CN112859372A - 基于复合针孔阵列的双视3d显示方法 - Google Patents

基于复合针孔阵列的双视3d显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于复合针孔阵列的双视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，复合偏振光栅，复合针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔；离散式复合图像元阵列包括多个离散排列的一维图像元I，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I只能观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II只能观看到高分辨率3D图像II。

Description

基于复合针孔阵列的双视3D显示方法
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于复合针孔阵列的双视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。与基于偏振光栅和微透镜阵列的集成成像双视3D显示相比，基于偏振光栅和针孔阵列的集成成像双视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。但是，3D分辨率不足的瓶颈问题严重影响了观看者的体验。
现有的技术方案采用复合偏振光栅以及配套的复合图像元阵列解决上述问题：复合图像元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透过对应的偏振光栅I和一维针孔重建出一个一维3D图像I，二维图像元I透过对应的偏振光栅I和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在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维图像元II透过对应的偏振光栅II和一维针孔重建出一个一维3D图像II，二维图像元II透过对应的偏振光栅II和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在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II。
但是，现有的技术方案存在以下问题：与一维图像元I相邻的二维图像元I发出的一部分光线也通过与该一维图像元I对应的一维针孔，而且干扰了该一维图像元I重建的一维3D图像I；与二维图像元I相邻的一维图像元I发出的一部分光线也通过与该二维图像元I对应的二维针孔，而且干扰了该二维图像元I重建的二维3D图像I；与一维图像元II相邻的二维图像元II发出的一部分光线也通过与该一维图像元II对应的一维针孔，而且干扰了该一维图像元II重建的一维3D图像II；与二维图像元II相邻的一维图像元II发出的一部分光线也通过与该二维图像元II对应的二维针孔，而且干扰了该二维图像元II重建的二维3D图像II。此外，现有的技术方案还存在光学效率偏低的问题。
现有的技术方案的3D图像I的观看视角θ 1、3D图像II的观看视角θ 2、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 101849DEST_PATH_IMAGE002
Figure 18989DEST_PATH_IMAGE004
其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，m是水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，t是复合偏振光栅和偏振眼镜的光透射率。
发明内容
本发明提出了基于复合针孔阵列的双视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，复合偏振光栅，复合针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，复合偏振光栅，复合针孔阵列依次平行放置，且对应对齐，如附图1所示；复合偏振光栅与显示屏贴合；复合偏振光栅包括偏振光栅I和偏振光栅II；偏振光栅I位于复合偏振光栅的奇数列，偏振光栅II位于复合偏振光栅的偶数列；偏振光栅I的偏振方向与偏振光栅II的偏振方向正交；偏振眼镜I的偏振方向与偏振光栅I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振光栅II的偏振方向相同；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图2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；显示屏用于显示离散式复合图像元阵列，如附图3所示；离散式复合图像元阵列包括多个离散排列的一维图像元I，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II；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在奇数行依次分隔排列，二维图像元I，一维图像元I，二维图像元II和一维图像元II在偶数行依次分隔排列；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的宽度均相同；相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度、相邻一维图像元II与二维图像元II的间隔宽度、相邻一维图像元I与二维图像元II的间隔宽度、相邻二维图像元I与一维图像元II的间隔宽度均相同；一维针孔和二维针孔的节距均相同；一维针孔的节距等于一维图像元I的宽度与相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度之和；偏振光栅I和偏振光栅II的节距均等于一维针孔的节距的两倍；一维图像元I和二维图像元I与偏振光栅I对应对齐，一维图像元II和二维图像元II与偏振光栅II对应对齐；一维图像元I的中心均与该一维图像元I对应的一维针孔的中心对应对齐；二维图像元I的中心均与该二维图像元I对应的二维针孔的中心对应对齐；一维图像元II的中心均与该一维图像元II对应的一维针孔的中心对应对齐；二维图像元II的中心均与该二维图像元II对应的二维针孔的中心对应对齐；一维图像元I通过偏振光栅I以及与该一维图像元I对应的一维针孔重建一维3D图像I，与该一维图像元I相邻的二维图像元I发出的光线不会干扰该一维图像元I重建的一维3D图像I，与该一维图像元I相邻的二维图像元II发出的光线不会干扰该一维图像元I重建的一维3D图像I；二维图像元I通过偏振光栅I以及与该二维图像元I对应的二维针孔重建二维3D图像I，与该二维图像元I相邻的一维图像元I发出的光线不会干扰该二维图像元I重建的二维3D图像I，与该二维图像元I相邻的一维图像元II发出的光线不会干扰该二维图像元I重建的二维3D图像I；一维图像元II通过偏振光栅II以及与该一维图像元II对应的一维针孔重建一维3D图像II，与该一维图像元II相邻的二维图像元II发出的光线不会干扰该一维图像元II重建的一维3D图像II，与该一维图像元II相邻的二维图像元I发出的光线不会干扰该一维图像元II重建的一维3D图像II；二维图像元II通过偏振光栅II以及与该二维图像元II对应的二维针孔重建二维3D图像II，与该二维图像元II相邻的一维图像元II发出的光线不会干扰该二维图像元II重建的二维3D图像II，与该二维图像元II相邻的一维图像元I发出的光线不会干扰该二维图像元II重建的二维3D图像II；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I只能观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II只能观看到高分辨率3D图像II。
优选的，相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度a满足下式
Figure 798726DEST_PATH_IMAGE006
（1）
其中，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，一维图像元I的宽度q和相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度a分别为：
Figure 131619DEST_PATH_IMAGE008
（2）
Figure 945991DEST_PATH_IMAGE010
（3）
其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，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，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水平方向上的数目均相同。
