CN202721764U - 基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及三维显示、三维成像和双向成像与显示，特别涉及一种基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统。依次包括透镜阵列，用作对物体三维成像，及对平板显示图像三维显示；隔离板，消除透镜阵列成像-显示单元之间的信号串扰；探测器阵列，用于测量透镜阵列像面上收集的三维光场信息，并设有电极控制电路；平板显示器，显示供透镜阵列三维显示用的阵列图像。探测器阵列所成的阵列图像被用于提取物体的位置信息，为进一步的人机互动提供信息。同时，在不影响裸眼三维显示的前提下来实现三维成像，结构简单、速度快，实现高质量的双向三维成像和裸眼三维显示，既适合用于家用和商务视频系统，还可拓展为一种光学无接触人机互动系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及三维显示、三维成像和双向成像与显示，特别涉及一种基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统。
背景技术
随着科技水平的提高，人们对现有的显示性能要求越来越高，其中裸眼三维显示和人机互动是目前现代显示两个非常重要的发展方向。而人机互动要求实现对目标物体的三维成像，这样才能解析出目标物体发出的信号，进而实现人机互动。而目前的人机互动系统结构都过于庞大，而且大部分都要求手接触屏幕。可见，如果在一个集成的系统中同时提供三维显示和三维成像的功能，具有非常广的应用价值。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、稳定，使用平板显示器和透镜阵列实现裸眼三维显示，同时利用集成的透镜阵列-探测器阵列构成的阵列成像装置进行三维成像，从而形成双向三维成像-裸眼三维显示系统。
本实用新型采用的技术方案如下：
基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，依次设有：
透镜阵列，用作对物体三维成像，及对平板显示图像三维显示；
隔离板，消除透镜阵列成像-显示单元之间的信号串扰；
探测器阵列，用于测量透镜阵列像面上收集的三维光场信息，并设有电极控制电路；
平板显示器，显示供透镜阵列三维显示用的阵列图像。
进一步，所述平板显示器的显示板的像素包括R、G、B三个子像素，所述平板显示器为液晶显示器、等离子体显示器或者有机发光二级管显示器。
进一步，所述平板显示器的刷新频率为120Hz，用于三维显示的图像和黑色信号图像时序交替出现。
进一步，所述探测器阵列及其电极控制电路，集成于显示板或者单独的一个玻璃基板上，每个显示像素对应一个探测像素，每个探测像素包含RGB三个子像素，分别测量对应像点的R、G、B分量光信号，每一个显示像素中探测像素的相对位置都是相同的。
进一步，所述透镜阵列集成于一个玻璃基板上，每个透镜对应多个显示像素和探测像素。
进一步，当平板显示器显示三维阵列图像时，透镜阵列重建虚拟三维光场，实现裸眼的三维显示。
进一步，所述隔离板为方形小孔阵列，周期与透镜阵列相同。
较为完善的是，当平板显示器显示黑色图像时，显示器处于暗态，透镜阵列收集视场中观察者及其背景的三维光场信息，实现阵列成像。
较为完善的是，透镜阵列，隔离板和探测器阵列集成一体，独立于平板显示器。
透镜阵列通过收集和重建三维光场信息，从而达到三维成像和裸眼三维显示的目的，即集成显示和集成成像。相比于偏振和快门的三维显示，基于透镜阵列的三维显示不需要佩戴眼镜，方便观察。
另外，可以根据透镜阵列所拍摄的阵列图像，可以提取物体的位置信息。
本实用新型在上述技术方案中，探测器阵列所成的阵列图像被用于提取物体的位置和深度信息，为进一步的人机互动提供信息。同时，被裸眼观察的重建光场具有三维效果。在不影响裸眼三维显示的前提下来实现三维成像，结构简单、速度快，实现高质量的双向三维成像和裸眼三维显示，与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1、能够快速获得物体三维位置和深度信息。
2、能够提供裸眼三维显示。
3、性能稳定、结构简单紧凑，适用于实时视频会议/聊天系统。
4、分析其肢体成像，可拓展其在光学三维人机互动系统上的应用。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对实用新型作进一步的说明。
图1示意性地给出了双向三维成像-裸眼三维显示系统。
图2示意性地给出了平板显示器RGB像素排列。
