CN109725428A - 一种光场显示方法与光场显示引擎 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显示领域，具体涉及一种光场显示方法与光场显示引擎，投影仪按照时序依次投射指定视角范围内的二维图像信息序列，所述二维图像信息序列通过振镜反射和扫描投射到对应视角范围的空间中，所述振镜的反射角度与二维图像的视角一一对应，当振镜扫描到指定角度位置时，投影仪同步投射与该角度视角对应的二维图像信息；控制器控制振镜在设定的角度内来回扫描，同时协调投影仪的时序，根据振镜扫描的角度同步投影对应视角范围的二维图像信息，从而在空间中形成三维图像。本发明的光场显示方法可获得高分辨率、大景深、大视角的三维图像，且安全系数高，***体积小，校准方便。
Description
技术领域
本发明涉及显示领域，具体涉及一种光场显示方法与光场显示引擎。
背景技术
区别于目前市场上的立体电影和立体电视技术，光场显示技术能够在空间中重构物体的三维信息，可以提供接近自然的立体图像，不存在明显的视觉疲劳问题，是一种真三维显示技术。相对于全息显示技术，光场显示所需要的辅助计算量小，而且无需相干光照明，所以被认为是一种极具前景的三维显示技术。目前的光场显示技术主要包括层叠光场显示、投影阵列光场显示、集成成像光场显示和动态光场显示。这些光场显示技术都有各自的优势，但是也存在不足。所以都未能进入主流市场。
层叠光场显示基于四维光场原理，利用多个显示层构建三维场景的空间光场，通过多个显示平面上的像素点来确定场景中光线的方向和颜色信息。各个平面上的像素点的亮度信息根据三维场景的亮度和空间信息通过迭代法进行优化求解而获得。这种显示技术的三维效果受到显示层数的制约。显示层数越多三维景深和分辨率越高，但是随着显示层的增多，图像亮度将快速衰减，图像对比度也将大幅下降。
投影阵列光场显示技术利用投影仪阵列将不同角度的光场图像投射到由散射屏构成的大屏幕上，然后利用透镜阵列将光场图像信息从设定的角度输出，在空间中形成三维图像。利用这种技术可以获得较大面积、较高分辨率的三维信息，但是这种***结构庞大，阵列之间的校准复杂，不利于集成。
集成成像光场显示技术利用平板显示器代替投影仪阵列显示不同角度的光场图像，然后利用透镜阵列将光场图像信息从设定的角度输出，在空间中形成三维图像。这种技术的结构简单易于集成，但是其分辨率、视角和景深受到平板显示器分辨率和透镜阵列成像质量的限制。
动态光场显示技术利用高速投影仪和旋转的光学屏幕投射不同方向的光场信息，通过视觉暂留效应，使得观察者可以在屏幕附近看到一个三维空间像。这种***的三维图像显示在高速旋转的光学屏幕上，三维图像无法探入，不利于交互，而且***庞大，结构不稳定，高速运动的大屏幕还存在一定的危险性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服背景技术中的缺点，提供一种高安全系数、高分辨率、大景深的光场显示方法与光场显示引擎。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种光场显示方法，该方法包括：投影仪按照时序依次投射指定视角范围内的二维图像信息序列，所述二维图像信息序列通过振镜反射和扫描投射到对应视角范围的空间中，所述振镜的反射角度与二维图像的视角一一对应，当振镜扫描到指定角度位置时，投影仪同步投射与该角度视角对应的二维图像信息；控制器控制振镜在设定的角度内来回扫描，同时协调投影仪的时序，根据振镜扫描的角度位置同步投影对应视角范围的二维图像信息，从而在空间中形成三维图像。