优选的，3D图像I的观看视角θ 1、3D图像II的观看视角θ 2、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 768453DEST_PATH_IMAGE012
（4）
Figure 35487DEST_PATH_IMAGE014
（5）
其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，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，m是水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和，q是一维图像元I的宽度，t是复合偏振光栅和偏振眼镜的光透射率。
附图说明
附图1为本发明的示意图
附图2为本发明的复合针孔阵列的示意图
附图3为本发明的离散式复合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. 复合偏振光栅，3. 复合针孔阵列，4. 偏振眼镜I，5. 偏振眼镜II，6. 偏振光栅I，7. 偏振光栅II，8.一维针孔，9.二维针孔，10. 一维图像元I，11. 二维图像元I，12. 一维图像元II，13. 二维图像元II，14. 相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度，15. 相邻二维图像元I与一维图像元II的间隔宽度，16. 相邻一维图像元II与二维图像元II的间隔宽度，17. 相邻一维图像元I与二维图像元II的间隔宽度。
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。
本发明提出了基于复合针孔阵列的双视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，复合偏振光栅，复合针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，复合偏振光栅，复合针孔阵列依次平行放置，且对应对齐，如附图1所示；复合偏振光栅与显示屏贴合；复合偏振光栅包括偏振光栅I和偏振光栅II；偏振光栅I位于复合偏振光栅的奇数列，偏振光栅II位于复合偏振光栅的偶数列；偏振光栅I的偏振方向与偏振光栅II的偏振方向正交；偏振眼镜I的偏振方向与偏振光栅I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振光栅II的偏振方向相同；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图2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；显示屏用于显示离散式复合图像元阵列，如附图3所示；离散式复合图像元阵列包括多个离散排列的一维图像元I，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II；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在奇数行依次分隔排列，二维图像元I，一维图像元I，二维图像元II和一维图像元II在偶数行依次分隔排列；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的宽度均相同；相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度、相邻一维图像元II与二维图像元II的间隔宽度、相邻一维图像元I与二维图像元II的间隔宽度、相邻二维图像元I与一维图像元II的间隔宽度均相同；一维针孔和二维针孔的节距均相同；一维针孔的节距等于一维图像元I的宽度与相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度之和；偏振光栅I和偏振光栅II的节距均等于一维针孔的节距的两倍；一维图像元I和二维图像元I与偏振光栅I对应对齐，一维图像元II和二维图像元II与偏振光栅II对应对齐；一维图像元I的中心均与该一维图像元I对应的一维针孔的中心对应对齐；二维图像元I的中心均与该二维图像元I对应的二维针孔的中心对应对齐；一维图像元II的中心均与该一维图像元II对应的一维针孔的中心对应对齐；二维图像元II的中心均与该二维图像元II对应的二维针孔的中心对应对齐；一维图像元I通过偏振光栅I以及与该一维图像元I对应的一维针孔重建一维3D图像I，与该一维图像元I相邻的二维图像元I发出的光线不会干扰该一维图像元I重建的一维3D图像I，与该一维图像元I相邻的二维图像元II发出的光线不会干扰该一维图像元I重建的一维3D图像I；二维图像元I通过偏振光栅I以及与该二维图像元I对应的二维针孔重建二维3D图像I，与该二维图像元I相邻的一维图像元I发出的光线不会干扰该二维图像元I重建的二维3D图像I，与该二维图像元I相邻的一维图像元II发出的光线不会干扰该二维图像元I重建的二维3D图像I；一维图像元II通过偏振光栅II以及与该一维图像元II对应的一维针孔重建一维3D图像II，与该一维图像元II相邻的二维图像元II发出的光线不会干扰该一维图像元II重建的一维3D图像II，与该一维图像元II相邻的二维图像元I发出的光线不会干扰该一维图像元II重建的一维3D图像II；二维图像元II通过偏振光栅II以及与该二维图像元II对应的二维针孔重建二维3D图像II，与该二维图像元II相邻的一维图像元II发出的光线不会干扰该二维图像元II重建的二维3D图像II，与该二维图像元II相邻的一维图像元I发出的光线不会干扰该二维图像元II重建的二维3D图像II；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I只能观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II只能观看到高分辨率3D图像II。
优选的，相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度a满足下式
Figure 234387DEST_PATH_IMAGE006
（1）
其中，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，一维图像元I的宽度q和相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度a分别为：
Figure 90216DEST_PATH_IMAGE008
（2）
Figure 83580DEST_PATH_IMAGE010
（3）
其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，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，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水平方向上的数目均相同。
优选的，3D图像I的观看视角θ 1、3D图像II的观看视角θ 2、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 837910DEST_PATH_IMAGE012
（4）
Figure 574921DEST_PATH_IMAGE014
（5）
其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，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，m是水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和，q是一维图像元I的宽度，t是复合偏振光栅和偏振眼镜的光透射率。
一维针孔和二维针孔的节距为10mm，一维针孔和二维针孔的孔径宽度为2mm，显示屏与复合针孔阵列的间距为10mm，观看距离为500mm，水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和为8，复合偏振光栅和偏振眼镜的光透射率为0.5，则由式（2）和（3）计算得到一维图像元I的宽度和相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度分别为7.96mm、2.04mm；由式（4）和（5）计算得到3D图像I的观看视角、3D图像II的观看视角、3D图像I的光学效率、3D图像II的光学效率分别为48°、48°、7.9%、7.9%。基于上述参数的现有技术方案中，3D图像I的观看视角、3D图像II的观看视角、3D图像I的光学效率、3D图像II的光学效率分别为38°、38°、6%、6%。

