CN104614861A - 一种基于微透镜阵列的集成成像三视3d显示设备及方法 - Google Patents
一种基于微透镜阵列的集成成像三视3d显示设备及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及3D显示技术，具体指一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备及方法；实现了三视3D显示。其中设备包括2D显示屏和微透镜阵列；微透镜阵列由参数相同的多个透镜元组成；2D显示屏用于微图像阵列，微图像阵列包括第一子微图像阵列、第二子微图像阵列和第三子微图像阵列，每一个微图像阵列包括并列排布的多个子图像元；每个图像元包括三个并排排布的子图像元；且单个图像元的水平宽度大于单个透镜元的水平宽度；三个子微图像阵列中的子图像元分别透过对应的透镜元向集成成像显示设备的右、中和左重建3D场景，从而实现了三视3D显示。本发明的设备方法可广泛应用于广告显示以及其他的三视3D成像领域。
Description
技术领域
本发明涉及3D显示技术，特别涉及集成3D显示领域。
背景技术
双视显示是近年来出现的一种新型显示，可在一个显示屏上同时显示两个不同的画面，在不同观看方向上的观看者只能看到其中一个画面，从而实现在一个显示屏上同时满足多个观看者的不同需求。现有的双视显示通过视差光栅或柱透镜等分光元件将两个画面分开，或者让观看者佩戴不同的滤镜装置，来达到在某一观看方向上只能观看到一个画面的效果。但是，现有的双视显示存在两个明显的不足：1、只能同时向左、右两个方向显示两个不同的2D画面，无法满足位于显示屏中间的观看者的需求；2、显示画面为2D画面，无法实现3D显示。
而集成成像3D显示是一种无需任何助视设备的真3D显示。集成成像3D显示利用了光路可逆原理，通过针孔阵列或者微透镜阵列将3D场景的立体信息记录到图像记录设备上，生成微图像阵列，然后把该微图像阵列显示于图像显示设备上，透过针孔阵列或者微透镜阵列重建出原3D场景的立体图像。与基于针孔阵列的集成成像3D显示相比，基于微透镜阵列的集成成像3D显示具有高光学效率等优点。
发明内容
本发明提出了一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现三视3D显示。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备，包括，2D显示屏和微透镜阵，其中，所述微透镜阵列由参数相同的多个透镜元组成，所述2D显示屏用于显示微图像阵列；微图像阵列由第一子微图像阵列、第二子微图像阵列和第三子微图像阵列相间排列组成。
进一步的，第一子微图像阵列、第二子微图像阵列和第三子微图像阵列分别由多个子图像元排成一列组成。
进一步的，每三个相邻并排的第一子微图像阵列、第二子微图像阵列和第三子微图像阵列中的子图像元构成一个图像元；且单个图像元的水平宽度大于单个透镜元的水平宽度。
本一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备的工作原理如下：第一子微图像阵列中的每个子图像元透过对应的透镜元重建出第一3D场景；第二子微图像阵列中的每个子图像元透过对应的透镜元重建出第二3D场景；第三子微图像阵列中的每个子图像元透过对应的透镜元重建出第三3D场景。
进一步的，所述微图像阵列透过微透镜阵列分别向集成成像显示设备的右、中和左三个方向呈现第一视区、第二视区和第三视区，在三个视区内分别观看到第一3D场景、第二3D场景和第三3D场景，从而实现基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示。
一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示方法包括以下步骤：
第一步，确定用于显示的微透镜阵列包含m×n个透镜元。
水平方向上m个透镜元，垂直方向上n个透镜元，透镜元的焦距为f，透镜元的水平宽度和垂直宽度均为p，微图像阵列包含m×n个图像元，水平方向上m个图像元，垂直方向上n个图像元，图像元包含第一子图像元、第二子图像元和第三子图像元，图像元的垂直宽度等于透镜元的垂直宽度，图像元的水平宽度为w，最佳观看距离为l；
第二步，根据公式求出图像元的水平宽度w；
第三步，将满足上一步条件的第一子微图像阵列中的第一子图像元、第二子微图像阵列中的第二子图像元和第三子微图像阵列中的第三子图像元在水平方向上相间排列；
第四步，将所述第三步得到的微图像阵列进行集成成像显示，分别向集成成像显示设备的右、中和左三个方向呈现第一视区、第二视区和第三视区，在三个视区内分别观看到第一3D场景、第二3D场景和第三3D场景，从而实现基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明实现了三视3D的集成显示效果；改变了现有3D成像中，观看者需要佩戴不同的滤镜装置等辅助设备才能达到的立体视觉效果的缺点，同时本发明中的基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备及方法，通过在微图像阵列采用第一子微图像阵列、第二子微图像阵列和第三子微图像阵列相间排列组成的方式，所述微图像阵列透过微透镜阵列分别向集成成像显示设备的右、中和左三个方向呈现第一视区、第二视区和第三视区，并分别呈现第一3D场景、第二3D场景和第三3D场景，从而实现了三视3D的独特效果，可广泛应用于广告显示以及其他的三视3D成像领域。
附图说明
图1为本发明的集成成像三视3D显示的结构示意图。
图2为本发明的微图像阵列中子微图像阵列的排列示意图。
图3为本发明的集成成像三视3D显示的视区分布图。
图中标记：1-2D显示屏，2-微透镜阵列，3-微图像阵列，4-第一子微图像阵列，5- 第二子微图像阵列，6-第三子微图像阵列，7-第一3D场景，8-第二3D场景，9-第三3D场景，10-图像元，11-第一视区，12-第二视区，13-第三视区、14-透镜元。
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
下面详细说明利用本发明一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备及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。
