CN117826438A - 基于针孔阵列的双视3d显示方法 - Google Patents

基于针孔阵列的双视3d显示方法 Download PDF

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CN117826438A CN202410161053.5A CN202410161053A CN117826438A CN 117826438 A CN117826438 A CN 117826438A CN 202410161053 A CN202410161053 A CN 202410161053A CN 117826438 A CN117826438 A CN 117826438A
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樊为
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Abstract

本发明提出一种基于针孔阵列的双视3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现双视3D显示；包括显示屏，偏振光栅，针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；光栅单元I的节距等于光栅单元II的节距；相邻两列图像元I的间隔宽度等于相邻两列图像元II的间隔宽度；相邻两列图像元I与图像元II的间隔宽度等于0；单个光栅单元I对应两列图像元I；相邻两列图像元I的间隔的中心与对应光栅单元I的中心对应对齐；单个光栅单元II对应两列图像元II；相邻两列图像元II的间隔的中心与对应光栅单元II的中心对应对齐；相邻两行图像元的间隔宽度均相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II。

Description

基于针孔阵列的双视3D显示方法
技术领域
本发明涉及双视3D显示，更具体地说，本发明涉及基于针孔阵列的双视3D显示方法。
背景技术
集成成像双视3D显示是近年来出现的一种新型显示技术。它可以同时提供两个不同的3D画面。基于针孔阵列的集成成像双视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。针孔阵列是由透光针孔和遮光区域组成。因此，基于针孔阵列的集成成像双视3D显示存在遮挡。成像效率是衡量遮挡对观看效果的影响的参数。
现有的中国发明专利2021110651598，提出一种高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示。但是，上述技术方案中同一个图像元同时通过两种偏振方向正交的狭缝光栅成像，因此，该技术方案无法应用于集成成像双视3D显示。
发明内容
本发明提出了基于针孔阵列的双视3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现双视3D显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏，偏振光栅，针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅，针孔阵列依次平行放置，如附图1所示；偏振光栅与显示屏贴合；显示屏，偏振光栅和针孔阵列的水平宽度均相同；显示屏，偏振光栅和针孔阵列的垂直宽度均相同；偏振光栅由光栅单元I和光栅单元II在水平方向上交替排列组成，光栅单元I的偏振方向与光栅单元II的偏振方向正交；光栅单元I的数目等于光栅单元II的数目；光栅单元I的节距等于光栅单元II的节距；显示屏用于显示图像元I和图像元II，如附图2所示；图像元I从3D场景I获取，图像元II从3D场景II获取；相邻两列图像元I的间隔宽度等于相邻两列图像元II的间隔宽度；相邻两列图像元I与图像元II的间隔宽度等于0；单个光栅单元I对应两列图像元I；相邻两列图像元I的间隔的中心与对应光栅单元I的中心对应对齐；单个光栅单元II对应两列图像元II；相邻两列图像元II的间隔的中心与对应光栅单元II的中心对应对齐；相邻两行图像元的间隔宽度均相同；图像元I的水平宽度等于图像元II的水平宽度；同一行图像元的垂直宽度均相同；如附图3和4所示，第i行图像元的垂直宽度qi与第i+1行图像元的垂直宽度qi+1满足下式
其中，d是相邻两行图像元的间隔宽度，n是垂直方向上图像元的数目，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距；针孔的中心与图像元的中心一一对应对齐；图像元I通过与其对应的光栅单元I和针孔重建3D图像I；图像元II通过与其对应的光栅单元II和针孔重建3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与光栅单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与光栅单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II；3D图像I的水平观看视角θ1、3D图像II的水平观看视角θ2分别为：
其中，a是图像元I的水平宽度，b是相邻两列图像元I的间隔宽度，w是针孔的孔径宽度，m是水平方向上图像元的数目。
优选的，光栅单元I的节距p由下式计算得到
p＝2a+b (3)
其中，a是图像元I的水平宽度，b是相邻两列图像元I的间隔宽度。
优选的，显示屏的水平宽度x和显示屏的垂直宽度y由下式计算得到
其中，m是水平方向上图像元的数目，p是光栅单元I的节距，n是垂直方向上图像元的数目，d是相邻两行图像元的间隔宽度，qi是第i行图像元的垂直宽度。
