CN113031302B - 基于离散式图像元阵列的集成成像3d显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于离散式图像元阵列的集成成像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针孔阵列；针孔阵列位于显示屏前方；其特征在于，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；图像元的水平宽度均相同；图像元的垂直宽度均相同；相邻两列图像元的水平间隔宽度均相同；相邻两行图像元的垂直间隔宽度均相同；每个图像元的中心均与该图像元对应的针孔的中心对应对齐；每个图像元通过与该图像元对应的针孔重建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

基于离散式图像元阵列的集成成像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图像元阵列的集成成像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。
在传统的基于针孔阵列的集成成像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针孔重建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针孔，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，传统的基于针孔阵列的集成成像3D显示还存在光学效率低的问题。
传统的基于针孔阵列的集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2和光学效率φ分别为：
Figure 489619DEST_PATH_IMAGE001
Figure 500301DEST_PATH_IMAGE002
Figure 403010DEST_PATH_IMAGE003
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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是水平方向上图像元的数目，n是垂直方向上图像元的数目。
发明内容
本发明提出了基于离散式图像元阵列的集成成像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针孔阵列；针孔阵列位于显示屏前方，如附图1和2所示；显示屏用于显示离散式图像元阵列，如附图3所示；离散式图像元阵列包括多个离散排列的图像元；图像元的水平宽度均相同；图像元的垂直宽度均相同；相邻两列图像元的水平间隔宽度均相同；相邻两行图像元的垂直间隔宽度均相同；每个图像元的中心均与该图像元对应的针孔的中心对应对齐；每个图像元通过与该图像元对应的针孔重建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，针孔的水平节距等于图像元的水平宽度与相邻两列图像元的水平间隔宽度之和；针孔的垂直节距等于图像元的垂直宽度与相邻两行图像元的垂直间隔宽度之和；相邻两列图像元的水平间隔宽度a和相邻两行图像元的垂直间隔宽度b分别满足下式：
Figure 499142DEST_PATH_IMAGE004
（1）
Figure 23795DEST_PATH_IMAGE005
（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，图像元的水平宽度h、图像元的垂直宽度v、相邻两列图像元的水平间隔宽度a和相邻两行图像元的垂直间隔宽度b分别为：
Figure 888983DEST_PATH_IMAGE006
（3）
Figure 27840DEST_PATH_IMAGE007
（4）
Figure 673585DEST_PATH_IMAGE008
（5）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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，集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2和光学效率φ分别为：
Figure 923301DEST_PATH_IMAGE009
（6）
Figure 908575DEST_PATH_IMAGE010
（7）
Figure 553355DEST_PATH_IMAGE011
（8）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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是水平方向上图像元的数目，n是垂直方向上图像元的数目，a是相邻两列图像元的水平间隔宽度，b是相邻两行图像元的垂直间隔宽度。
优选的，图像元的水平宽度h、图像元的垂直宽度v、相邻两列图像元的水平间隔宽度a和相邻两行图像元的垂直间隔宽度b分别为：
Figure 624080DEST_PATH_IMAGE012
（9）
Figure 677486DEST_PATH_IMAGE013
（10）
Figure 579583DEST_PATH_IMAGE014
（11）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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，集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2和光学效率φ分别为：
Figure 60243DEST_PATH_IMAGE015
（12）
Figure 228050DEST_PATH_IMAGE016
（13）
Figure 396732DEST_PATH_IMAGE011
（14）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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是水平方向上图像元的数目，n是垂直方向上图像元的数目，a是相邻两列图像元的水平间隔宽度，b是相邻两行图像元的垂直间隔宽度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：针对针孔孔径对集成成像3D显示的影响，通过设置不同的相邻图像元间隔，可以实现宽视角以及高光学效率集成成像3D显示。此外，由于显示屏只显示图像元，而不显示位于相邻图像元之间的间隔，因此降低了对显示屏带宽的需求。
附图说明
附图1为本发明水平方向上的示意图
附图2为本发明垂直方向上的示意图
附图3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.针孔阵列，3. 图像元，4. 相邻两列图像元的水平间隔，5. 相邻两行图像元的垂直间隔。
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图像元阵列的集成成像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图像元阵列的集成成像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针孔阵列；针孔阵列位于显示屏前方，如附图1和2所示；显示屏用于显示离散式图像元阵列，如附图3所示；离散式图像元阵列包括多个离散排列的图像元；图像元的水平宽度均相同；图像元的垂直宽度均相同；相邻两列图像元的水平间隔宽度均相同；相邻两行图像元的垂直间隔宽度均相同；每个图像元的中心均与该图像元对应的针孔的中心对应对齐；每个图像元通过与该图像元对应的针孔重建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，针孔的水平节距等于图像元的水平宽度与相邻两列图像元的水平间隔宽度之和；针孔的垂直节距等于图像元的垂直宽度与相邻两行图像元的垂直间隔宽度之和；相邻两列图像元的水平间隔宽度a和相邻两行图像元的垂直间隔宽度b分别满足下式：
Figure 91019DEST_PATH_IMAGE004
（1）
Figure 742580DEST_PATH_IMAGE005
（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，图像元的水平宽度h、图像元的垂直宽度v、相邻两列图像元的水平间隔宽度a和相邻两行图像元的垂直间隔宽度b分别为：
Figure 850213DEST_PATH_IMAGE006
（3）
Figure 245423DEST_PATH_IMAGE007
（4）
Figure 794216DEST_PATH_IMAGE008
（5）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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，集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2和光学效率φ分别为：
Figure 882257DEST_PATH_IMAGE009
（6）
Figure 962340DEST_PATH_IMAGE010
（7）
Figure 161240DEST_PATH_IMAGE011
（8）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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是水平方向上图像元的数目，n是垂直方向上图像元的数目，a是相邻两列图像元的水平间隔宽度，b是相邻两行图像元的垂直间隔宽度。
优选的，图像元的水平宽度h、图像元的垂直宽度v、相邻两列图像元的水平间隔宽度a和相邻两行图像元的垂直间隔宽度b分别为：
Figure 564540DEST_PATH_IMAGE012
（9）
Figure 823483DEST_PATH_IMAGE013
（10）
Figure 577812DEST_PATH_IMAGE014
（11）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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，集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2和光学效率φ分别为：
Figure 377141DEST_PATH_IMAGE015
（12）
Figure 900526DEST_PATH_IMAGE016
（13）
Figure 330370DEST_PATH_IMAGE011
（14）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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是水平方向上图像元的数目，n是垂直方向上图像元的数目，a是相邻两列图像元的水平间隔宽度，b是相邻两行图像元的垂直间隔宽度。
针孔的水平节距为10mm，针孔的垂直节距为6mm，针孔的孔径宽度为1mm，显示屏与针孔阵列的间距为10mm，观看距离为500mm，水平方向上图像元的数目为20，垂直方向上图像元的数目为20，则由式（1）、（2）和（3）计算得到图像元的水平宽度、图像元的垂直宽度、相邻两列图像元的水平间隔宽度和相邻两行图像元的垂直间隔宽度分别为8.98mm、4.98mm、1.02mm、1.02mm；由式（4）、（5）和（6）计算得到集成成像3D显示的水平观看视角、垂直观看视角和光学效率分别为35°、21°、2.2%；基于上述参数的传统集成成像3D显示的水平观看视角、垂直观看视角和光学效率分别为29°、16°、1.6%。
针孔的水平节距为10mm，针孔的垂直节距为6mm，针孔的孔径宽度为1mm，显示屏与针孔阵列的间距为10mm，观看距离为500mm，水平方向上图像元的数目为20，垂直方向上图像元的数目为20，则由式（7）、（8）和（9）计算得到图像元的水平宽度、图像元的垂直宽度、相邻两列图像元的水平间隔宽度和相邻两行图像元的垂直间隔宽度分别为7.98mm、3.98mm、2.02mm、2.02mm；由式（10）、（11）和（12）计算得到集成成像3D显示的水平观看视角、垂直观看视角和光学效率分别为29°、16°、3.2%；基于上述参数的传统集成成像3D显示的水平观看视角、垂直观看视角和光学效率分别为29°、16°、1.6%。

