CN114002861A - 一种深度增强的集成成像3d显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种深度增强的集成成像3D显示装置，该装置由集成成像3D显示器I、集成成像3D显示器II、二面角反射镜阵列和半透半反镜组成；集成成像3D显示器I水平放置，用于重建3D图像I；集成成像3D显示器II垂直放置，用于重建3D图像II；二面角反射镜阵列位于集成成像3D显示器I上方，用于将3D图像I进行对称反射成像，形成悬浮的3D图像①；半透半反镜位于集成成像3D显示器I和二面角反射镜之间，3D图像II经过半透半反镜反射成像后，经过二面角反射镜对称反射成像形成悬浮的3D图像②；由于3D图像①和3D图像②位于不同深度平面，该装置实现3D图像深度的增强。
Description
一、技术领域
本发明涉及3D显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种深度增强的集成成像3D显示装置。
二、背景技术
近年来，裸眼3D显示技术越来越受到人们的关注，它包括集成成像3D显示、全息3D显示和体3D显示等。其中，集成成像3D显示具有无需佩戴眼镜、全视差和准连续观看视点等优点，被认为是最有前途的3D显示技术之一。集成成像3D显示包括获取和重建两个过程，获取过程是利用微透镜阵列对原始的3D场景的空间及方向信息进行记录，并记录在微图像阵列中；重建过程是利用相同参数的微透镜阵列重建出3D的图像。集成成像的获取和重建过程是互为逆过程。由于显示的3D图像需要通过微透镜阵列来观看，因此集成成像系统有着独特的3D显示性能参数，其主要性能参数有3D观看视角、3D深度和3D图像分辨率，这些参数之间存在着相互制约的关系。目前，集成成像3D显示存在视角窄、景深小和3D图像分辨率低等问题。其中，3D图像的深度也是评价集成成像3D显示观看性能的主要指标之一。为了解决集成成像3D显示景深小的问题，国内外研究学者展开了一系列的研究工作。例如，研究人员提出了使用多层平行放置的LCD显示屏，通过动态改变微图像阵列与微透镜阵列之间的距离来增加中心深度平面的个数，进而扩大3D图像的深度；研究者通过使用双焦液晶透镜动态调焦来改变微透镜阵列的焦距，使微图像阵列与微透镜阵列之间距离产生相对变化来增加中心深度平面的个数，从而增强3D图像的深度。然而，这些方法在增强3D图像深度的同时，3D图像的观看视角和分辨率也都会随之产生影响，对观看者的观看体验都会产生一定的影响。
三、发明内容
本发明提出一种深度增强的集成成像3D显示装置，如附图1所示，该装置由集成成像3D显示器I、集成成像3D显示器II、二面角反射镜阵列和半透半反镜组成。其中，集成成像3D显示器I水平放置，用于重建3D图像I；集成成像3D显示器II垂直放置，用于重建3D图像II；二面角反射镜阵列位于集成成像3D显示器I的上方，用于将集成成像3D显示器I重建的3D图像I进行对称反射成像，形成悬浮的3D图像①。将二面角反射镜阵列的中心点到集成成像3D显示器I的中心点距离记为l1，二面角反射镜阵列所在平面与水平面之间的夹角记为β，30°≥β≥60°，则观看者观看到3D图像①悬浮在二面角反射镜前方l1的位置处。半透半反镜位于集成成像3D显示器I和二面角反射镜之间，将半透半反镜的中心点到集成成像3D显示器I的中心点距离记l2，将半透半反镜的中心点到集成成像3D显示器II的中心点距离记为l3，控制l2＞l3，半透半反镜所在平面与水平面之间的夹角为γ，30°≥γ≥60°，重建3D图像II经过半透半反镜进行反射成像，而后经过二面角反射镜的对称反射成像形成悬浮的3D图像②，则观看者观看到3D图像②悬浮在二面角反射镜阵列前方l1-l2+l3的位置处。相较于3D图像①，3D图像②更靠近人眼的位置。由于悬浮的3D图像①和悬浮的3D图像②位于不同的深度平面，该装置实现了中心深度的扩展，从而增强了3D图像的深度。
优选地，集成成像3D显示器I和集成成像3D显示器II均由2D显示屏和微透镜阵列组成；二面角反射镜阵列由两层相互正交的条形反射镜阵列组成，这种结构形成多个方形孔镜，使光线无损失地透过并进行二次反射。
优选地，为保证成像质量，集成成像3D显示器I、二面角反射镜阵列和半透半反镜的中心位于同一光轴上，集成成像3D显示器II和半透半反镜的中心位于同一光轴上。
优选地，为保证显示亮度均匀，设置3l3＞l1＞2l3，3l3＞l1-l2≥l3且3l3≥l2＞l3。
四、附图说明
附图1为本发明提出的一种深度增强的集成成像3D显示装置结构示意图。
上述各附图中的图示标号为：