优选的，成像效率η由下式计算得到
其中，n是垂直方向上图像元的数目，w是针孔的孔径宽度，a是图像元I的水平宽度，b是相邻两列图像元I的间隔宽度，d是相邻两行图像元的间隔宽度，qi是第i行图像元的垂直宽度。
优选的，3D图像I的垂直观看视角θ3、3D图像II的垂直观看视角θ4分别为：
其中，c是位于显示屏中心的图像元的垂直宽度，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。
有益效果：本发明提出一种双视3D显示方法，通过优化图像元的排列方式及其垂直宽度，在保持较宽垂直观看视角的前提下，增大了成像效率，同时减小了偏振光栅以及显示屏和针孔阵列的尺寸，从而降低了显示设备的成本。
附图说明
附图1为本发明的示意图
附图2为本发明的图像元分布示意图
附图3为本发明的垂直方向上图像元I的示意图
附图4为本发明的垂直方向上图像元II的示意图
上述附图中的图示标号为：
1.显示屏，2.偏振光栅，3.针孔阵列，4.偏振眼镜I，5.偏振眼镜II，6.光栅单元I，7.光栅单元II，8.图像元I，9.图像元II，10.相邻两列图像元I的间隔，11.相邻两列图像元II的间隔，12.3D图像I，13.3D图像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基于针孔阵列的双视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。
本发明提出了基于针孔阵列的双视3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现双视3D显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏，偏振光栅，针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅，针孔阵列依次平行放置，如附图1所示；偏振光栅与显示屏贴合；显示屏，偏振光栅和针孔阵列的水平宽度均相同；显示屏，偏振光栅和针孔阵列的垂直宽度均相同；偏振光栅由光栅单元I和光栅单元II在水平方向上交替排列组成，光栅单元I的偏振方向与光栅单元II的偏振方向正交；光栅单元I的数目等于光栅单元II的数目；光栅单元I的节距等于光栅单元II的节距；显示屏用于显示图像元I和图像元II，如附图2所示；图像元I从3D场景I获取，图像元II从3D场景II获取；相邻两列图像元I的间隔宽度等于相邻两列图像元II的间隔宽度；相邻两列图像元I与图像元II的间隔宽度等于0；单个光栅单元I对应两列图像元I；相邻两列图像元I的间隔的中心与对应光栅单元I的中心对应对齐；单个光栅单元II对应两列图像元II；相邻两列图像元II的间隔的中心与对应光栅单元II的中心对应对齐；相邻两行图像元的间隔宽度均相同；图像元I的水平宽度等于图像元II的水平宽度；同一行图像元的垂直宽度均相同；如附图3和4所示，第i行图像元的垂直宽度qi与第i+1行图像元的垂直宽度qi+1满足下式
其中，d是相邻两行图像元的间隔宽度，n是垂直方向上图像元的数目，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距；针孔的中心与图像元的中心一一对应对齐；图像元I通过与其对应的光栅单元I和针孔重建3D图像I；图像元II通过与其对应的光栅单元II和针孔重建3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与光栅单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与光栅单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II；3D图像I的水平观看视角θ1、3D图像II的水平观看视角θ2分别为：
其中，a是图像元I的水平宽度，b是相邻两列图像元I的间隔宽度，w是针孔的孔径宽度，m是水平方向上图像元的数目。
优选的，光栅单元I的节距p由下式计算得到
p＝2a+b (3)
其中，a是图像元I的水平宽度，b是相邻两列图像元I的间隔宽度。
优选的，显示屏的水平宽度x和显示屏的垂直宽度y由下式计算得到
其中，m是水平方向上图像元的数目，p是光栅单元I的节距，n是垂直方向上图像元的数目，d是相邻两行图像元的间隔宽度，qi是第i行图像元的垂直宽度。
优选的，成像效率η由下式计算得到
其中，n是垂直方向上图像元的数目，w是针孔的孔径宽度，a是图像元I的水平宽度，b是相邻两列图像元I的间隔宽度，d是相邻两行图像元的间隔宽度，qi是第i行图像元的垂直宽度。
优选的，3D图像I的垂直观看视角θ3、3D图像II的垂直观看视角θ4分别为：
其中，c是位于显示屏中心的图像元的垂直宽度，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。
图像元I的水平宽度是3mm，位于显示屏中心的图像元的垂直宽度是3mm，相邻两列图像元I的间隔宽度是2mm，相邻两行图像元的间隔宽度是2mm，针孔的孔径宽度是1mm，显示屏与针孔阵列的间距是5mm，水平方向上图像元的数目是8，垂直方向上图像元的数目是3，观看距离是505mm，则由式(1)计算得到第1～3行图像元的垂直宽度是3.1mm、3mm、3.1mm；由式(2)计算得到3D图像I和3D图像II的水平观看视角均为44°；由式(3)计算得到光栅单元I的节距是8mm；由式(4)和式(5)计算得到显示屏的水平宽度和垂直宽度分别为32mm和13.2mm；由式(6)计算得到成像效率是6％；由式(7)计算得到3D图像I和3D图像II的垂直观看视角均为44°；基于上述参数的现有技术方案中，显示屏的水平宽度和垂直宽度分别为40mm和15.3mm，成像效率是3.9％。

