CN115016137A - 一种均衡分辨率的三维投影显示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种均衡分辨率的三维投影显示系统，其包括有投影阵列、透镜阵列及平面定向散射屏，所述透镜阵列设于所述投影阵列的前方，所述平面定向散射屏设于所述透镜阵列的前方，所述投影阵列发出的影像光线通过所述透镜阵列折射至所述平面定向散射屏，并利用所述平面定向散射屏扩散形成三维图像，所述透镜阵列与所述平面定向散射屏之间设有间距d，通过调整所述间距d使得所述三维图像竖直方向的相邻两像素间距与水平方向的相邻两像素间距相同或者相近。本发明能保证分辨率均衡，可显著提升观看舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及三维显示系统，尤其涉及一种均衡分辨率的三维投影显示系统。
背景技术
显示技术一直伴随着人类文明的发展而不断进步，传统的二维显示方式只能提供物体或场景某一平面的信息，大大限制了人们对三维物体或场景的认知。相比之下，三维显示能真实还原三维物体或场景的不同角度信息，可增强图像信息量与真实性，同时，凭借着对三维信息的精确构建，有利于观察者第一时间获取关键信息，从而做出更加精准的判断与决策，在军事沙盘、智慧医疗、在线教育、文物保护、5G通信等领域有着广泛应用。
然而，分辨率的均衡问题一直是三维显示技术的关键问题，水平与竖直方向分辨不均衡会影响观看者的观看体验。在传统的光栅立体显示系统中，通常采用同时降低水平与竖直方向分辨率的方法来均衡图像分辨率，进而提高观看质量，但是这种方式会导致分辨率损失，严重影响显示效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能保证分辨率均衡，可显著提升观看舒适度的三维投影显示系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种均衡分辨率的三维投影显示系统，其包括有投影阵列、透镜阵列及平面定向散射屏，所述透镜阵列设于所述投影阵列的前方，所述平面定向散射屏设于所述透镜阵列的前方，所述投影阵列发出的影像光线通过所述透镜阵列折射至所述平面定向散射屏，并利用所述平面定向散射屏扩散形成三维图像，所述透镜阵列与所述平面定向散射屏之间设有间距d，通过调整所述间距d使得所述三维图像竖直方向的相邻两像素间距与水平方向的相邻两像素间距相同或者相近。
优选地，所述投影阵列包括有多个呈阵列式分布的投影装置，所述透镜阵列包括有多个呈阵列式分布的单元柱透镜。
优选地，所述透镜阵列中相邻两个单元柱透镜的间距为p，不同位置观看到三维图像水平方向的相邻两像素间距被放大为L，其中：0.5p≤L≤1.5p。
优选地，设定三维图像水平方向的相邻两像素间距被放大N倍，三维图像竖直方向的相邻两像素间距被放大倍数n，则有0.5N≤n≤1.5N。
优选地，多个投影装置发出的影像光线交叠于所述单元柱透镜的背侧，通过调整所述三维图像的水平长度和竖直长度来调整图像长宽比。
优选地，所述平面定向散射屏是具有纵向散射特性的光学全息平面屏。
优选地，所述透镜阵列的背侧设有控光元件，所述控光元件用于将影像光线发散，使三维图像像素间隔在竖直方向增加相同长度时，减少所述透镜阵列与所述平面定向散射屏之间的距离。
本发明公开的均衡分辨率的三维投影显示系统中，所述透镜阵列位于投影装置前方，用于将其发出的光线折射到空间不同位置形成视点，而观看者在不同位置观看到三维图像各像素间水平方向的间距被放大，同时，所述平面定向散射屏置于透镜阵列的前方并预设有间距d，本发明将三维图像各像素间竖直方向的间距放大，同时各像素间水平方向间距保持不变，以此均衡观看效果。在实际应用中，通过改变透镜阵列与平面定向散射屏的距离可以控制三维图像像素在竖直方向间距的放大倍数，从而得到最舒适的观看体验，而在水平方向则采用多投影装置拼接画面可以使图像获得合适的长宽比，进一步改善观看体验，较好地满足了应用需求。
附图说明
图1为本发明三维投影显示系统的组成框图；
图2为单投影装置所呈现出的图像效果示意图；
图3为多投影装置所呈现出的图像效果示意图；
图4为本发明三维投影显示系统增加控光元件时的组成框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种均衡分辨率的三维投影显示系统，请参见图1，其包括有投影阵列1、透镜阵列2及平面定向散射屏3，所述透镜阵列2设于所述投影阵列1的前方，所述平面定向散射屏3设于所述透镜阵列2的前方，所述投影阵列1发出的影像光线通过所述透镜阵列2折射至所述平面定向散射屏3，并利用所述平面定向散射屏3扩散形成三维图像，所述透镜阵列2与所述平面定向散射屏3之间设有间距d，通过调整所述间距d使得所述三维图像竖直方向的相邻两像素间距与水平方向的相邻两像素间距相同或者相近。其中，所述投影阵列1包括有多个呈阵列式分布的投影装置10，所述透镜阵列2包括有多个呈阵列式分布的单元柱透镜20。
进一步地，所述透镜阵列2中相邻两个单元柱透镜20的间距为p，不同位置观看到三维图像水平方向的相邻两像素间距被放大为L，其中：0.5p≤L≤1.5p。
