渐增大，从而在一定程度上增大了光学效率。但是，该方法存在的缺点如下：
（1）与同一个光栅单元I对应的多个在水平方向上连续排列的图像元I存在互相干扰；与同一个光栅单元II对应的多个在水平方向上连续排列的图像元II存在互相干扰；
（2）垂直方向上连续排列的图像元I存在互相干扰；垂直方向上连续排列的图像元II存在互相干扰；
（3）光学效率仍然偏低。
因此，在现有的基于偏振光栅和渐变孔径针孔阵列的集成成像双视3D显示中，3D图像I的水平观看视角θ 1、3D图像I的垂直观看视角θ 2、3D图像II的水平观看视角θ 3、3D图像II的垂直观看视角θ 4、3D图像I的光学效率φ 1、3D图像II的光学效率φ 2分别为
Figure 414393DEST_PATH_IMAGE001
Figure 801512DEST_PATH_IMAGE002
Figure 108996DEST_PATH_IMAGE003
其中，p是针孔的节距，H i 是渐变孔径针孔阵列中第i列针孔的水平孔径宽度，w是位于渐变孔径针孔阵列中心的针孔的水平孔径宽度，l是观看距离，v是针孔的垂直孔径宽度，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距，m是渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目，n是渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目，k是与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目，t是偏振光栅和偏振眼镜的光透射率。
发明内容
本发明提出了基于渐变孔径针孔阵列的双视3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现双视3D显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏，偏振光栅，渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅，渐变孔径针孔阵列依次平行放置，且对应对齐，如附图1、2和3所示；偏振光栅与显示屏贴合；偏振光栅由光栅单元I和光栅单元II交替排列组成，光栅单元I的偏振方向与光栅单元II的偏振方向正交；位于渐变孔径针孔阵列同一行的针孔的垂直孔径宽度相同；渐变孔径针孔阵列中针孔的垂直孔径宽度从中间到两边逐渐增大；渐变孔径针孔阵列中第i行针孔的垂直孔径宽度V i 由下式计算得到
Figure 999592DEST_PATH_IMAGE004
（1）
其中，p是针孔的节距，u是位于渐变孔径针孔阵列中心的针孔的垂直孔径宽度，n是渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距；显示屏用于显示离散式复合图像元阵列；离散式复合图像元阵列包括多个离散排列的图像元I和图像元II；每个图像元I的中心均与该图像元I对应的针孔的中心对应对齐；多个在水平方向上离散排列的图像元I及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元I对应对齐；每个图像元II的中心均与该图像元II对应的针孔的中心对应对齐；多个在水平方向上离散排列的图像元II及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元II对应对齐；图像元I通过与其对应的光栅单元I和针孔重建出3D图像I，与该图像元I相邻的图像元I发出的光线不会干扰该图像元I重建的3D图像I；图像元II通过与其对应的光栅单元II和针孔重建出3D图像II，与该图像元II相邻的图像元II发出的光线不会干扰该图像元II重建的3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与光栅单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与光栅单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II。
优选的，与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于与同一个光栅单元II对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目；光栅单元I和光栅单元II的节距s由下式计算得到
Figure 796646DEST_PATH_IMAGE005
（2）
其中，p是针孔的节距，k是与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目。
优选的，图像元I的水平宽度等于图像元II的水平宽度；图像元I的垂直宽度等于图像元II的垂直宽度；相邻图像元I的水平间隔宽度、相邻图像元II的水平间隔宽度、相邻图像元I与图像元II的水平间隔宽度均相等；相邻图像元I的垂直间隔宽度、相邻图像元II的垂直间隔宽度均相等；图像元I的水平宽度与相邻图像元I的水平间隔宽度之和等于针孔的节距；图像元I的垂直宽度与相邻图像元I的垂直间隔宽度之和等于针孔的节距；相邻图像元I的水平间隔宽度a和垂直间隔宽度b满足下式：
Figure 592433DEST_PATH_IMAGE006
（3）
Figure 765925DEST_PATH_IMAGE007
（4）