Claims (5)

1.基于复合针孔阵列的双视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，复合偏振光栅，复合针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，复合偏振光栅，复合针孔阵列依次平行放置，且对应对齐；复合偏振光栅与显示屏贴合；复合偏振光栅包括偏振光栅I和偏振光栅II；偏振光栅I位于复合偏振光栅的奇数列，偏振光栅II位于复合偏振光栅的偶数列；偏振光栅I的偏振方向与偏振光栅II的偏振方向正交；偏振眼镜I的偏振方向与偏振光栅I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振光栅II的偏振方向相同；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，二维图像元I，一维图像元II和二维图像元II在奇数行依次分隔排列，二维图像元I，一维图像元I，二维图像元II和一维图像元II在偶数行依次分隔排列；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的宽度均相同；相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度、相邻一维图像元II与二维图像元II的间隔宽度、相邻一维图像元I与二维图像元II的间隔宽度、相邻二维图像元I与一维图像元II的间隔宽度均相同；一维针孔和二维针孔的节距均相同；一维针孔的节距等于一维图像元I的宽度与相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度之和；偏振光栅I和偏振光栅II的节距均等于一维针孔的节距的两倍；一维图像元I和二维图像元I与偏振光栅I对应对齐，一维图像元II和二维图像元II与偏振光栅II对应对齐；一维图像元I的中心均与该一维图像元I对应的一维针孔的中心对应对齐；二维图像元I的中心均与该二维图像元I对应的二维针孔的中心对应对齐；一维图像元II的中心均与该一维图像元II对应的一维针孔的中心对应对齐；二维图像元II的中心均与该二维图像元II对应的二维针孔的中心对应对齐；一维图像元I通过偏振光栅I以及与该一维图像元I对应的一维针孔重建一维3D图像I，与该一维图像元I相邻的二维图像元I发出的光线不会干扰该一维图像元I重建的一维3D图像I，与该一维图像元I相邻的二维图像元II发出的光线不会干扰该一维图像元I重建的一维3D图像I；二维图像元I通过偏振光栅I以及与该二维图像元I对应的二维针孔重建二维3D图像I，与该二维图像元I相邻的一维图像元I发出的光线不会干扰该二维图像元I重建的二维3D图像I，与该二维图像元I相邻的一维图像元II发出的光线不会干扰该二维图像元I重建的二维3D图像I；一维图像元II通过偏振光栅II以及与该一维图像元II对应的一维针孔重建一维3D图像II，与该一维图像元II相邻的二维图像元II发出的光线不会干扰该一维图像元II重建的一维3D图像II，与该一维图像元II相邻的二维图像元I发出的光线不会干扰该一维图像元II重建的一维3D图像II；二维图像元II通过偏振光栅II以及与该二维图像元II对应的二维针孔重建二维3D图像II，与该二维图像元II相邻的一维图像元II发出的光线不会干扰该二维图像元II重建的二维3D图像II，与该二维图像元II相邻的一维图像元I发出的光线不会干扰该二维图像元II重建的二维3D图像II；一维3D图像I与二维3D图像I在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I；一维3D图像II与二维3D图像II在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II；通过偏振眼镜I只能观看到高分辨率3D图像I，通过偏振眼镜II只能观看到高分辨率3D图像II。
2. 根据权利要求1所述的基于复合针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度a满足下式
Figure 151490DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，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。
3.根据权利要求2所述的基于复合针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，一维图像元I的宽度q和相邻一维图像元I与二维图像元I的间隔宽度a分别为：
Figure 426614DEST_PATH_IMAGE002
（2）
Figure 7768DEST_PATH_IMAGE003
（3）
其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，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。
4.根据权利要求3所述的基于复合针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，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水平方向上的数目均相同。
5.根据权利要求4所述的基于复合针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，3D图像I的观看视角θ 1、3D图像II的观看视角θ 2、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 342934DEST_PATH_IMAGE004
（4）
Figure 71856DEST_PATH_IMAGE005
（5）
其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，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，m是水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和，q是一维图像元I的宽度，t是复合偏振光栅和偏振眼镜的光透射率。
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