CN113703178B - 均匀分辨率的集成成像3d显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了均匀分辨率的集成成像3D显示装置，包括显示屏、偏振矩形针孔阵列I和偏振矩形针孔阵列II；矩形图像元的水平节距与垂直节距的比值等于显示屏的水平宽度与垂直宽度的比值；与单个矩形图像元对应的矩形透光针孔I与矩形透光针孔II在水平方向上交替相间；每个矩形图像元发出的一部分光线经过偏振矩形针孔阵列I，且被偏振矩形针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该矩形图像元对应的矩形透光针孔II投射到成像空间；每个矩形图像元发出的一部分光线通过与该矩形图像元对应的矩形透光针孔I，经过偏振矩形针孔阵列II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率和均匀分辨率的3D图像。

Description

均匀分辨率的集成成像3D显示装置
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及均匀分辨率的集成成像3D显示装置。
背景技术
集成成像将3D场景的信息记录到感光胶片，利用光路可逆原理，再将感光胶片上的信息投射到成像空间，从而重建3D场景。与其他3D显示相比，集成成像3D显示具有连续观看视点、无需助视设备和相干光等优点。基于针孔阵列的集成成像3D显示具有景深大、节距不受制造工艺限制以及价格低廉等优点。基于针孔阵列的集成成像3D显示存在3D像素在水平和垂直方向上分布不均匀的问题。现有的技术方案采用矩形针孔以及配套的矩形图像元解决上述问题：在矩形针孔阵列中，所有矩形针孔的水平节距均相同，所有矩形针孔的垂直节距均相同；矩形针孔的水平节距与垂直节距的比值等于矩形针孔阵列的水平宽度与垂直宽度的比值；矩形图像元阵列由一系列尺寸相同的矩形图像元紧密排列组成，矩形图像元的水平节距与其对应矩形针孔的水平节距相同，矩形图像元的垂直节距与其对应矩形针孔的垂直节距相同。
基于矩形针孔阵列的集成成像3D显示中存在遮挡。成像效率是衡量遮挡对观看效果的影响的参数。在基于矩形针孔阵列的集成成像3D显示中，成像效率等于矩形针孔阵列的开口率。虽然可以通过增大矩形针孔的水平和垂直孔径宽度来增大矩形针孔阵列的开口率，但是矩形针孔的水平和垂直孔径宽度过大会导致3D图像失去深度感。在实际应用中，矩形针孔的水平和垂直孔径宽度一般不超过矩形图像元水平和垂直节距的20％。即，基于矩形针孔阵列的集成成像3D显示的成像效率一般不超过4％。成像效率偏低的瓶颈问题严重影响了观看者的体验，从而制约了基于矩形针孔阵列的集成成像3D显示的广泛应用。
发明内容
本发明提出了均匀分辨率的集成成像3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏、偏振矩形针孔阵列I和偏振矩形针孔阵列II；显示屏、偏振矩形针孔阵列I和偏振矩形针孔阵列II依次平行放置；偏振矩形针孔阵列I与偏振矩形针孔阵列II紧密贴合；偏振矩形针孔阵列I与偏振矩形针孔阵列II的偏振方向正交；偏振矩形针孔阵列I带有矩形透光针孔I，如附图3所示；偏振矩形针孔阵列II带有矩形透光针孔II，如附图4所示；显示屏用于显示矩形图像元阵列；矩形图像元的水平节距与垂直节距的比值等于显示屏的水平宽度与垂直宽度的比值；与单个矩形图像元对应的矩形透光针孔I与矩形透光针孔II在水平方向上交替相间；矩形透光针孔I和矩形透光针孔II以对应矩形图像元的中心为中心对称排列，且矩形透光针孔I和矩形透光针孔II的中心均与对应矩形图像元的水平中轴线对齐；每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目相同；每个矩形图像元对应的矩形透光针孔II的数目相同；每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目比每个矩形图像元对应的矩形透光针孔II的数目多一个；与单个矩形图像元对应的相邻矩形透光针孔I的间隔宽度等于矩形透光针孔II的水平孔径宽度；每个矩形图像元发出的一部分光线经过偏振矩形针孔阵列I，且被偏振矩形针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该矩形图像元对应的矩形透光针孔II投射到成像空间；每个矩形图像元发出的一部分光线通过与该矩形图像元对应的矩形透光针孔I，经过偏振矩形针孔阵列II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率和均匀分辨率的3D图像。
优选的，均匀分辨率的集成成像3D显示装置的水平分辨率r1、垂直分辨率r2为
r1＝r2＝a (1)
其中，a是矩形图像元阵列水平方向上矩形图像元的数目。
优选的，均匀分辨率的集成成像3D显示装置的成像效率k为
Figure GDA0004094232980000031
其中，p是矩形图像元的水平节距，n是每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目，b是显示屏的垂直宽度与水平宽度的比值，w1是矩形透光针孔I的水平孔径宽度，w2是矩形透光针孔II的水平孔径宽度，v1是矩形透光针孔I的垂直孔径宽度，v2是矩形透光针孔II的垂直孔径宽度。
优选的，矩形透光针孔I的水平孔径宽度w1、矩形透光针孔II的水平孔径宽度w2、偏振矩形针孔阵列I的厚度s、偏振矩形针孔阵列II的厚度t满足下式