其中，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距，V 2是渐变孔径针孔阵列中第2行针孔的垂直孔径宽度，w是针孔的水平孔径宽度。
优选的，图像元I的水平宽度q、图像元I的垂直宽度d、相邻图像元I的水平间隔宽度a和相邻图像元I的垂直间隔宽度b分别为：
Figure 776607DEST_PATH_IMAGE008
（5）
Figure 744563DEST_PATH_IMAGE009
（6）
Figure 840695DEST_PATH_IMAGE010
（7）
Figure 489982DEST_PATH_IMAGE011
（8）
其中，p是针孔的节距，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距，V 2是渐变孔径针孔阵列中第2行针孔的垂直孔径宽度，w是针孔的水平孔径宽度；3D图像I的水平观看视角θ 1、3D图像I的垂直观看视角θ 2、3D图像II的水平观看视角θ 3、3D图像II的垂直观看视角θ 4、3D图像I的光学效率φ 1、3D图像II的光学效率φ 2分别为：
Figure 355170DEST_PATH_IMAGE012
（9）
Figure 494027DEST_PATH_IMAGE013
（10）
Figure 389040DEST_PATH_IMAGE014
（11）
其中，V i 是渐变孔径针孔阵列中第i行针孔的垂直孔径宽度，m是渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目，n是渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目，q是图像元I的水平宽度，d是图像元I的垂直宽度，k是与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目，t是偏振光栅和偏振眼镜的光透射率。
附图说明
附图1为本发明的结构和水平方向参数示意图
附图2为本发明的图像元I与光栅单元I垂直方向上的参数示意图
附图3为本发明的图像元II与光栅单元II垂直方向上的参数示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2. 偏振光栅，3. 渐变孔径针孔阵列，4. 偏振眼镜I，5. 偏振眼镜II，6. 光栅单元I， 7. 光栅单元II，8. 图像元I， 9. 图像元II，10. 相邻图像元I的间隔，11.相邻图像元II的间隔，12. 相邻图像元I与图像元II的间隔。
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渐变孔径针孔阵列的双视3D显示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。
本发明提出了基于渐变孔径针孔阵列的双视3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现双视3D显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏，偏振光栅，渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅，渐变孔径针孔阵列依次平行放置，且对应对齐，如附图1、2和3所示；偏振光栅与显示屏贴合；偏振光栅由光栅单元I和光栅单元II交替排列组成，光栅单元I的偏振方向与光栅单元II的偏振方向正交；位于渐变孔径针孔阵列同一行的针孔的垂直孔径宽度相同；渐变孔径针孔阵列中针孔的垂直孔径宽度从中间到两边逐渐增大；渐变孔径针孔阵列中第i行针孔的垂直孔径宽度V i 由下式计算得到
Figure 638755DEST_PATH_IMAGE004
（1）
其中，p是针孔的节距，u是位于渐变孔径针孔阵列中心的针孔的垂直孔径宽度，n是渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距；显示屏用于显示离散式复合图像元阵列；离散式复合图像元阵列包括多个离散排列的图像元I和图像元II；每个图像元I的中心均与该图像元I对应的针孔的中心对应对齐；多个在水平方向上离散排列的图像元I及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元I对应对齐；每个图像元II的中心均与该图像元II对应的针孔的中心对应对齐；多个在水平方向上离散排列的图像元II及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元II对应对齐；图像元I通过与其对应的光栅单元I和针孔重建出3D图像I，与该图像元I相邻的图像元I发出的光线不会干扰该图像元I重建的3D图像I；图像元II通过与其对应的光栅单元II和针孔重建出3D图像II，与该图像元II相邻的图像元II发出的光线不会干扰该图像元II重建的3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与光栅单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与光栅单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II。
