CN112987332A - 一种高分辨率光栅立体显示装置 - Google Patents

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Abstract

为解决传统立体显示器分辨率不高的问题，本发明提出了一种高分辨率光栅立体显示装置。该装置由从前至后依次放置的点光源阵列、透明液晶显示面板、散射层及分光元件组成。透明液晶显示面板不改变光线传播方向，其任意像素列中，不同视差图像的像素在垂直方向上排布；任意像素均具有多个开口单元；不同视差图像的像素开口单元在水平方向上周期性排列。光源阵列可将透明液晶显示面板上分属于不同视差图像像素的开口单元分别投射到散射层上不同的空间位置，从而形成新建像素。光学元件可以将新建像素分别投射到不同的视点位置，从而提供立体视觉。本发明在上述投射开口单元并形成新建像素过程中进行像素的物理插值，从而提高图像分辨率。

Description

一种高分辨率光栅立体显示装置
技术领域
本发明属于立体显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高分辨率光栅立体显示装置。
背景技术
传统光栅立体显示装置通常由2D显示面板及分光元件耦合而成。分光元件可将属于不同视差图像的像素投射到不同视点位置，人眼在视点位置可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。通常，当2D显示面板上具有M个像素，且视点数目为N时，视点位置观看到的图像具有M/N个像素，因此其分辨率较低。因此，本发明提出了一种高分辨率光栅立体显示装置。本发明通过光学投影方法实现视差图像的像素插值，从而可以提供更多的像素数目，并最终有效提高图像显示的分辨率。区别于传统数字图像处理中的插值，本发明实现插值的过程为是以投影实现的物理过程。
发明内容
为解决传统立体显示器分辨率不高的问题，本发明提出了一种高分辨率光栅立体显示装置。该高分辨率光栅立体显示装置由点光源阵列、透明液晶显示面板、散射层及分光元件组成。点光源阵列、透明液晶显示面板、散射层及分光元件从后至前依次放置。
透明液晶显示面板具有较低的散射系数，其不改变光线传播方向；透明液晶显示面板上的任意像素列中，不同视差图像的像素在垂直方向上排布；透明液晶显示面板上的任意像素均具有多个开口单元；同一像素内的不同开口单元显示相同的颜色及灰度；任意像素列中，不同视差图像的像素其开口单元在水平方向上形成周期性排列。
光源阵列可将透明液晶显示面板上分属于不同视差图像像素的开口单元分别投射到散射层上不同的空间位置，从而形成新建像素。
光学元件可以将不同视差图像形成的新建像素分别投射到不同的视点位置，当人眼分处于不同视点位置时，可以分别看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。
设透明液晶显示面板上的任意像素的节距为P，且任意像素均具有K个开口单元；同一像素内开口单元的节距为Q，上述参数满足Q×K=P且K≥2。
设光源阵列中光源的节距为L，光源阵列到透明液晶显示面板的距离为D，透明液晶显示面板到散射层的距离为S，上述参数满足L/Q=( D+S) /S。
可选的，分光元件可以为狭缝光栅。
可选的，分光元件可以为柱透镜光栅。
本发明实现高分辨率显示的原理如下：光源阵列将透明液晶显示面板上分属于不同视差图像像素的开口单元分别投射到散射层上不同的空间位置，并形成新建像素。在此过程中，因光源阵列至少具有两个光源，则当两个光源将属于同一视差图像的同一像素的开口单元投射至散射层某一位置时，该位置形成的新建像素与原像素的颜色、灰度保持一致；当两个光源将属于同一视差图像的相邻像素的开口单元投射至散射层某一位置时，该位置形成的新建像素将为相邻像素颜色和灰度的平均值，即实现插值。因此，散射层上形成的新建像素既具有视差图像原像素的信息，又具有相邻像素插值后的信息，即可以提供更多的像素用于显示，从而当其被分光元件投射至视点时可以实现高分辨率的立体图像显示。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图。
图2为本发明像素排列周期的示意图。
图标：1001-第一光源；1002-第二光源；2000-透明液晶显示面板；2100-第一像素列；2200-第二像素列；2300-第三像素列；2011-第一视差图像像素的第一开口单元；2012-第一视差图像像素的第二开口单元；2021-第二视差图像像素的第一开口单元；2022-第二视差图像像素的第二开口单元；2031-第三视差图像像素的第一开口单元；2032-第三视差图像像素的第二开口单元；2041-第四视差图像像素的第一开口单元；2042-第四视差图像像素的第二开口单元；2010-第一视差图像像素；2020-第二视差图像像素；2030-第三视差图像像素；2040-第四视差图像像素；3000-散射层；3031-第三视差图像第一新建像素；3032-第三视差图像第二新建像素；3033-第三视差图像第三新建像素；4000-狭缝光栅；5001-第一视点；5002-第二视点；5003-第三视点；5004-第四视点。
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
图1为本实施例提供的高分辨率光栅立体显示装置的结构原理示意图。图中，x表示空间中的水平方向，y表示空间中的垂直方向，z表示与x-y平面垂直的方向。该高分辨率光栅立体显示装置其能提供四个视点，四个视点分别为第一视点5001，第二视点5002，第三视点5003，第四视点5004。