上述系统中，投影装置10用于为系统提供3D内容源，主要包含观看内容。具体地，投影装置10将显示内容投影到透镜阵列2背面，透镜阵列2将来自投影装置10的影像光线折射到空间的不同位置，进而形成视点。平面定向散射屏3将由透镜阵列2折射后的光线沿垂直方向扩散，观察者位于相邻视点处透过平面定向散射屏3便可以形成立体视觉，看到三维显示内容。
在投射过程中，当投影装置10将显示内容投影到透镜阵列2背面时，图像的水平与竖直方向像素间距均为L，观察者在视点位置看到的三维图像中水平方向相邻两像素的光线是由透镜阵列2中不同柱透镜单元折射而形成的。若将三维图像中水平方向相邻两像素的光线回追到单元柱透镜20背面，可见其在单元柱透镜20背面的图像中并不是相邻的，因此，三维图像中水平方向相邻两像素之间的间距由L放大为L1。
当平面定向散射屏3与透镜阵列2之间的距离d为0时，三维图像水平方向相邻像素间距为L1，而竖直方向相邻像素之间的间距仍为L，二者之间的不均衡会影响观看者的观看体验。但是，当平面定向散射屏3与透镜阵列2被拉远，即增大距离d时，并不会改变三维图像水平方向相邻像素间的间距，其仍为L1，而三维图像竖直方向相邻两像素的间距会随着距离d的增大而增大，当其增大到与水平方向像素间隔相近时，观看者获得最舒适的观看体验。
基于上述原理，在本实施例中，设定三维图像水平方向的相邻两像素间距被放大N倍，三维图像竖直方向的相邻两像素间距被放大倍数n，则有0.5N≤n≤1.5N。
作为一种优选方式，多个投影装置10发出的影像光线交叠于所述单元柱透镜20的背侧，通过调整所述三维图像的水平长度和竖直长度来调整图像长宽比。
实际应用中，将平面定向散射屏3与透镜阵列2之间设置一段距离d，虽然可以均衡观看效果，但由于图像的长宽比会发生变化，对观看者的观看体验也会有所影响。结合图2和图3所示，由于该系统只增加图像竖直方向长度而水平方向长度保持不变，所以可使用多投影装置进行图像水平方向的拼接，得到使观看者观看到舒适长宽比的图像。
作为一种优选方式，所述平面定向散射屏3是具有纵向散射特性的光学全息平面屏。
本实施例中，请参见图4，所述透镜阵列2的背侧设有控光元件4，所述控光元件4用于将影像光线发散，使三维图像像素间隔在竖直方向增加相同长度时，减少所述透镜阵列2与所述平面定向散射屏3之间的距离。
本实施例优选在透镜阵列2与平面定向散射屏3之间加入控光元件4，控光元件4可以将光线发散，从而使得三维图像像素间隔在竖直方向增加相同长度时所需的透镜阵列2与平面定向散射屏3之间的距离减少，从而减少系统所占用的空间。
本发明公开的均衡分辨率的三维投影显示系统中，透镜阵列2位于投影装置10前方，用于将其发出的光线折射到空间不同位置形成视点，而观看者在不同位置观看到三维图像各像素间水平方向的间距被放大，同时，所述平面定向散射屏3置于透镜阵列2的前方并预设有间距d，本发明将三维图像各像素间竖直方向的间距放大，同时各像素间水平方向间距保持不变，以此均衡观看效果。在实际应用中，通过改变透镜阵列2与平面定向散射屏3的距离可以控制三维图像像素在竖直方向间距的放大倍数，从而得到最舒适的观看体验，而在水平方向则采用多投影装置拼接画面可以使图像获得合适的长宽比，进一步改善观看体验，较好地满足了应用需求。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (7)
1.一种均衡分辨率的三维投影显示系统，其特征在于，包括有投影阵列（1）、透镜阵列（2）及平面定向散射屏（3），所述透镜阵列（2）设于所述投影阵列（1）的前方，所述平面定向散射屏（3）设于所述透镜阵列（2）的前方，所述投影阵列（1）发出的影像光线通过所述透镜阵列（2）折射至所述平面定向散射屏（3），并利用所述平面定向散射屏（3）扩散形成三维图像，所述透镜阵列（2）与所述平面定向散射屏（3）之间设有间距d，通过调整所述间距d使得所述三维图像竖直方向的相邻两像素间距与水平方向的相邻两像素间距相同或者相近。
2.如权利要求1所述的均衡分辨率的三维投影显示系统，其特征在于，所述投影阵列（1）包括有多个呈阵列式分布的投影装置（10），所述透镜阵列（2）包括有多个呈阵列式分布的单元柱透镜（20）。
3.如权利要求2所述的均衡分辨率的三维投影显示系统，其特征在于，所述透镜阵列（2）中相邻两个单元柱透镜（20）的间距为p，不同位置观看到三维图像水平方向的相邻两像素间距被放大为L，其中：0.5p≤L≤1.5p。
4.如权利要求1所述的均衡分辨率的三维投影显示系统，其特征在于，设定三维图像水平方向的相邻两像素间距被放大N倍，三维图像竖直方向的相邻两像素间距被放大倍数n，则有0.5N≤n≤1.5N。
5.如权利要求2所述的均衡分辨率的三维投影显示系统，其特征在于，多个投影装置（10）发出的影像光线交叠于所述单元柱透镜（20）的背侧，通过调整所述三维图像的水平长度和竖直长度来调整图像长宽比。
6.如权利要求1所述的均衡分辨率的三维投影显示系统，其特征在于，所述平面定向散射屏（3）是具有纵向散射特性的光学全息平面屏。
7.如权利要求1所述的均衡分辨率的三维投影显示系统，其特征在于，所述透镜阵列（2）的背侧设有控光元件（4），所述控光元件（4）用于将影像光线发散，使三维图像像素间隔在竖直方向增加相同长度时，减少所述透镜阵列（2）与所述平面定向散射屏（3）之间的距离。
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