CN112859371A - 基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3d显示方法 - Google Patents

基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3d显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现3D显示；集成成像显示设备包括显示屏和阶梯渐变孔径狭缝光栅；显示屏用于显示离散式图像元阵列；离散式图像元阵列包括多个离散排列的图像元；图像元的宽度均相同；相邻图像元的间隔宽度均相同；狭缝的节距均相同；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的连续多个狭缝的孔径宽度相同；每个图像元的中心均与该图像元对应的狭缝的中心对应对齐；每个图像元通过与该图像元对应的狭缝重建3D图像，与该图像元相邻的图像元发出的光线不会干扰该图像元重建的3D图像。

Description

基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3D显示方法
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角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。与基于微透镜阵列的集成成像3D显示相比，基于针孔阵列的集成成像3D显示具有成本低、重量小、器件厚度薄和节距不受制作工艺限制等优点。通过采用阶梯渐变孔径狭缝光栅来取代针孔阵列实现一维集成成像3D显示，可以在改善3D图像亮度均匀度的前提下，增加3D图像的光学效率以及垂直或水平分辨率。
在现有的基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的一维集成成像3D显示中，图像元阵列由多个图像元紧密排列组成；每个图像元通过与该图像元对应的狭缝重建3D图像。但是，与该图像元相邻的图像元发出的一部分光线也通过该狭缝，而且干扰了该图像元重建的3D图像，从而减小了观看视角。此外，现有的基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的一维集成成像3D显示还存在光学效率偏低的问题。现有的基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的一维集成成像3D显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，p是狭缝的节距，w是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目，H i 是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，m是狭缝的数目。
发明内容
本发明提出了基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现3D显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏和阶梯渐变孔径狭缝光栅；如附图1所示，阶梯渐变孔径狭缝光栅位于显示屏前方，阶梯渐变孔径狭缝光栅的中心与显示屏的中心对应对齐；显示屏用于显示离散式图像元阵列，如附图2所示；离散式图像元阵列包括多个离散排列的图像元；图像元的宽度均相同；相邻图像元的间隔宽度均相同；狭缝的节距均相同；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的连续多个狭缝的孔径宽度相同；阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度H i 由下式计算得到
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（1）
其中，p是狭缝的节距，w是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，m是狭缝的数目；每个图像元的中心均与该图像元对应的狭缝的中心对应对齐；每个图像元通过与该图像元对应的狭缝重建3D图像，与该图像元相邻的图像元发出的光线不会干扰该图像元重建的3D图像。
优选的，狭缝的节距等于图像元的宽度与相邻图像元的间隔宽度之和；相邻图像元的间隔宽度a满足下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（2）
其中，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，H 2是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第2列狭缝的孔径宽度。
优选的，图像元的宽度q和相邻图像元的间隔宽度a为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（3）
Figure 677731DEST_PATH_IMAGE012
（4）
其中，p是狭缝的节距，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，，H 2是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第2列狭缝的孔径宽度；集成成像3D显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：
Figure 594871DEST_PATH_IMAGE014
（5）
Figure 374608DEST_PATH_IMAGE016
（6）
其中，H i 是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度，m是狭缝的数目，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目。
优选的，图像元的宽度q和相邻图像元的间隔宽度a为：
Figure 769818DEST_PATH_IMAGE018
（7）
Figure 521873DEST_PATH_IMAGE020
（8）
其中，p是狭缝的节距，w是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度；集成成像3D显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：
Figure 344335DEST_PATH_IMAGE022
（9）
Figure 611369DEST_PATH_IMAGE016
（10）
其中，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，H i 是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度，m是狭缝的数目，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目。
附图说明
附图1为本发明的示意图
附图2为本发明离散式图像元阵列的示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2.阶梯渐变孔径狭缝光栅，3.图像元，4. 相邻图像元的间隔。
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阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角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。
本发明提出了基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现3D显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏和阶梯渐变孔径狭缝光栅；如附图1所示，阶梯渐变孔径狭缝光栅位于显示屏前方，阶梯渐变孔径狭缝光栅的中心与显示屏的中心对应对齐；显示屏用于显示离散式图像元阵列，如附图2所示；离散式图像元阵列包括多个离散排列的图像元；图像元的宽度均相同；相邻图像元的间隔宽度均相同；狭缝的节距均相同；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的连续多个狭缝的孔径宽度相同；阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度H i 由下式计算得到
Figure 810269DEST_PATH_IMAGE006
（1）
其中，p是狭缝的节距，w是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，m是狭缝的数目；每个图像元的中心均与该图像元对应的狭缝的中心对应对齐；每个图像元通过与该图像元对应的狭缝重建3D图像，与该图像元相邻的图像元发出的光线不会干扰该图像元重建的3D图像。
优选的，狭缝的节距等于图像元的宽度与相邻图像元的间隔宽度之和；相邻图像元的间隔宽度a满足下式：
Figure 479148DEST_PATH_IMAGE008
（2）
其中，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，H 2是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第2列狭缝的孔径宽度。
优选的，图像元的宽度q和相邻图像元的间隔宽度a为：
Figure 659462DEST_PATH_IMAGE010
（3）
Figure 413791DEST_PATH_IMAGE012
（4）
其中，p是狭缝的节距，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，，H 2是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第2列狭缝的孔径宽度；集成成像3D显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：
Figure 150803DEST_PATH_IMAGE014
（5）
Figure 674189DEST_PATH_IMAGE016
（6）
其中，H i 是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度，m是狭缝的数目，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目。
优选的，图像元的宽度q和相邻图像元的间隔宽度a为：
Figure 104033DEST_PATH_IMAGE018
（7）
Figure 283341DEST_PATH_IMAGE020
（8）
其中，p是狭缝的节距，w是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度；集成成像3D显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：
Figure 558465DEST_PATH_IMAGE022
（9）
Figure 201936DEST_PATH_IMAGE016
（10）
其中，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，H i 是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度，m是狭缝的数目，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目。
狭缝的节距为10mm，位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度为2mm，位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目为2，狭缝的数目为6，显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距为10mm，观看距离为390mm，则由式（1）计算得到阶梯渐变孔径狭缝光栅中1~6列狭缝的孔径宽度分别为3mm、3mm、2mm、2mm、3mm、3mm；由式（3）和（4）计算得到图像元的宽度、相邻图像元的间隔宽度分别为6.92mm、3.08mm；由式（5）和（6）计算得到集成成像3D显示的观看视角和光学效率分别为46°、38.5%；基于上述参数的传统的基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的集成成像3D显示的观看视角和光学效率分别为42°、26.7%。
狭缝的节距为10mm，位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度为2mm，位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目为2，狭缝的数目为6，显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距为10mm，观看距离为390mm，则由式（1）计算得到阶梯渐变孔径狭缝光栅中1~6列狭缝的孔径宽度分别为3mm、3mm、2mm、2mm、3mm、3mm；由式（7）和（8）计算得到图像元的宽度、相邻图像元的间隔宽度分别为5.9mm、4.1mm；由式（9）和（10）计算得到集成成像3D显示的观看视角和光学效率分别为42°、45.2%；基于上述参数的传统的基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的集成成像3D显示的观看视角和光学效率分别为42°、26.7%。