本发明提出了一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备及方法，如图1所示，本发明通过集成成像显示设备实现三视3D显示。
一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备，如图1所示，包括显示微图像阵列的2D显示屏1和微透镜阵列2，其中微透镜阵列由参数相同的多个透镜元组成。
如图2所示，微图像阵列3由第一子微图像阵列4、第二子微图像阵列5和第三子微图像阵列6相间排列组成，其中，第一子微图像阵列4、第二子微图像阵列5和第三子微图像阵列6分别由多个子图像元排成一列组成。
进一步的，如图2所示，每单个图像元10由三个相邻的子图像元组成，且单个图像元10的水平宽度大于单个透镜元的水平宽度。
本三视3D显示设备的工作原理如图3所示：第一子微图像阵列4中的每个子图像元透过对应的透镜元14重建出第一3D场景7；第二子微图像阵列5中的每个子图像元透过对应的透镜元重建出第二3D场景8；第三子微图像阵列6中的每个子图像元透过对应的透镜元重建出第三3D场景9。微图像阵列透过微透镜阵列分别向集成成像显示设备的右、中和左三个方向呈现第一视区11、第二视区12和第三视区13；这样在三个视区内分别观看到第一3D场景7、第二3D场景8和第三3D场景9，从而实现基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示。
本基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示方法，包含如下实现步骤：
第一步，确定用于显示的微透镜阵列包含48×27个透镜元；
水平方向上48个透镜元，垂直方向上27个透镜元，透镜元的焦距为f＝8mm，透镜元的水平宽度和垂直宽度均为p＝3.55mm，微图像阵列包含48×27个图像元，水平方向上48个图像元，垂直方向上27个图像元，图像元包含子图像元、子图像元和子图像元，图像元的垂直宽度为p=3.55mm；最佳观看距离为l=568mm；
第二步，根据公式求出图像元的水平宽度为w=3.6mm；
第三步，将满足所述第二步条件的第一子微图像阵列中的子图像元、第二子微图像阵列中的子图像元和第三子微图像阵列中的子图像元在水平方向上相间排列；
第四步，将所述第三步得到的微图像阵列进行集成成像显示，分别向集成成像显示设备的右、中和左三个方向呈现第一视区、第二视区和第三视区，在三个视区内分别观看到第一3D场景、第二3D场景和第三3D场景，从而实现基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示。
总之，本发明设备及方法实现了三视3D的集成显示效果；改变了现有3D成像中，观看者需要佩戴不同的滤镜装置等辅助设备才能达到的立体视觉效果的缺点，同时本发明中的基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备及方法，通过在微图像阵列采用第一子微图像阵列、第二子微图像阵列和第三子微图像阵列相间排列组成的方式，所述微图像阵列透过微透镜阵列分别向集成成像显示设备的右、中和左三个方向呈现第一视区、第二视区和第三视区，并分别呈现第一3D场景、第二3D场景和第三3D场景，实现了三视3D的独特效果，可广泛应用于广告显示以及其他的三视3D成像领域。
Claims (6)
1.一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备，包括2D显示屏和微透镜阵列，其特征是，所述微透镜阵列由参数相同的透镜元组成；所述2D显示屏用于显示微图像阵列；所述微图像阵列由第一子微图像阵列、第二子微图像阵列和第三子微图像阵列相间排列组成。
2.如权利要求1所述的一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备，其特征是，第一子微图像阵列、第二子微图像阵列和第三子微图像阵列分别由多个子图像元排成一列组成。
3.如权利要求2所述的一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备，其特征是，每三个相邻并排的第一子微图像阵列、第二子微图像阵列和第三子微图像阵列中的子图像元构成一个图像元；且单个图像元的水平宽度大于单个透镜元的水平宽度。
4.如权利要求3所述的一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备，其特征是，第一子微图像阵列中的每个子图像元透过对应的透镜元重建出第一3D场景；第二子微图像阵列中的每个子图像元透过对应的透镜元重建出第二3D场景；第三子微图像阵列中的每个子图像元透过对应的透镜元重建出第三3D场景。
5.如权利要求4所述的一种基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示设备，其特征是，微图像阵列透过微透镜阵列分别所述设备的右、中和左三个方向呈现第一视区、第二视区和第三视区，在三个视区内分别观看到第一3D场景、第二3D场景和第三3D场景，从而实现基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示。
6.一种基于如权利要求1至5之一所述设备的三视3D显示方法，其特征是，包含如下步骤：
第一步，确定用于显示的微透镜阵列包含m×n个透镜元，水平方向上m个透镜元，垂直方向上n个透镜元，透镜元的焦距为f，透镜元的水平宽度和垂直宽度均为p，微图像阵列包含m×n个图像元，水平方向上m个图像元，垂直方向上n个图像元，图像元包含子图像元、子图像元和子图像元，图像元的垂直宽度等于透镜元的垂直宽度，图像元的水平宽度为w，最佳观看距离为l；
第二步，根据公式求出图像元的水平宽度w；
第三步，将满足上一步条件的第一子微图像阵列中的子图像元、第二子微图像阵 列中的子图像元和第三子微图像阵列中的子图像元在水平方向上相间排列；
第四步，将上一步得到的微图像阵列进行集成成像显示，分别向集成成像显示设备的右、中和左三个方向呈现第一视区、第二视区和第三视区，在三个视区内分别观看到第一3D场景、第二3D场景和第三3D场景，从而实现基于微透镜阵列的集成成像三视3D显示。
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