CN109348149A - 一种具有成像功能的显示器及图像的显示方法 - Google Patents

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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
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Abstract

本发明涉及一种具有成像功能的显示器及图像的显示方法，其显示器包括显示屏、微透镜阵列和光电传感器；所述微透镜阵列中的每个微透镜间隔的设置在所述显示屏的上下左右相邻四个显示像素单元之间，每个所述微透镜的下方均分别设有一个所述光电传感器，每个所述光电传感器与对应的所述微透镜之间均设有一层光学补偿层。本发明在现有的显示屏上增加微透镜阵列，对四维光场进行重新采样，并利用光电传感器构成的二维探测器像面来同时记录光场的四维信息，即二维位置分布和二维传输方向，来实现在显示图像的同时进行成像，且无需传统光学镜头的机械调焦和对焦过程。

Description

一种具有成像功能的显示器及图像的显示方法
技术领域
本发明涉及显示和光学成像的一体化的结构设计领域，具体涉及一种具有成像功能的显示器及图像的显示方法。
背景技术
显示器是用来显示文字、图像信息的一种装置，而成像设备是一种利用光学敏感器件采集文字、图像的一种装置。从现有的技术来看，这两种的功能是互相冲突的，从目前流行的iPhone手机的设计来看，为了达到显示面积的最大化，又要兼顾摄像的功能，所以保留了所谓的“刘海”设计,就是因为显示和摄像的这两种功能不能兼得。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有成像功能的显示器及图像的显示方法，兼具摄像功能和显示功能，且能做到在显示图像的同时进行成像。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有成像功能的显示器，包括显示屏、微透镜阵列和光电传感器；所述微透镜阵列中的每个微透镜间隔的设置在所述显示屏的上下左右相邻四个显示像素单元之间，每个所述微透镜的下方均分别设有一个所述光电传感器，每个所述光电传感器与对应的所述微透镜之间均设有一层光学补偿层。
本发明的有益效果是：本发明在现有的显示屏上增加微透镜阵列，对四维光场进行重新采样，并利用光电传感器构成的二维探测器像面来同时记录光场的四维信息，即二维位置分布和二维传输方向，来实现在显示图像的同时进行成像，且无需传统光学镜头的机械调焦和对焦过程。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，在所述微透镜阵列中，相邻两个所述微透镜的子图像在边界处相切。
采用上述进一步方案的有益效果是：为了保证感光单元的最大利用率，相邻微透镜的子图像应在边界处相切。
进一步，所述光电传感器为CMOS传感器。
基于上述一种具有成像功能的显示器，本发明还提供一种图像的显示方法。
一种图像的显示方法，利用上述所述的一种具有成像功能的显示器进行图像显示，包括以下步骤，
S1，利用微透镜阵列中的每一个微透镜将像面成像到对应的光电传感器上，并在每个所述光电传感器上分别形成一个带有四维光场信息的宏像素；
S2，对所述四维光场信息进行处理，使所述宏像素形成二维图像，并显示出来上。
本发明的有益效果是：本发明在现有的显示屏上增加微透镜阵列，对四维光场进行重新采样，并利用光电传感器构成的二维探测器像面来同时记录光场的四维信息，即二维位置分布和二维传输方向，来实现在显示图像的同时进行成像，且无需传统光学镜头的机械调焦和对焦过程。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，在所述微透镜阵列中，相邻两个所述微透镜的子图像在边界处相切。
采用上述进一步方案的有益效果是：为了保证感光单元的最大利用率，相邻微透镜的子图像应在边界处相切。
进一步，在所述S1中，所述微透镜的F数与所述像面的F数相等。
采用上述进一步方案的有益效果是：微透镜的F数和像面的F数相等时能最大程度利用光电传感器的子像素。
进一步，在所述S1中，所述像面上的一点经过所述微透镜成像到所述光电传感器面的弥散斑不超过所述宏像素中一个子像素的宽度。
进一步，在所述S1中，光场图像的边缘由于旋转误差所造成的偏离量小于所述宏像素中一个子像素的大小。
进一步，在所述S2中，利用I(x,y)＝∫∫L(u,v,x,y)dudv对所述四维光场信息进行处理，计算得到所述二维图像。
附图说明
图1为四维光场的参数表征示意图；
图2为本发明一种具有成像功能的显示器中微透镜阵列的光场采样示意图；
图3为本发明一种具有成像功能的显示器的一个显示成像复合单元结构示意图；
图4为本发明一种具有成像功能的显示器的一个显示成像复合单元的单元堆栈结构示意图；
图5为本发明一种图像的显示方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在几何光学中，光场就是光线强度在空间中的位置和方向分布，该分布函数可用光线与两个平行平面的交点坐标来进行参数化表征；如图1所示：假设(x，y)为像面，L为光线强度，则箭头中所指向的光照度为I(x,y)＝∫∫L(u,v,x,y)dudv，由此可见，传统相机只能采集到光场的强度和位置(x，y)，而损失了(u,v)方向信息。