该高分辨率光栅立体显示装置由点光源阵列、透明液晶显示面板2000、散射层3000及分光元件组成。点光源阵列具体包含2个点光源，分别为第一光源1001及第二光源1002。分光元件采用狭缝光栅4000。点光源阵列、透明液晶显示面板2000、散射层3000及狭缝光栅4000从后至前依次放置。
透明液晶显示面板2000具有较低的散射系数，其不改变光线传播方向。
图2本实施例像素排列周期的示意图，x表示空间中的水平方向，y表示空间中的垂直方向。其显示了本实施例像素排列的一个周期。任意像素列中，不同视差图像的像素在垂直方向上排布。具体的，周期内从上至下排列第一视差图像像素2010；第二视差图像像素2020；第三视差图像像素2030；第四视差图像像素2040。
请参考图2，透明液晶显示面板2000上的任意像素均具有2个开口单元。具体的，第一视差图像像素2010具有第一视差图像像素的第一开口单元2011及第一视差图像像素的第二开口单元2012；第二视差图像像素2020具有第二视差图像像素的第一开口单元2021及第二视差图像像素的第二开口单元2022；第三视差图像像素2030具有第三视差图像像素的第一开口单元2031及第三视差图像像素的第二开口单元2032；第四视差图像像素2040具有第四视差图像像素的第一开口单元2041及第四视差图像像素的第二开口单元2042。同一像素内的不同开口单元显示相同的颜色及灰度。具体的，任意一个第一视差图像像素的第一开口单元2011及第一视差图像像素的第二开口单元2012显示相同颜色及灰度，同理，任意一个第二、第三及第四视差图像的像素具有同样性质。
请参考图1和图2，任意像素列中，不同视差图像的像素其开口单元在水平方向上形成周期性排列。具体的，请参考图2，第一视差图像像素的第一开口单元2011、第二视差图像像素的第一开口单元2021、第三视差图像像素的第一开口单元2031、第四视差图像像素的第一开口单元2041、第一视差图像像素的第二开口单元2012、第二视差图像像素的第二开口单元2022、第三视差图像像素的第二开口单元2032及第四视差图像像素的第二开口单元2042从左至右依次形成周期性排列。具体的，请参考图1，图1中以第三像素列2300为例，描述了上述开口单元排列，且在含第一像素列及第二像素列在内的任意像素列中，开口单元的排列均相同。
请参考图1，光源阵列可将透明液晶显示面板2000上分属于不同视差图像像素的开口单元分别投射到散射层上不同的空间位置，从而形成新建像素。以第一像素列2100及第二像素列2200为例，第三视差图像像素的第一开口单元2031和第三视差图像像素的第二开口单元2032可被投射至散射层上，并形成第三视差图像第一新建像素3031，第三视差图像第二新建像素3032及第三视差图像第三新建像素3033。
进一步的，狭缝光栅4000可以将不同视差图像形成的新建像素分别投射到不同的视点位置，当人眼分处于不同视点位置时，可以分别看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。
以上结构中，透明液晶显示面板2000上的任意像素的节距P为1 mm，且任意像素均具有K个开口单元，K=2；同一像素内开口单元的节距Q为0.5 mm，上述参数满足Q×K=P且K≥2。
光源阵列中光源的节距L为10 mm，光源阵列到透明液晶显示面板2000的距离D为38 mm，透明液晶显示面板2000到散射层3000的距离S为2 mm，上述参数满足L/Q=( D+S) /S。
本发明实现高分辨率显示的原理如下：请参考图1，光源阵列将透明液晶显示面板2000上分属于不同视差图像像素的开口单元分别投射到散射层3000上不同的空间位置，并形成新建像素。在此过程中，因光源阵列具有2个光源，即第一光源1001和第二光源1002。当第一光源1001和第二光源1002将属于同一视差图像的同一像素的开口单元投射至散射层3000某一位置时，该位置形成的新建像素与原像素的颜色、灰度保持一致。具体的，以第三视差图像为例，第一光源1001和第二光源1002将第一像素列2100中的第三视差图像像素的第一开口单元2031和第三视差图像像素的第二开口单元2032投射至散射层3000上，可形成第三视差图像第一新建像素3031，第一光源1001和第二光源1002将第二像素列2200中的第三视差图像像素的第一开口单元2031和第三视差图像像素的第二开口单元2032投射至散射层3000上，可形成第三视差图像第三新建像素3033。第三视差图像第一新建像素3031与第一像素列2100中的第三视差图像像素2030颜色、灰度一致；第三视差图像第三新建像素3033与第二像素列2200中的第三视差视差图像像素2030颜色、灰度一致。
当第一光源1001和第二光源1002将属于同一视差图像的相邻像素的开口单元投射至散射层3000某一位置时，该位置形成的新建像素将为相邻像素颜色和灰度的平均值，即实现插值。具体的，同样以第三视差图像为例，第一光源1001和第二光源1002将第一像素列2100中的第三视差图像像素的第二开口单元2032和第二像素列2200中的第三视差图像像素的第一开口单元2031投射至散射层3000上，可形成第三视差图像第二新建像素3032，该像素的颜色和灰度应为第一像素列2100中的第三视差视差图像像素2030和第二像素列2200中的第三视差视差图像像素2030颜色及灰度的平均值。
因此，散射层上形成的新建像素既具有视差图像原像素的信息，又具有相邻像素插值后的信息，即可以提供更多的像素用于显示。具体的，以第三视差图像为例，原第一像素列2100及第二像素列2200提供的2列像素现经投射插值后，形成了第三视差图像第一新建像素3031、第三视差图像第二新建像素3032、第三视差图像第三新建像素3033构成的3列像素。因此当其被狭缝光栅4000投射至视点时，在视点位置可以看到3列像素，其高于原来的2列像素。因此，其可以实现高分辨率的立体图像显示。