Figure GDA0004094232980000032
Figure GDA0004094232980000033
Figure GDA0004094232980000034
其中，p是矩形图像元的水平节距，n是每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目，g是显示屏与偏振矩形针孔阵列I的间距。
优选的，矩形透光针孔I的水平孔径宽度w1与矩形透光针孔II的水平孔径宽度w2满足下式
Figure GDA0004094232980000035
其中，p是矩形图像元的水平节距，n是每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目。
优选的，矩形透光针孔I的垂直孔径宽度v1、矩形透光针孔II的垂直孔径宽度v2满足下式
Figure GDA0004094232980000041
Figure GDA0004094232980000042
其中，p是矩形图像元的水平节距，g是显示屏与偏振矩形针孔阵列I的间距，b是显示屏的垂直宽度与水平宽度的比值，s是偏振矩形针孔阵列I的厚度，t是偏振矩形针孔阵列II的厚度。
附图说明
附图1为本发明的结构和水平方向示意图
附图2为本发明的结构和垂直方向示意图
附图3为本发明的偏振矩形针孔阵列I的示意图
附图4为本发明的偏振矩形针孔阵列II的示意图
上述附图中的图示标号为：
1.显示屏，2.偏振矩形针孔阵列I，3.偏振矩形针孔阵列II，4.矩形透光针孔I，5.矩形透光针孔II。
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。
本发明提出了均匀分辨率的集成成像3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏、偏振矩形针孔阵列I和偏振矩形针孔阵列II；显示屏、偏振矩形针孔阵列I和偏振矩形针孔阵列II依次平行放置；偏振矩形针孔阵列I与偏振矩形针孔阵列II紧密贴合；偏振矩形针孔阵列I与偏振矩形针孔阵列II的偏振方向正交；偏振矩形针孔阵列I带有矩形透光针孔I，如附图3所示；偏振矩形针孔阵列II带有矩形透光针孔II，如附图4所示；显示屏用于显示矩形图像元阵列；矩形图像元的水平节距与垂直节距的比值等于显示屏的水平宽度与垂直宽度的比值；与单个矩形图像元对应的矩形透光针孔I与矩形透光针孔II在水平方向上交替相间；矩形透光针孔I和矩形透光针孔II以对应矩形图像元的中心为中心对称排列，且矩形透光针孔I和矩形透光针孔II的中心均与对应矩形图像元的水平中轴线对齐；每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目相同；每个矩形图像元对应的矩形透光针孔II的数目相同；每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目比每个矩形图像元对应的矩形透光针孔II的数目多一个；与单个矩形图像元对应的相邻矩形透光针孔I的间隔宽度等于矩形透光针孔II的水平孔径宽度；每个矩形图像元发出的一部分光线经过偏振矩形针孔阵列I，且被偏振矩形针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该矩形图像元对应的矩形透光针孔II投射到成像空间；每个矩形图像元发出的一部分光线通过与该矩形图像元对应的矩形透光针孔I，经过偏振矩形针孔阵列II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率和均匀分辨率的3D图像。
优选的，均匀分辨率的集成成像3D显示装置的水平分辨率r1、垂直分辨率r2为
r1＝r2＝a (1)
其中，a是矩形图像元阵列水平方向上矩形图像元的数目。
优选的，均匀分辨率的集成成像3D显示装置的成像效率k为
Figure GDA0004094232980000061
其中，p是矩形图像元的水平节距，n是每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目，b是显示屏的垂直宽度与水平宽度的比值，w1是矩形透光针孔I的水平孔径宽度，w2是矩形透光针孔II的水平孔径宽度，v1是矩形透光针孔I的垂直孔径宽度，v2是矩形透光针孔II的垂直孔径宽度。
优选的，矩形透光针孔I的水平孔径宽度w1、矩形透光针孔II的水平孔径宽度w2、偏振矩形针孔阵列I的厚度s、偏振矩形针孔阵列II的厚度t满足下式
Figure GDA0004094232980000062
Figure GDA0004094232980000063
Figure GDA0004094232980000064
其中，p是矩形图像元的水平节距，n是每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目，g是显示屏与偏振矩形针孔阵列I的间距。
优选的，矩形透光针孔I的水平孔径宽度w1与矩形透光针孔II的水平孔径宽度w2满足下式
Figure GDA0004094232980000065
其中，p是矩形图像元的水平节距，n是每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目。
优选的，矩形透光针孔I的垂直孔径宽度v1、矩形透光针孔II的垂直孔径宽度v2满足下式
Figure GDA0004094232980000071