一种光场显示引擎，该***包括：投影仪、振镜和控制器，所述控制器连接投影仪和振镜的控制电路；投影仪按照时序向振镜依次投射二维图像信息序列，振镜通过扫描将二维图像信息序列反射到指定视角范围的空间中，所述二维图像序列编码有指定视角范围内的三维图像的透视信息，所述振镜的反射角度与二维图像的视角一一对应，当振镜扫描到指定角度位置时，投影仪同步投射与该角度视角对应的二维图像信息；所述控制器控制振镜在设定的角度范围内来回扫描，同时协调投影仪的投影时序，根据振镜扫描角度同步投影二维图像信息，从而在空间中形成三维图像。
进一步地，所述光场显示引擎输出的三维图像可以用屏幕接收，也可以不用屏幕直接在三维空间中形成立体图像。
进一步地，所述投影仪投射的二维图像在三维图像占据的景深中保持清晰。
作为一种优选方案，所述振镜为二维振镜，在X和Y两个正交的方向进行扫描。
具体地，所述二维振镜为由两维独立的检流计振镜组合而成或二维微机电***振镜。
作为另一种优选方案，所述振镜为一维振镜，在一个方向进行扫描。
优选地，在一维振镜在一个方向扫描形成的光场信息优选由散射屏幕接收三维图像。
更为优选地，所述散射屏幕为非对称散射屏幕。
本发明的有益效果在于：
(1)提出了一种新的光场显示方法，利用振镜扫描有效避免了高速旋转屏幕地使用，提高了显示***的安全性，而且大幅减小了***的体积，简化了光场显示方法。
(2)提出了一种新的光场显示***，避免传统光场显示***中复杂的光场信息定标与矫正过程。
(3)提出了一种新的光场显示***，利用扫描振镜突破了透镜阵列和显示屏幕等光学器件的限制，实现了高分辨率、大景深、大视角的三维图像。
附图说明
图1是实施例1的光场显示引擎结构示意图；
图2是实施例2的光场显示引擎结构示意图；
图3是实施例3的光场显示引擎结构示意图；
图4是图3的光线透过屏幕的局部结构示意图。
其中，1，投影仪；2，振镜；2-1，X轴振镜；2-2，Y轴振镜；3-控制器；4-三维图像；5-对称散射屏幕；6-非对称散射屏幕。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种光场显示方法与光场显示引擎，
如图1所示。一种光场显示引擎，包括投影仪1、振镜2和控制器3，所述控制器3连接投影仪1和振镜2的控制电路。所述振镜2为二维微机电***(MEMS)振镜，可以沿着如图1所示的X和Y两个正交的方向来回扫描。所述投影仪1的反射光线可以分别独立地绕X和Y轴在角度θ和Φ范围内连续扫描。所述投影仪1按照时序向振镜2依次投射二维图像信息序列，所述二维图像序列编码有指定视角范围内的三维图像的透视信息，振镜2通过二维扫描将二维图像信息序列反射到指定视角范围的空间中，所述振镜2的反射角度与记录二维图像的视角一一对应，当振镜2扫描到指定角度位置时，投影仪1同步投射与该角度视角对应的二维图像信息。所述控制器3控制振镜2在设定的角度内来回扫描，同时协调投影仪1的投影时序，根据振镜2的扫描角度同步投影二维图像信息序列，从而在空间中形成三维图像4。
光场显示方法通过上述光场显示引擎显示，其显示方法已于以上光场显示引擎阐述，在此不再赘述。
实施例2
本实施例提供一种光场显示方法与光场显示引擎，如图2所示。一种光场显示引擎，包括投影仪1、振镜2、控制器3、对称散射屏幕5；所述振镜2由两维独立的检流计振镜组合而成，其中一个维度的检流计振镜绕着X轴扫描，即为X轴振镜2-1，扫描角度将为θ；另一维度检流计振镜绕着Y轴扫描，即为Y轴振镜2-2，扫描角度为Φ。所述控制器3连接投影仪1和振镜2的控制电路。所述投影仪1按照时序向振镜2依次投射二维图像信息序列，所述二维图像信息序列编码有指定视角范围内的三维图像的透视信息，振镜2通过二维扫描将二维图像信息序列反射到指定视角范围的空间中，所述振镜2的反射角度与记录二维图像的视角一一对应，当振镜2扫描到指定角度位置时，投影仪1同步投射与该角度对应的视角的二维图像信息。所述控制器3控制振镜2在设定的角度内来回扫描，同时协调投影仪的时序，根据振镜2扫描角度同步投影二维图像信息序列，从而在对称散射屏幕5附近的空间中形成三维图像4。