Claims (3)

1.基于离散式图像元阵列的集成成像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针孔阵列；针孔阵列位于显示屏前方；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；图像元的水平宽度均相同；图像元的垂直宽度均相同；相邻两列图像元的水平间隔宽度均相同；相邻两行图像元的垂直间隔宽度均相同；每个图像元的中心均与该图像元对应的针孔的中心对应对齐；每个图像元通过与该图像元对应的针孔重建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；针孔的水平节距等于图像元的水平宽度与相邻两列图像元的水平间隔宽度之和；针孔的垂直节距等于图像元的垂直宽度与相邻两行图像元的垂直间隔宽度之和；相邻两列图像元的水平间隔宽度a和相邻两行图像元的垂直间隔宽度b分别满足下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
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。
2.根据权利要求1所述的基于离散式图像元阵列的集成成像3D显示方法，其特征在于，图像元的水平宽度h、图像元的垂直宽度v、相邻两列图像元的水平间隔宽度a和相邻两行图像元的垂直间隔宽度b分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（4）
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（5）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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；集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2和光学效率φ分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（6）
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（7）
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（8）
其中，m是水平方向上图像元的数目，n是垂直方向上图像元的数目。
3.根据权利要求1所述的基于离散式图像元阵列的集成成像3D显示方法，其特征在于，图像元的水平宽度h、图像元的垂直宽度v、相邻两列图像元的水平间隔宽度a和相邻两行图像元的垂直间隔宽度b分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（9）
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（10）
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（11）
其中，p是针孔的水平节距，q是针孔的垂直节距，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；集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2和光学效率φ分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（12）
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（13）
Figure 640560DEST_PATH_IMAGE008
（14）
其中，m是水平方向上图像元的数目，n是垂直方向上图像元的数目。
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