Figure GDA0004094232980000072
其中，p是矩形图像元的水平节距，g是显示屏与偏振矩形针孔阵列I的间距，b是显示屏的垂直宽度与水平宽度的比值，s是偏振矩形针孔阵列I的厚度，t是偏振矩形针孔阵列II的厚度。
矩形图像元阵列水平方向上矩形图像元的数目是100，显示屏的垂直宽度与水平宽度的比值为0.6，矩形图像元的水平节距是10mm，显示屏与偏振矩形针孔阵列I的间距是4mm，矩形透光针孔I的水平孔径宽度是1mm，每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目是3，单个矩形图像元对应的矩形透光针孔II的数目是2，则由式(3)、(4)、(5)和(6)计算得到矩形透光针孔II的水平孔径宽度、偏振矩形针孔阵列I的厚度、偏振矩形针孔阵列II的厚度分别是1.5mm、2mm和3mm；由式(7)和(8)计算得到矩形透光针孔I的垂直孔径宽度、矩形透光针孔II的垂直孔径宽度分别是1.2mm和1.2mm；由式(1)计算得到均匀分辨率的集成成像3D显示装置的水平和垂直分辨率均为100；由式(2)计算得到均匀分辨率的集成成像3D显示装置的成像效率是12％。

Claims (6)

1.均匀分辨率的集成成像3D显示装置，其特征在于，包括显示屏、偏振矩形针孔阵列I和偏振矩形针孔阵列II；显示屏、偏振矩形针孔阵列I和偏振矩形针孔阵列II依次平行放置；偏振矩形针孔阵列I与偏振矩形针孔阵列II紧密贴合；偏振矩形针孔阵列I与偏振矩形针孔阵列II的偏振方向正交；偏振矩形针孔阵列I带有矩形透光针孔I；偏振矩形针孔阵列II带有矩形透光针孔II；显示屏用于显示矩形图像元阵列；矩形图像元的水平节距与垂直节距的比值等于显示屏的水平宽度与垂直宽度的比值；与单个矩形图像元对应的矩形透光针孔I与矩形透光针孔II在水平方向上交替相间；矩形透光针孔I和矩形透光针孔II以对应矩形图像元的中心为中心对称排列，且矩形透光针孔I和矩形透光针孔II的中心均与对应矩形图像元的水平中轴线对齐；每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目相同；每个矩形图像元对应的矩形透光针孔II的数目相同；每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目比每个矩形图像元对应的矩形透光针孔II的数目多一个；与单个矩形图像元对应的相邻矩形透光针孔I的间隔宽度等于矩形透光针孔II的水平孔径宽度；每个矩形图像元发出的一部分光线经过偏振矩形针孔阵列I，且被偏振矩形针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该矩形图像元对应的矩形透光针孔II投射到成像空间；每个矩形图像元发出的一部分光线通过与该矩形图像元对应的矩形透光针孔I，经过偏振矩形针孔阵列II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率和均匀分辨率的3D图像。
2.根据权利要求1所述的均匀分辨率的集成成像3D显示装置，其特征在于，均匀分辨率的集成成像3D显示装置的水平分辨率r1、垂直分辨率r2为
r1＝r2＝a (1)
其中，a是矩形图像元阵列水平方向上矩形图像元的数目。
3.根据权利要求1所述的均匀分辨率的集成成像3D显示装置，其特征在于，均匀分辨率的集成成像3D显示装置的成像效率k为
Figure FDA0004094232970000021
其中，p是矩形图像元的水平节距，n是每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目，b是显示屏的垂直宽度与水平宽度的比值，w1是矩形透光针孔I的水平孔径宽度，w2是矩形透光针孔II的水平孔径宽度，v1是矩形透光针孔I的垂直孔径宽度，v2是矩形透光针孔II的垂直孔径宽度。
4.根据权利要求1所述的均匀分辨率的集成成像3D显示装置，其特征在于，矩形透光针孔I的水平孔径宽度w1、矩形透光针孔II的水平孔径宽度w2、偏振矩形针孔阵列I的厚度s、偏振矩形针孔阵列II的厚度t满足下式
Figure FDA0004094232970000022
Figure FDA0004094232970000023
Figure FDA0004094232970000024
其中，p是矩形图像元的水平节距，n是每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目，g是显示屏与偏振矩形针孔阵列I的间距。
5.根据权利要求4所述的均匀分辨率的集成成像3D显示装置，其特征在于，矩形透光针孔I的水平孔径宽度w1与矩形透光针孔II的水平孔径宽度w2满足下式
Figure FDA0004094232970000025
其中，p是矩形图像元的水平节距，n是每个矩形图像元对应的矩形透光针孔I的数目。
6.根据权利要求1所述的均匀分辨率的集成成像3D显示装置，其特征在于，矩形透光针孔I的垂直孔径宽度v1、矩形透光针孔II的垂直孔径宽度v2满足下式
Figure FDA0004094232970000031
Figure FDA0004094232970000032
其中，p是矩形图像元的水平节距，g是显示屏与偏振矩形针孔阵列I的间距，b是显示屏的垂直宽度与水平宽度的比值，s是偏振矩形针孔阵列I的厚度，t是偏振矩形针孔阵列II的厚度。
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