本发明利用二维的光电感应器阵列来同时记录光场的四维信息，即二维位置分布和二维传输方向。为达到这个目的，本发明采用的技术方案是：
如图3所示，一种具有成像功能的显示器，包括显示屏、微透镜阵列和光电传感器；所述微透镜阵列中的每个微透镜间隔的设置在所述显示屏的上下左右相邻四个显示像素单元之间，每个所述微透镜的下方均分别设有一个所述光电传感器，每个所述光电传感器与对应的所述微透镜之间均设有一层光学补偿层。
采用基于微透镜阵列的光场采样，如图2所示：为了保证光电传感器中感光单元的最大利用率，相邻微透镜的子图像应在边界处相切，由相似三角形得出令变换后为
由此上易得其中为微透镜的焦距除以其孔径，即微透镜的F数。而是像面的F数。微透镜的F数和像面的F数相等时能最大程度利用光电传感器的子像素。若微透镜阵列中微透镜的数量为M1×M2，每个微透镜所覆盖的子像素数为N1×N2，则光电传感器中的子像素数为M1N1×M2N2。
光电传感器和显示像素单元在二维空间上间隔排列，如图3和图4所示，上下左右相邻四个显示像素单元和它们之间的一个微透镜为一体结构，构成本发明一种具有成像功能的显示器的一个显示成像复合单元，其为一个整体。图4为图3的单元堆栈：透光层不设置微透镜，为一个显示像素单元；微透镜下方为光电传感器，为一个成像单元。
微透镜尺寸越小则微镜头的数量应当增多以保证总的光场强度。在单元堆栈实现过程中，
(1)需要控制微透镜与光电传感器的距离精度Δs，像面的一点经过微透镜成像到光电传感器面的弥散斑应不超过一个子像素p的宽度，即
(2)需要控制微透镜阵列与像素阵列之间的行列平行度，此以旋转角度θ衡量。假设光电传感器一维尺寸为K，此时要求光场图像的边缘由于旋转误差所造成的子像素偏离量小于一个子像素的大小，即
基于上述一种具有成像功能的显示器，本发明还提供一种图像的显示方法。
如图5所示，一种图像的显示方法，利用上述所述的一种具有成像功能的显示器进行图像显示，包括以下步骤，
S1，利用微透镜阵列中的每一个微透镜将像面成像到对应的光电传感器上，并在每个所述光电传感器上分别形成一个带有四维光场信息的宏像素；
S2，对所述四维光场信息进行处理，使所述宏像素形成二维图像，并显示出来。
采集到四维光场信息之后，就可以利用I(x,y)＝∫∫L(u,v,x,y)dudv计算二维图像。通过不同的数据处理，能够得到对应不同需求的图像，例如视角变换同样的，通过将光场沿某个相应的角度进行投影积分即可实现数字对焦和数字变焦。同样亦利用多个宏像素的之间具有亚像素移位的信息，就可以从同一目标的多个宏像素重建出一副具有较高分辨率的图像，即图像的超分辨率重构。
在驱动设计中，为了保证最小电磁相干性，显示驱动的频谱应当与成像驱动的频谱不重叠，在频谱不方便调整的情况下，显示和采样亦可以时间片轮换进行驱动，在此情况下，两者驱动时间间隙需要有静默时间片穿插其中，以免互相电磁干扰冲突。
综上所述，本发明提出了一种具有成像功能的显示器，该显示器在传统显示功能以及成像效果的情况下，省去了传统相机的光学对焦功能，且能同时实现显示效果和光学成像。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有成像功能的显示器，其特征在于：包括显示屏、微透镜阵列和光电传感器；所述微透镜阵列中的每个微透镜间隔的设置在所述显示屏的上下左右相邻四个显示像素单元之间，每个所述微透镜的下方均分别设有一个所述光电传感器，每个所述光电传感器与对应的所述微透镜之间均设有一层光学补偿层。
2.根据权利要求1所述的一种具有成像功能的显示器，其特征在于：在所述微透镜阵列中，相邻两个所述微透镜的子图像在边界处相切。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有成像功能的显示器，其特征在于：所述光电传感器为CMOS传感器。
4.一种图像的显示方法，其特征在于：利用上述权利要求1至3任一项所述的一种具有成像功能的显示器进行图像显示，包括以下步骤，
S1，利用微透镜阵列中的每一个微透镜将像面成像到对应的光电传感器上，并在每个所述光电传感器上分别形成一个带有四维光场信息的宏像素；
S2，对所述四维光场信息进行处理，使所述宏像素形成二维图像，并显示出来。
5.根据权利要求4所述的一种图像的显示方法，其特征在于：在所述微透镜阵列中，相邻两个所述微透镜的子图像在边界处相切。
6.根据权利要求4或5所述的一种图像的显示方法，其特征在于：在所述S1中，所述微透镜的F数与所述像面的F数相等。
7.根据权利要求4或5所述的一种图像的显示方法，其特征在于：在所述S1中，所述像面上的一点经过所述微透镜成像到所述光电传感器面的弥散斑不超过所述宏像素中一个子像素的宽度。
8.根据权利要求6或7所述的一种图像的显示方法，其特征在于：在所述S1中，光场图像的边缘由于旋转误差所造成的偏离量小于所述宏像素中一个子像素的大小。
9.根据权要求6或7所述的一种图像的显示方法，其特征在于：在所述S2中，利用I(x,y)＝∫∫L(u,v,x,y)dudv对所述四维光场信息进行处理，计算得到所述二维图像。
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