CN105845050A - 一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置，包括多个LED灯条和旋转盘，多个LED灯条的内端与旋转盘固定连接，多个LED灯条沿旋转盘的旋转中心均匀分布，LED灯条包括灯杆和RGB灯珠，多个RGB灯珠呈线型固定在灯杆上；其显示方法的步骤依次为确定显示区域与分辨率；计算转动周期；计算刷新时间；显示画面数据处理；本发明利用“点动成线，线动成面”的原理，将RGB灯珠以线的形式排列，并按照一定轨迹运动形成一个轨迹面，据画面所需点亮轨迹面所对应的相素点(RGB灯珠)，就可以显示画面，由于是通过灯条运动，现实的背景可以通过灯条运动的轨迹面“透”出来，将显示的画面主题浮显于现实的环境之中。

Description

一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置及方法

技术领域

本发明涉及一种LED显示领域，尤其涉及一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置及方法。

背景技术

由于LED技术的发展，以及特有的优势，成本低、寿命长、高度高等特点，LED被广泛的应用于照明，显示器等方面。

在LED显示器方面，目前国内现有的LED显示器，是基于平面，将多彩灯珠，即RGB三个LED集中于一个封闭，按矩阵形式排列，通过逐行或者隔行扫描的形式，将画面显示。主要应用于大型显示器，户外广告等。

随着3D技术的发展，主要是利用视差原理，在观看者观看画面时，只要提供拍摄位置稍微错开的两组画图像，分别供左右眼观看，造成景深的差异，便可以看到一组具有立体感的画面。现有的实现视差原理的方法主要有分色、分光、分时、和光栅等。

现有的3D显示技术，由于是基于平面，将灯珠按矩阵排列于平面，显示的主题与背景置于同一平面，而无法将显示的主题完全置于现实的背景，也就是说原有的3D显示技术，始终有显示背景，显示背景为原视频画面的背景，而不是显示器所处的一种现实的背景。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置，包括多个LED灯条和旋转盘，多个所述LED灯条的内端与所述旋转盘固定连接，多个所述LED灯条沿所述旋转盘的旋转中心均匀分布，所述LED灯条包括灯杆和RGB灯珠，多个所述RGB灯珠呈线型固定在所述灯杆上。

具体地，所述旋转盘上设置转速传感器，所述LED灯条的前侧设置有光敏传感器。

基于上述的一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置的显示方法，包括下述步骤：

(1)确定显示区域与分辨率：确定LED灯条的长度，并将其安装至旋转盘上；

(2)计算转动周期：根据LED灯条的长度与LED灯条的数量计算旋转盘的转动周期；

(3)计算刷新时间：根据LED灯条的长度与LED灯条的数量计算RGB灯珠的刷新频率；

(4)显示画面数据处理：获得每个RGB灯珠所需的灰度信息，并根据获得的信息点亮RGB灯珠实现画面显示。

具体地，上述步骤(1)中显示区域与分辨率的计算公式为：

显示区域：S＝πm²

分辨率：P＝LED等臂的数量×(360°/需要刷新灯臂数据转动的最小角度)式中：m为LED灯条的长度，且LED灯条上RGB灯珠的分布率为n/米；

具体地，上述步骤(2)中转动周期的计算方法为：

组成一幅画面每个LED灯条的转动角度：α＝360/N，单位为度

转速：单位为转/秒；

式中：1/24为人眼产生视觉暂留的最长时间，N为所转平面内均匀分布的灯条数。

具体地，上述步骤(3)中的刷新时间的计算方法为：

确定LED灯条的最大线速度处的圆弧上RGB灯珠的排列数量：

$M=\frac{1/N\×2\mathrm{\π}m}{r}$

刷新时间为：单位为秒；

式中：r为RGB灯珠的直径。

具体地，上述步骤(4)中画面数据处理的方法为：

A：通过色度信息获取灰度值：

获取公式：Gray＝R×0.299+G×0.587+B×0.114

提取出灰度值后，计算出每个像素点处的RGB灯珠的三个RGB灰度值；

B：确定各个灯珠的灰度显示信息：

确定显示画面中各个像素点的灰度，即对应的直角坐标(x,y)，

通过坐标系转化，获取画面的直角坐标(x,y)与灯条的极坐标(ρ,θ)之间转换关系：

C：获取位移一个RGB灯珠的尺寸所需转动的角度：

$\mathrm{\β}=\frac{r}{1/N\×2\mathrm{\π}m}\×360$

进一步，通过所述转速传感器获取旋转盘旋转一圈所需的时间T₁，获取转动最小角度的时间T₂，控制RGB灯珠刷新，其刷新频率为：并通过所述光敏传感器检测其刷新频率。

本发明的有益效果在于：

本发明一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置及方法利用“点动成线，线动成面”的原理，将RGB灯珠以线的形式排列，并按照一定轨迹运动形成一个轨迹面，据画面所需点亮轨迹面所对应的相素点(RGB灯珠)，就可以显示画面，由于是通过灯条运动，现实的背景可以通过灯条运动的轨迹面“透”出来，将显示的画面主题浮显于现实的环境之中，而达到一种3D的显示效果。

附图说明

图1是本发明所述一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置，包括多个LED灯条2和旋转盘1，多个LED灯条2的内端与旋转盘1固定连接，多个LED灯条2沿旋转盘1的旋转中心均匀分布，LED灯条2包括灯杆和RGB灯珠3，多个RGB灯珠3呈线型固定在灯杆上。

