CN109870818A - 一种高亮度增强现实3d显示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高亮度增强现实3D显示装置及方法，包括漫反射层I、侧边式背光源、透射型显示面板和双面反射孔隙阵列；漫反射层将侧边式背光源发出的光线漫反射；侧边式背光源为整个显示装置提供光源；透射型显示面板用于显示3D片源；双面反射孔隙阵列由镜面反射层、基板、漫反射层II紧密贴合而成；能实现高亮度的虚拟3D图像显示和真实物体成像。

Description

一种高亮度增强现实3D显示装置及方法

技术领域

本发明涉及三维显示技术和增强现实显示技术，特别涉及一种高亮度增强现实3D显示装置及方法。

背景技术

近年来，虚拟现实/增强现实技术发展迅速，其中增强现实技术能同时实现虚拟图像和真实物体的融合显示，而备受科研工作者和消费大众的青睐。目前的增强现实设备普遍存在需头戴、虚拟图像亮度低等问题。

集成成像技术是一种裸眼真3D显示技术，具有裸眼观看、无立体观看视疲劳、全真3D再现等优点。将集成成像技术应用于增强现实是一个发展趋势，能为用户提供更好的观看体验，且可以实现裸眼的增强现实3D显示效果。常规的集成成像显示设备采用透镜阵列或针孔阵列进行虚拟3D图像的重建，其中透镜阵列对真实场景光线的折射问题，无法实现真实物体的透视观看，而针孔阵列不仅阻挡了外界的光线，同时也对显示设备的大部分光线遮挡，重建的3D图像通常亮度极低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高亮度增强现实3D显示装置及方法，基于该方法的显示装置可以显示高亮度的虚拟3D图像和对真实物体成像，获得高亮度的增强现实3D显示效果。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高亮度增强现实3D显示装置，如附图1所示，该装置依次包括漫反射层I、侧边式背光源、透射型显示面板和双面反射孔隙阵列，实现高亮度的虚拟3D图像显示和真实物体成像。

所述漫反射层I位于整个显示装置的最后端，所述漫反射层I将所述侧边式背光源发出的光线漫反射，同时将所述双面反射孔隙阵列反射回的光线漫反射。

所述侧边式背光源位于所述漫反射层I和透射型显示面板的中间，为整个显示装置提供光源。

所述透射型显示面板用于显示3D片源，显示的像素信息对通过的光线进行调制，实现图像显示。

所述双面反射孔隙阵列位于所述透射型显示面板前，如附图2所示，所述双面反射孔隙阵列由镜面反射层、基板、漫反射层II紧密贴合而成，镜面反射层和漫反射层II分别位于基板两侧，镜面反射层位于整个装置的最外层，对真实物体的光线起镜面反射作用，漫反射层II朝向装置内侧，对经过的光线起漫发射作用；所述镜面反射层、基板、漫反射层II上布有规则排列且参数相同的透光孔隙，透光孔隙的形状可以为竖状排列、倾斜排列、针孔阵列等结构，如附图3、附图4和附图5所示；所述双面反射孔隙阵列对到达透光孔隙的光线起透射作用。

所述漫反射层I、侧边式背光源和双面反射孔隙阵列能实现光线的循环有效利用，如附图6所示，侧边式背光源发出的光线在漫反射层I上漫反射，其中一小部分光线由双面反射孔隙阵列的透光孔隙透射，构成3D图像光线，大部分光线到达双面反射孔隙阵列的漫反射层II，被漫反射层II漫反射的光线回到漫反射层I，并再一次被漫反射回到显示装置内，实现了光线的循环利用。

所述高亮度的虚拟3D图像显示，，如附图7所示，透射型显示面板上显示3D片源，所述3D片源包含许多同名点像素，同一物点的同名点像素被漫反射层I漫反射的光线照射，光线受到像素灰度级的调制，实现图像显示，经过同一物点的同名点像素的光线由透光孔隙透射后，在空间相交或反向延长线相交，构成3D像点；所述被漫反射层I漫反射的光线包含直接从侧边式背光源出射后在漫反射层I上漫反射的光线、经过漫反射层II漫反射后并再一次被漫反射层I漫反射的光线、以及在漫反射层I和漫反射层II之间多次漫反射的光线，从而实现高亮度的3D图像显示。

所述对真实物体成像，如附图8所示，真实物体发出或反射的光线到达所述双面反射孔隙阵列的镜面反射层上，通过镜面反射层的镜面反射作用，在所述双面反射孔隙阵列后方生成虚像，实现真实物体成像。

本发明装置能同时实现虚拟3D图像显示和真实物体成像，有效利用背光源，获得高亮度的增强现实3D显示效果。

一种高亮度增强现实3D显示方法，依次包括漫反射层I、侧边式背光源、透射型显示面板和双面反射孔隙阵列；所述漫反射层I位于整个显示装置的最后端，所述漫反射层I将所述侧边式背光源发出的光线漫反射，同时将所述双面反射孔隙阵列反射的光线漫反射；所述侧边式背光源位于所述漫反射层I和透射型显示面板的中间，为整个显示装置提供光源；所述透射型显示面板用于显示3D片源，显示的像素信息对通过的光线进行调制，实现图像显示；所述双面反射孔隙阵列位于所述透射型显示面板前，所述双面反射孔隙阵列由镜面反射层、基板、漫反射层II紧密贴合而成，镜面反射层和漫反射层II分别位于基板两侧，镜面反射层位于整个装置的最外层，对真实物体的光线起镜面反射作用，漫反射层II朝向装置内侧，对经过的光线起漫发射作用；所述镜面反射层、基板、漫反射层II上布有规则排列且参数相同的透光孔隙，透光孔隙的形状可以为竖状排列、倾斜排列、针孔阵列等结构；所述双面反射孔隙阵列对到达透光孔隙的光线起透射作用。