Claims (4)

1.基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现3D显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏和阶梯渐变孔径狭缝光栅；阶梯渐变孔径狭缝光栅位于显示屏前方，阶梯渐变孔径狭缝光栅的中心与显示屏的中心对应对齐；显示屏用于显示离散式图像元阵列；离散式图像元阵列包括多个离散排列的图像元；图像元的宽度均相同；相邻图像元的间隔宽度均相同；狭缝的节距均相同；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的连续多个狭缝的孔径宽度相同；阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度H i 由下式计算得到
Figure 564306DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，p是狭缝的节距，w是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，m是狭缝的数目；每个图像元的中心均与该图像元对应的狭缝的中心对应对齐；每个图像元通过与该图像元对应的狭缝重建3D图像，与该图像元相邻的图像元发出的光线不会干扰该图像元重建的3D图像。
2. 根据权利要求1所述的基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3D显示方法，其特征在于，狭缝的节距等于图像元的宽度与相邻图像元的间隔宽度之和；相邻图像元的间隔宽度a满足下式：
Figure 831339DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，H 2是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第2列狭缝的孔径宽度。
3.根据权利要求2所述的基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3D显示方法，其特征在于，图像元的宽度q和相邻图像元的间隔宽度a为：
Figure 30240DEST_PATH_IMAGE003
（3）
Figure 699118DEST_PATH_IMAGE004
（4）
其中，p是狭缝的节距，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，，H 2是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第2列狭缝的孔径宽度；集成成像3D显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：
Figure 817116DEST_PATH_IMAGE005
（5）
Figure 571445DEST_PATH_IMAGE006
（6）
其中，H i 是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度，m是狭缝的数目，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目。
4.根据权利要求2所述的基于阶梯渐变孔径狭缝光栅的宽视角3D显示方法，其特征在于，图像元的宽度q和相邻图像元的间隔宽度a为：
Figure 308457DEST_PATH_IMAGE007
（7）
Figure 831842DEST_PATH_IMAGE008
（8）
其中，p是狭缝的节距，w是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度；集成成像3D显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：
Figure 261687DEST_PATH_IMAGE009
（9）
Figure 126481DEST_PATH_IMAGE006
（10）
其中，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅的间距，H i 是阶梯渐变孔径狭缝光栅中第i列狭缝的孔径宽度，m是狭缝的数目，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的数目。
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