确定显示区域与分辨率：确定LED灯条的长度，并将其安装至旋转盘上；

显示区域：S＝πm²，分辨率：P＝mnπ

式中，m为LED灯条的长度，且LED灯条上RGB灯珠的分布率为n/米。

计算转动周期：根据LED灯条的长度与LED灯条的数量计算旋转盘的转动周期；

组成一幅画面每个LED灯条的转动角度：α＝360/N，单位为度

转速：单位为转/秒；

式中：1/24为人眼产生视觉暂留的最长时间。

计算刷新时间：根据LED灯条的长度与LED灯条的数量计算RGB灯珠的刷新频率；

确定LED灯条的最大线速度处的圆弧上RGB灯珠的排列数量：

$M=\frac{1/N\×2\mathrm{\π}m}{r}$

刷新时间为：单位为秒；

式中：r为RGB灯珠的直径。

显示画面数据处理：获得每个RGB灯珠所需的灰度和色度信息，并根据获得的信息点亮RGB灯珠实现画面显示。

A：通过色度信息获取灰度值：

获取公式：Gray＝R×0.299+G×0.587+B×0.114

为避免低速的浮点运算，对其进行整数运算，将其缩放1000倍，同时RGB一般为8位精度，因此为32位整型运算，因此需要加500实现四舍五入，得到整型运算公式：Gray＝(R×299+G×587+B×144+500)/1000

进行变种，得到简化公式：Gray＝(R×30+G×59+B×11+50)/100

提取出灰度值后，计算出每个像素点处的RGB灯珠的三个RGB灰度值，

R：G：B≈3:6:1，通过控制每个LED电流值，使其满足以上公式，可将每个相素点的色度数据可直接应用到每个LED灯的灰度数据中。

24位色图片中，每个相素点都占3个字节数据，RGB各占一个字节，对应到显示灰度数据中，也是每个灯珠占3个字节的数据，RGB各占一个字节。

B：确定各个灯珠的灰度显示信息

确定显示画面中各个像素点的灰度，即对应的直角坐标(x,y)，

通过坐标系转化，获取画面的直角坐标(x,y)与灯条的极坐标(ρ,θ)之间转换关系：

得出：x＝ρ×cos(θ×(2π/360))

y＝ρ×sin(θ×(2π/360))

x：平面坐标系当中显示画面每个相素点的行坐标；y：平面坐标系当中显示画面每个相素点的列坐标；

C：获取位移一个RGB灯珠的尺寸所需转动的角度：

$\mathrm{\β}=\frac{r}{1/N\×2\mathrm{\π}m}\×360$

另外，本发明中LED灯条的结构可为米字形、工字型等异形结构。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置，其特征在于：包括多个LED灯条和旋转盘，多个所述LED灯条的内端与所述旋转盘固定连接，多个所述LED灯条沿所述旋转盘的旋转中心均匀分布，所述LED灯条包括灯杆和RGB灯珠，多个所述RGB灯珠呈线型固定在所述灯杆上。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置，其特征在于：所述旋转盘上设置转速传感器，所述LED灯条的前侧设置有光敏传感器。

3.基于上述权利要求1或2所述的一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置的显示方法，其特征在于：包括下述步骤：

(1)确定显示区域与分辨率：确定LED灯条的长度，并将其安装至旋转盘上；

(2)计算转动周期：根据LED灯条的长度与LED灯条的数量计算旋转盘的转动周期；

(3)计算刷新时间：根据LED灯条的长度与LED灯条的数量计算RGB灯珠的刷新频率；

(4)显示画面数据处理：获得每个RGB灯珠所需的灰度信息，并根据获得的信息点亮RGB灯珠实现画面显示。

4.根据权利要求2所述的一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置的显示方法，其特征在于：上述步骤(1)中显示区域与分辨率的计算公式为：

显示区域：S＝πm²

分辨率：P＝mnπ

式中：m为LED灯条的长度，且LED灯条上RGB灯珠的分布率为n/米。

5.根据权利要求3所述的一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置的 显示方法，其特征在于：上述步骤(2)中转动周期的计算方法为：

组成一幅画面每个LED灯条的转动角度：α＝360/N，单位为度转速：单位为转/秒；

式中：1/24为人眼产生视觉暂留的最长时间，N为所转平面内均匀分布的灯条数。

6.根据权利要求4所述的一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置的显示方法，其特征在于：上述步骤(3)中的刷新时间的计算方法为：

确定LED灯条的最大线速度处的圆弧上RGB灯珠的排列数量：

刷新时间为：单位为秒；

式中：r为RGB灯珠的直径。

7.根据权利要求5所述的一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置的显示方法，其特征在于：上述步骤(4)中画面数据处理的方法为：

A：通过色度信息获取灰度值：

获取公式：Gray＝R×0.299+G×0.587+B×0.114

提取出灰度值后，计算出每个像素点处的RGB灯珠的三个RGB灰度值；

B：确定各个灯珠的灰度显示信息

确定显示画面中各个像素点的灰度，即对应的直角坐标(x,y)，

通过坐标系转化，获取画面的直角坐标(x,y)与灯条的极坐标(ρ,θ)之间转换关系：

转化公式为

C：获取位移一个RGB灯珠的尺寸所需转动的角度：

。

8.根据权利要求7所述的一种基于视觉暂留效应的裸眼全息显示装置的显示方法，其特征在于：通过所述转速传感器获取旋转盘旋转一圈所需的时间T₁，获取转动最小角度的时间T₂，控制RGB灯珠刷新，其刷新频率为：并通过所述光敏传感器检测其刷新频率。