Claims (5)

1.基于针孔阵列的双视3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现双视3D显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏，偏振光栅，针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅，针孔阵列依次平行放置；偏振光栅与显示屏贴合；显示屏，偏振光栅和针孔阵列的水平宽度均相同；显示屏，偏振光栅和针孔阵列的垂直宽度均相同；偏振光栅由光栅单元I和光栅单元II在水平方向上交替排列组成，光栅单元I的偏振方向与光栅单元II的偏振方向正交；光栅单元I的数目等于光栅单元II的数目；光栅单元I的节距等于光栅单元II的节距；显示屏用于显示图像元I和图像元II；图像元I从3D场景I获取，图像元II从3D场景II获取；相邻两列图像元I的间隔宽度等于相邻两列图像元II的间隔宽度；相邻两列图像元I与图像元II的间隔宽度等于0；单个光栅单元I对应两列图像元I；相邻两列图像元I的间隔的中心与对应光栅单元I的中心对应对齐；单个光栅单元II对应两列图像元II；相邻两列图像元II的间隔的中心与对应光栅单元II的中心对应对齐；相邻两行图像元的间隔宽度均相同；图像元I的水平宽度等于图像元II的水平宽度；同一行图像元的垂直宽度均相同；第i行图像元的垂直宽度qi与第i+1行图像元的垂直宽度qi+1满足下式
其中，d是相邻两行图像元的间隔宽度，n是垂直方向上图像元的数目，l是观看距离，g是显示屏与针孔阵列的间距；针孔的中心与图像元的中心一一对应对齐；图像元I通过与其对应的光栅单元I和针孔重建3D图像I；图像元II通过与其对应的光栅单元II和针孔重建3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与光栅单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与光栅单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II；3D图像I的水平观看视角θ1、3D图像II的水平观看视角θ2分别为：
其中，a是图像元I的水平宽度，b是相邻两列图像元I的间隔宽度，w是针孔的孔径宽度，m是水平方向上图像元的数目。
2.根据权利要求1所述的基于针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，光栅单元I的节距p由下式计算得到
p＝2a+b(3)
其中，a是图像元I的水平宽度，b是相邻两列图像元I的间隔宽度。
3.根据权利要求1所述的基于针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，显示屏的水平宽度x和显示屏的垂直宽度y由下式计算得到
其中，m是水平方向上图像元的数目，p是光栅单元I的节距，n是垂直方向上图像元的数目，d是相邻两行图像元的间隔宽度，qi是第i行图像元的垂直宽度。
4.根据权利要求1所述的基于针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，成像效率η由下式计算得到
其中，n是垂直方向上图像元的数目，w是针孔的孔径宽度，a是图像元I的水平宽度，b是相邻两列图像元I的间隔宽度，d是相邻两行图像元的间隔宽度，qi是第i行图像元的垂直宽度。
5.根据权利要求1所述的基于针孔阵列的双视3D显示方法，其特征在于，3D图像I的垂直观看视角θ3、3D图像II的垂直观看视角θ4分别为：
其中，c是位于显示屏中心的图像元的垂直宽度，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。
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