优选的，与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于与同一个光栅单元II对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目；光栅单元I和光栅单元II的节距s由下式计算得到
Figure 561712DEST_PATH_IMAGE005
（2）
其中，p是针孔的节距，k是与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目。
优选的，图像元I的水平宽度等于图像元II的水平宽度；图像元I的垂直宽度等于图像元II的垂直宽度；相邻图像元I的水平间隔宽度、相邻图像元II的水平间隔宽度、相邻图像元I与图像元II的水平间隔宽度均相等；相邻图像元I的垂直间隔宽度、相邻图像元II的垂直间隔宽度均相等；图像元I的水平宽度与相邻图像元I的水平间隔宽度之和等于针孔的节距；图像元I的垂直宽度与相邻图像元I的垂直间隔宽度之和等于针孔的节距；相邻图像元I的水平间隔宽度a和垂直间隔宽度b满足下式：
Figure 871471DEST_PATH_IMAGE006
（3）
Figure 132075DEST_PATH_IMAGE007
（4）
其中，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距，V 2是渐变孔径针孔阵列中第2行针孔的垂直孔径宽度，w是针孔的水平孔径宽度。
优选的，图像元I的水平宽度q、图像元I的垂直宽度d、相邻图像元I的水平间隔宽度a和相邻图像元I的垂直间隔宽度b分别为：
Figure 123165DEST_PATH_IMAGE008
（5）
Figure 962945DEST_PATH_IMAGE009
（6）
Figure 443605DEST_PATH_IMAGE010
（7）
Figure 736046DEST_PATH_IMAGE011
（8）
其中，p是针孔的节距，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距，V 2是渐变孔径针孔阵列中第2行针孔的垂直孔径宽度，w是针孔的水平孔径宽度；3D图像I的水平观看视角θ 1、3D图像I的垂直观看视角θ 2、3D图像II的水平观看视角θ 3、3D图像II的垂直观看视角θ 4、3D图像I的光学效率φ 1、3D图像II的光学效率φ 2分别为：
Figure 593143DEST_PATH_IMAGE012
（9）
Figure 474381DEST_PATH_IMAGE013
（10）
Figure 125942DEST_PATH_IMAGE014
（11）
其中，V i 是渐变孔径针孔阵列中第i行针孔的垂直孔径宽度，m是渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目，n是渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目，q是图像元I的水平宽度，d是图像元I的垂直宽度，k是与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目，t是偏振光栅和偏振眼镜的光透射率。
针孔的节距为10mm，针孔的水平孔径宽度为2mm，位于渐变孔径针孔阵列中心的针孔的垂直孔径宽度为2mm，显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距为10mm，观看距离为390mm，与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目为2，水平方向上针孔的数目为8，垂直方向上针孔的数目为6，偏振光栅和偏振眼镜的光透射率为0.5，则由式（1）计算得到渐变孔径针孔阵列中第1~6行针孔的垂直孔径宽度分别为3mm、2.5mm、2mm、2mm、2.5mm、3mm；由式（2）计算得到光栅单元I和光栅单元II的节距为20mm；由式（5）、（6）、（7）和（8）计算得到图像元I的水平宽度、图像元I的垂直宽度、相邻图像元I的水平间隔宽度和相邻图像元I的垂直间隔宽度分别为2.05mm、2.56mm、7.95mm、7.44mm；由式（9）、（10）和（11）计算得到3D图像I的水平观看视角、3D图像I的垂直观看视角、3D图像II的水平观看视角、3D图像II的垂直观看视角、3D图像I的光学效率、3D图像II的光学效率分别为47°、51°、47°、51°、4.2%、4.2%；基于上述参数的现有技术方案的3D图像I的水平观看视角、3D图像I的垂直观看视角、3D图像II的水平观看视角、3D图像II的垂直观看视角、3D图像I的光学效率、3D图像II的光学效率分别为39°、44°、39°、44°、2.5%、2.5%。

Claims (4)

1.基于渐变孔径针孔阵列的双视3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现双视3D显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏，偏振光栅，渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅，渐变孔径针孔阵列依次平行放置，且对应对齐；偏振光栅与显示屏贴合；偏振光栅由光栅单元I和光栅单元II交替排列组成，光栅单元I的偏振方向与光栅单元II的偏振方向正交；位于渐变孔径针孔阵列同一行的针孔的垂直孔径宽度相同；渐变孔径针孔阵列中针孔的垂直孔径宽度从中间到两边逐渐增大；渐变孔径针孔阵列中第i行针孔的垂直孔径宽度V i 由下式计算得到