图3示意性地给出了对应图2平板显示器的探测器阵列二维排布。
图4示意性地给出了隔离板的结构。
图5示意性地给出了成像系统的光路图。
具体实施方式
请参阅图1，基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，包括：平板显示器11，用于显示供三维显示的阵列图像；探测器阵列12，用于探测三维光场成像信号；隔离板13，消除透镜阵列单元之间的信号串扰；透镜阵列14，用于三维成像和三维显示；重建三维像15，即三维显示重建光场；观察者16，也是被成像对象。
上述系统可以划分为多个成像显示单元17，每个成像显示单元17包括了一个透镜、多个探测像素及显示像素。
请参阅图2，每一个成像显示单元17所对应的平板显示器11像素的排列，图2中用到了四个像素，每个像素18包括R、G和B三个子像素。
请参阅图3，图2中的每个显示像素18都对应探测器阵列12上的一个探测器20。每个探测器像素又包含RGB三个子像素，以探测三维光场的彩色信息，透明基板19用于支撑探测器阵列及其(透明)控制电路。
请参阅图4，该隔离板13是厚硬性材料基板上的小孔阵列，小孔的大小为显示单元透镜的尺寸，隔离板13的板壁经过黑化处理，对单元透镜收集光线的串扰有阻挡作用。
请参阅图5，由透镜阵列14、隔离板13和平板显示器11构成的三维显示系统，每个单元的显示像素18显示不同的阵列像，对应同一物点的光线23经透镜阵列14后汇集于同一点，从而重建了三维像15。
由透镜阵列14、隔离板13和探测器阵列12构成的三维成像系统，对观察者16收集不同视角的光线24，这些光线24在不同的单元透镜中被不同位置的探测像素20接收，使用相关算法处理探测图像，可以确定该物体16的位置。
为了避免显示信号对探测信号的影响，该系统时序处于两种工作状态，一种状态是显示阵列图像，一种状态是黑色图像或者关闭电源，此时可进行三维成像，显示图像频率120Hz，最终实现双向三维成像-裸眼三维显示。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，依次设有：
透镜阵列，用作对物体三维成像，及对平板显示图像三维显示；
隔离板，消除透镜阵列成像-显示单元之间的信号串扰；
探测器阵列，用于测量透镜阵列像面上收集的三维光场信息，并设有电极控制电路；
平板显示器，显示供透镜阵列三维显示用的阵列图像。
2.根据权利要求1所述的基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，其特征在于，所述平板显示器的显示板的像素包括R、G、B三个子像素，所述平板显示器为液晶显示器、等离子体显示器或者有机发光二级管显示器。
3.根据权利要求2所述的基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，其特征在于，所述平板显示器的刷新频率为120Hz，用于三维显示的图像和黑色信号图像时序交替出现。
4.根据权利要求1所述的基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，其特征在于，所述探测器阵列及其电极控制电路，集成于显示板或者单独的一个玻璃基板上，每个显示像素对应一个探测像素，每个探测像素包含RGB三个子像素，分别测量对应像点的R、G、B分量光信号，每一个显示像素中探测像素的相对位置都是相同的。
5.根据权利1所述的基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，其特征在于，所述透镜阵列集成于一个玻璃基板上，每个透镜对应多个显示像素和探测像素。
6.根据权利要求5所述的基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，其特征在于，当平板显示器显示三维阵列图像时，透镜阵列重建虚拟三维光场，实现裸眼的三维显示。
7.根据权利要求1所述的基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，其特征在于，所述隔离板为方形小孔阵列，周期与透镜阵列相同。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，其特征在于，当平板显示器显示黑色图像时，显示器处于暗态，透镜阵列收集视场中观察者及其背景的三维光场信息，实现阵列成像。
9.根据权利要求1-7任一项所述的基于透镜阵列的双向三维成像和裸眼三维显示系统，其特征在于，透镜阵列，隔离板和探测器阵列集成一体，独立于平板显示器。
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