1集成成像3D显示器I、2集成成像3D显示器II、3二面角反射镜阵列、4半透半反镜、5重建的3D图像I、6重建的3D图像II、7悬浮的3D图像①、8观看者9悬浮的3D图像②。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
五、具体实施方式
为下面详细说明本发明提出的一种深度增强的集成成像3D显示装置的实施例，对本发明进行进一步的描述。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。
本发明提出一种增强深度的集成成像3D显示装置。所述装置由集成成像3D显示器I、集成成像3D显示器II、二面角反射镜阵列和半透半反镜组成。其中，集成成像3D显示器I和集成成像3D显示器II各参数完全一致，都是由2D显示屏和微透镜阵列组成，2D显示屏为液晶显示屏，尺寸为5.5inch，分辨率为3840×2160；选用的微透镜阵列中，透镜元直径为1mm，焦距为3.3mm，每个透镜元具有独立成像的功能。二面角反射镜阵列由两层相互正交的条形反射镜阵列组成，其整体尺寸为366mm×366mm，条形反射镜厚度为1.4mm，使光线无损失地透过并进行二次反射。半透半反镜位于集成成像3D显示器I的上方l2＝23cm的位置，且位于集成成像3D显示器II的前方l3＝17cm的位置，半透半反镜所在平面与水平面的夹角γ＝45°。二面角反射镜阵列位于集成成像3D显示器I的上方l1＝40cm的位置处，二面角反射镜所在平面与水平面的夹角β＝45°。
如附图1所示，集成成像3D显示器I重建出的3D图像I是位于不同平面的“篮球”和“帽子”，其中“篮球”位于“帽子”的前方；集成成像3D显示器II重建出的3D图像II是位于不同平面的“足球”和“帽子”，其中“足球”位于“帽子”的前方。二面角反射镜阵列将集成成像3D显示器I重建的3D图像I进行对称反射成像，形成悬浮的3D图像①，悬浮的3D图像①中“篮球”位于“帽子”的前方更靠近人眼位置处，观看者观察到悬浮的3D图像①显示在二面角反射镜的前方34cm位置处；半透半反镜表面镀有分光膜，进行一次反射，半透半反镜将所重建的3D图像II进行反射成像，然后再经过二面角反射镜的对称反射成像，形成悬浮的3D图像②，悬浮的3D图像②中“足球”位于“帽子”的前方。悬浮的3D图像①相对于3D图像②更靠近人眼，观看者观察到悬浮的3D图像②显示在二面角反射镜的前方40cm处。因此，观看者看到不同深度的3D图像“篮球”、“帽子”和“足球”，实现了深度的增强。由于悬浮的3D图像①和3D图像②是共轴显示，共同为人眼提供信息，因此，观看者还能看到亮度和光场光线密度增加的3D图像。
Claims (3)
1.一种深度增强的集成成像3D显示装置，其特征在于，该装置由集成成像3D显示器I、集成成像3D显示器II、二面角反射镜阵列和半透半反镜组成；其中，集成成像3D显示器I水平放置，用于重建3D图像I；集成成像3D显示器II垂直放置，用于重建3D图像II；二面角反射镜阵列位于集成成像3D显示器I的上方，用于将集成成像3D显示器I重建的3D图像I进行对称反射成像，形成悬浮的3D图像①；将二面角反射镜阵列的中心点集成成像3D显示器I的中心点到集成成像3D显示器I的中心点距离记为l1，二面角反射镜阵列所在平面与水平面之间的夹角记为β，30°≥β≥60°，则观看者观看到3D图像①悬浮在二面角反射镜前方l1的位置处；半透半反镜位于集成成像3D显示器I和二面角反射镜之间，将半透半反镜的中心点到集成成像3D显示器I的中心点距离记l2，将半透半反镜的中心点到集成成像3D显示器II的中心点距离记为l3，控制l2＞l3，半透半反镜所在平面与水平面之间的夹角为γ，30°≥γ≥60°，重建3D图像II经过半透半反镜进行反射成像，而后经过二面角反射镜的对称反射成像形成悬浮的3D图像②，则观看者观看到3D图像②悬浮在二面角反射镜阵列前方l1-l2+l3的位置处，相较于3D图像①，3D图像②更靠近人眼的位置；由于悬浮的3D图像①和悬浮的3D图像②位于不同的深度平面，该装置实现了中心深度的扩展，从而增强3D图像的深度。
2.根据权利要求1所述的一种深度增强的集成成像3D显示装置，其特征在于，集成成像3D显示器I和集成成像3D显示器II均由2D显示屏和微透镜阵列组成；二面角反射镜阵列由两层相互正交的条形反射镜阵列组成，这种结构形成多个方形孔镜，使光线无损失地透过并进行二次反射；集成成像3D显示器I、二面角反射镜阵列和半透半反镜的中心位于同一光轴上，集成成像3D显示器II和半透半反镜的中心位于同一光轴上。
3.根据权利要求1所述的一种深度增强的集成成像3D显示装置，其特征在于，为保证显示亮度均匀，设置3l3＞l1＞2l3，3l3＞l1-l2≥l3且3l3≥l2＞l3。
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