CN112859367A - 基于离散式复合图像元阵列的双视3d显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于离散式复合图像元阵列的双视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，针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；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；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；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

基于离散式复合图像元阵列的双视3D显示方法
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于离散式复合图像元阵列的双视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。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）光学效率较低。
现有的基于偏振光栅和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 511593DEST_PATH_IMAGE002
Figure 959892DEST_PATH_IMAGE004
Figure 146154DEST_PATH_IMAGE006
其中，p是针孔的节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距，m是水平方向上针孔的数目，n是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
本发明提出了基于离散式复合图像元阵列的双视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，针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅，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；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；图像元I的宽度等于图像元II的宽度；相邻图像元I的间隔宽度、相邻图像元II的间隔宽度、相邻图像元I与图像元II的间隔宽度均相等；针孔的节距等于图像元I的宽度与相邻图像元I的间隔宽度之和；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 541363DEST_PATH_IMAGE008
（1）
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，相邻图像元I的间隔宽度a满足下式
Figure 355735DEST_PATH_IMAGE010
（2）
其中，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距。
优选的，图像元I的宽度q和相邻图像元I的间隔宽度a分别为：
Figure 178198DEST_PATH_IMAGE012
（3）
Figure 976389DEST_PATH_IMAGE014
（4）
其中，p是针孔的节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距。
优选的，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 175290DEST_PATH_IMAGE016
（5）
Figure 844168DEST_PATH_IMAGE018
（6）
Figure 837532DEST_PATH_IMAGE020
（7）
其中，p是针孔的节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距，m是水平方向上针孔的数目，n是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，a是相邻图像元I的间隔宽度。
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. 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离散式复合图像元阵列的双视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。
本发明提出了基于离散式复合图像元阵列的双视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，针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅，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；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；图像元I的宽度等于图像元II的宽度；相邻图像元I的间隔宽度、相邻图像元II的间隔宽度、相邻图像元I与图像元II的间隔宽度均相等；针孔的节距等于图像元I的宽度与相邻图像元I的间隔宽度之和；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 247654DEST_PATH_IMAGE008
（1）
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，相邻图像元I的间隔宽度a满足下式
Figure 984666DEST_PATH_IMAGE010
（2）
其中，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距。
优选的，图像元I的宽度q和相邻图像元I的间隔宽度a分别为：
Figure 508051DEST_PATH_IMAGE012
（3）
Figure 212DEST_PATH_IMAGE014
（4）
其中，p是针孔的节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距。
优选的，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 241838DEST_PATH_IMAGE016
（5）
Figure 516961DEST_PATH_IMAGE018
（6）
Figure 691590DEST_PATH_IMAGE020
（7）
其中，p是针孔的节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距，m是水平方向上针孔的数目，n是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，a是相邻图像元I的间隔宽度。
针孔的节距为10mm，针孔的孔径宽度为2mm，显示屏与针孔阵列的间距为10mm，观看距离为500mm，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）计算得到光栅单元I和光栅单元II的节距为20mm；由式（3）和（4）计算得到图像元I的宽度、相邻图像元I的间隔宽度分别为7.96mm、2.04mm；由式（5）、（6）和（7）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48°、48°、48°、48°、3.2%、3.2%；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38°、38°、38°、38°、2%、2%。

Claims (5)

1.基于离散式复合图像元阵列的双视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，针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅，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；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；图像元I的宽度等于图像元II的宽度；相邻图像元I的间隔宽度、相邻图像元II的间隔宽度、相邻图像元I与图像元II的间隔宽度均相等；针孔的节距等于图像元I的宽度与相邻图像元I的间隔宽度之和；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所述的基于离散式复合图像元阵列的双视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 DEST_PATH_IMAGE001
（1）
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所述的基于离散式复合图像元阵列的双视3D显示方法，其特征在于，相邻图像元I的间隔宽度a满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距。
4.根据权利要求3所述的基于离散式复合图像元阵列的双视3D显示方法，其特征在于，图像元I的宽度q和相邻图像元I的间隔宽度a分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（4）
其中，p是针孔的节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距。
5.根据权利要求4所述的基于离散式复合图像元阵列的双视3D显示方法，其特征在于，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 DEST_PATH_IMAGE005
（5）
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（6）
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（7）
其中，p是针孔的节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距，m是水平方向上针孔的数目，n是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，a是相邻图像元I的间隔宽度。
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