实施例3
本实施例提供一种光场显示方法与光场显示引擎，如图3、图4所示。一种光场显示引擎，包括投影仪1、一维振镜、控制器3和非对称散射屏幕6。所述一维振镜是绕着Y轴扫描的一维检流计振镜，即Y轴振镜2-2，扫描角度为Φ。所述控制器3连接投影仪1和Y轴振镜2-2的控制电路。具体地，本实施中，所述非对称散射屏幕6具有非对称散射特性，如图4所示，透过非对称散射屏幕6的光线7在沿着非对称散射屏幕6的y轴方向发生大角度扩散，而在沿着非对称散射屏幕6的x轴方向发生小角度扩散，形成光线扩散区域8。所述投影仪1按照时序向Y轴振镜2-2依次投射二维图像信息序列，所述二维图像序列编码有指定视角范围内的三维图像的透视信息，Y轴振镜2-2通过一维扫描将二维图像信息序列反射到指定视角范围的空间中，所述Y轴振镜2-2的反射角度与记录二维图像的视角一一对应，当Y轴振镜2-2扫描到指定角度位置时，投影仪1同步投射与该角度对应的二维图像信息。所述控制器3控制Y轴振镜2-2在设定的角度内来回扫描，同时协调投影仪1的时序，根据Y轴振镜2-2扫描角度同步投影二维图像信息序列，在非对称散射屏幕6附近的空间中形成三维图像4。
Claims (10)
1.一种光场显示方法，其特征在于，投影仪按照时序依次投射指定视角范围内的二维图像信息序列，所述二维图像信息序列通过振镜反射和扫描投射到对应视角范围的空间中，所述振镜的反射角度与二维图像的视角一一对应，当振镜扫描到指定角度位置时，投影仪同步投射与该角度视角对应的二维图像信息；控制器控制振镜在设定的角度内来回扫描，同时协调投影仪的时序，根据振镜扫描的角度位置同步投影对应视角范围的二维图像信息，从而在空间中形成三维图像。
2.根据权利要求1所述的一种光场显示方法，其特征在于，所述振镜为二维振镜，在X和Y两个正交的方向进行扫描。
3.根据权利要求1所述的一种光场显示方法，其特征在于，所述振镜为一维振镜，在一个方向进行扫描，根据振镜扫描的角度位置同步投影对应视角范围的二维图像信息于散射屏幕上，从而在散射屏幕附近的空间中形成三维图像。
4.一种光场显示引擎，其特征在于，包括：投影仪、振镜和控制器，所述控制器连接投影仪和振镜的控制电路；投影仪按照时序向振镜依次投射二维图像信息序列，振镜通过扫描将二维图像信息序列反射到指定视角范围的空间中，所述二维图像序列编码有指定视角范围内的三维图像的透视信息，所述振镜的反射角度与二维图像的视角一一对应，当振镜扫描到指定角度位置时，投影仪同步投射与该角度视角对应的二维图像信息；所述控制器控制振镜在设定的角度范围内来回扫描，同时协调投影仪的投影时序，根据振镜扫描角度的位置同步投影对应视角范围的二维图像信息，从而在空间中形成三维图像。
5.根据权利要求4所述的一种光场显示引擎，其特征在于，所述光场显示引擎输出的三维图像用屏幕接收，或光场显示引擎输出的三维图像直接在三维空间中形成三维图像。
6.根据权利要求4或5所述的一种光场显示引擎，其特征在于，所述振镜为二维振镜，在X和Y两个正交的方向进行扫描。
7.根据权利要求6所述的一种光场显示引擎，其特征在于，所述二维振镜为由两维独立的检流计振镜组合而成或二维微机电***振镜。
8.根据权利要求4所述的一种光场显示引擎，其特征在于，所述振镜为一维振镜，在一个方向进行扫描。
9.根据权利要求8所述的一种光场显示引擎，其特征在于，所述一维振镜在一个方向扫描，同步投影的二维图像信息由散射屏幕接收，并于散射屏幕附近的空间中形成三维图像。
10.根据权利要求9所述的一种光场显示引擎，其特征在于，所述散射屏幕为非对称散射屏幕。
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