Claims (3)

1.一种高分辨率光栅立体显示装置，其特征在于：该高分辨率光栅立体显示装置由点光源阵列、透明液晶显示面板、散射层及分光元件组成；点光源阵列、透明液晶显示面板、散射层及分光元件从后至前依次放置；透明液晶显示面板不改变光线传播方向；透明液晶显示面板上的任意像素列中，不同视差图像的像素在垂直方向上排布；透明液晶显示面板上的任意像素均具有多个开口单元；同一像素内的不同开口单元显示相同的颜色及灰度；任意像素列中，不同视差图像的像素其开口单元在水平方向上形成周期性排列；光源阵列可将透明液晶显示面板上分属于不同视差图像像素的开口单元分别投射到散射层上不同的空间位置，从而形成新建像素；光学元件将不同视差图像形成的新建像素分别投射到不同的视点位置；设透明液晶显示面板上的任意像素的节距为P，任意像素均具有K个开口单元，同一像素内开口单元的节距为Q，光源阵列中光源的节距为L，光源阵列到透明液晶显示面板的距离为D，透明液晶显示面板到散射层的距离为S， P、K、Q、L、D及S满足L/Q=( D+S) /S，Q×K=P且K≥2。
2.如权利要求1所述的一种高分辨率光栅立体显示装置，其特征在于：分光元件采用狭缝光栅。
3.如权利要求1所述的一种高分辨率光栅立体显示装置，其特征在于：分光元件采用柱透镜光栅。
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