Figure 57173DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，p是针孔的节距，u是位于渐变孔径针孔阵列中心的针孔的垂直孔径宽度，n是渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距；显示屏用于显示离散式复合图像元阵列；离散式复合图像元阵列包括多个离散排列的图像元I和图像元II；每个图像元I的中心均与该图像元I对应的针孔的中心对应对齐；多个在水平方向上离散排列的图像元I及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元I对应对齐；每个图像元II的中心均与该图像元II对应的针孔的中心对应对齐；多个在水平方向上离散排列的图像元II及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元II对应对齐；图像元I通过与其对应的光栅单元I和针孔重建出3D图像I，与该图像元I相邻的图像元I发出的光线不会干扰该图像元I重建的3D图像I；图像元II通过与其对应的光栅单元II和针孔重建出3D图像II，与该图像元II相邻的图像元II发出的光线不会干扰该图像元II重建的3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与光栅单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与光栅单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II。
2. 根据权利要求1所述的基于渐变孔径针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于与同一个光栅单元II对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目；光栅单元I和光栅单元II的节距s由下式计算得到
Figure 281481DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，p是针孔的节距，k是与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目。
3.根据权利要求1所述的基于渐变孔径针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，图像元I的水平宽度等于图像元II的水平宽度；图像元I的垂直宽度等于图像元II的垂直宽度；相邻图像元I的水平间隔宽度、相邻图像元II的水平间隔宽度、相邻图像元I与图像元II的水平间隔宽度均相等；相邻图像元I的垂直间隔宽度、相邻图像元II的垂直间隔宽度均相等；图像元I的水平宽度与相邻图像元I的水平间隔宽度之和等于针孔的节距；图像元I的垂直宽度与相邻图像元I的垂直间隔宽度之和等于针孔的节距；相邻图像元I的水平间隔宽度a和垂直间隔宽度b满足下式：
Figure 342978DEST_PATH_IMAGE003
（3）
Figure 627329DEST_PATH_IMAGE004
（4）
其中，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距，V 2是渐变孔径针孔阵列中第2行针孔的垂直孔径宽度，w是针孔的水平孔径宽度。
4.根据权利要求3所述的基于渐变孔径针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，图像元I的水平宽度q、图像元I的垂直宽度d、相邻图像元I的水平间隔宽度a和相邻图像元I的垂直间隔宽度b分别为：
Figure 218017DEST_PATH_IMAGE005
（5）
Figure 246016DEST_PATH_IMAGE006
（6）
Figure 427598DEST_PATH_IMAGE007
（7）
Figure 554954DEST_PATH_IMAGE008
（8）
其中，p是针孔的节距，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距，V 2是渐变孔径针孔阵列中第2行针孔的垂直孔径宽度，w是针孔的水平孔径宽度；3D图像I的水平观看视角θ 1、3D图像I的垂直观看视角θ 2、3D图像II的水平观看视角θ 3、3D图像II的垂直观看视角θ 4、3D图像I的光学效率φ 1、3D图像II的光学效率φ 2分别为：
Figure 454777DEST_PATH_IMAGE009
（9）
Figure 20888DEST_PATH_IMAGE010
（10）
Figure 322556DEST_PATH_IMAGE011
（11）
其中，V i 是渐变孔径针孔阵列中第i行针孔的垂直孔径宽度，m是渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目，n是渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目，q是图像元I的水平宽度，d是图像元I的垂直宽度，k是与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目，t是偏振光栅和偏振眼镜的光透射率。
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