所述漫反射层I、侧边式背光源和双面反射孔隙阵列能实现光线的循环有效利用，侧边式背光源发出的光线在漫反射层I上漫反射，其中一小部分光线由双面反射孔隙阵列的透光孔隙透射，构成3D图像光线，大部分光线到达双面反射孔隙阵列的漫反射层II，被漫反射层II漫反射的光线回到漫反射层I，并再一次被漫反射回到显示装置内，实现了光线的循环利用；所述透射型显示面板上显示3D片源，所述3D片源包含许多同名点像素，同一物点的同名点像素被漫反射层I漫反射的光线照射，光线受到像素灰度级的调制，实现图像显示，经过同一物点的同名点像素的光线由透光孔隙透射后，在空间相交或反向延长线相交，构成3D像点；所述被漫反射层I漫反射的光线包含直接从侧边式背光源出射后在漫反射层I上漫反射的光线、经过漫反射层II漫反射后并再一次被漫反射层I漫反射的光线、以及在漫反射层I和漫反射层II之间多次漫反射的光线，从而实现高亮度的3D图像显示；真实物体发出或反射的光线到达所述双面反射孔隙阵列的镜面反射层上，通过镜面反射层的镜面反射作用，在所述双面反射孔隙阵列后方生成虚像，实现真实物体成像。

本发明方法能同时实现高亮度的虚拟3D图像显示和真实物体成像，获得高亮度的增强现实3D显示效果。

附图说明

附图1本发明的一种高亮度增强现实3D显示装置示意图。

附图2为本发明的双面反射孔隙阵列结构图。

附图3为竖状排列的双面反射孔隙阵列示意图。

附图4为倾斜排列的双面反射孔隙阵列示意。

附图5为针孔阵列的双面反射孔隙阵列示意图。

附图6为本发明装置的光线循环利用示意图。

附图7为本发明装置的高亮度虚拟3D图像显示示意图。

附图8为本发明装置对真实物体成像示意图。

上述附图中的图示标号为：

1 漫反射层I，2侧边式背光源，3 透射型显示面板，4双面反射孔隙阵列，41镜面反射层，42基板，43漫反射层II，44 透光孔隙，441竖状排列的透光孔隙，442倾斜排列的透光孔隙，443针孔阵列的透光孔隙，5循环利用的光线，6同一物点的同名点像素，7 虚拟3D图像，71虚拟3D像点，8真实物体，81真实物点，82真实物体的像，83真实物点的像。

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

下面详细说明本发明的一种高亮度增强现实3D显示装置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。

一种高亮度增强现实3D显示装置，如附图1所示，该装置依次包括漫反射层I、侧边式背光源、透射型显示面板和双面反射孔隙阵列，实现高亮度的虚拟3D图像显示和真实物体成像。

所述漫反射层I位于整个显示装置的最后端，所述漫反射层I将所述侧边式背光源发出的光线漫反射，同时将所述双面反射孔隙阵列反射回的光线漫反射。

所述侧边式背光源位于所述漫反射层I和透射型显示面板的中间，为整个显示装置提供光源。

所述透射型显示面板用于显示3D片源，显示的像素信息对通过的光线进行调制，实现图像显示。

所述双面反射孔隙阵列位于所述透射型显示面板前，如附图2所示，所述双面反射孔隙阵列由镜面反射层、基板、漫反射层II紧密贴合而成，镜面反射层和漫反射层II分别位于基板两侧，镜面反射层位于整个装置的最外层，对真实物体的光线起镜面反射作用，漫反射层II朝向装置内侧，对经过的光线起漫发射作用；所述镜面反射层、基板、漫反射层II上布有规则排列且参数相同的透光孔隙，透光孔隙的形状可以为竖状排列、倾斜排列、针孔阵列等结构，如附图3、附图4和附图5所示；所述双面反射孔隙阵列对到达透光孔隙的光线起透射作用。

所述漫反射层I、侧边式背光源和双面反射孔隙阵列能实现光线的循环有效利用，如附图6所示，侧边式背光源发出的光线在漫反射层I上漫反射，其中一小部分光线由双面反射孔隙阵列的透光孔隙透射，构成3D图像光线，大部分光线到达双面反射孔隙阵列的漫反射层II，被漫反射层II漫反射的光线回到漫反射层I，并再一次被漫反射回到显示装置内，实现了光线的循环利用。

所述高亮度的虚拟3D图像显示，如附图7所示，透射型显示面板上显示3D片源，所述3D片源包含许多同名点像素，同一物点的同名点像素被漫反射层I漫反射的光线照射，光线受到像素灰度级的调制，实现图像显示，经过同一物点的同名点像素的光线由透光孔隙透射后，在空间相交或反向延长线相交，构成3D像点；所述被漫反射层I漫反射的光线包含直接从侧边式背光源出射后在漫反射层I上漫反射的光线、经过漫反射层II漫反射后并再一次被漫反射层I漫反射的光线、以及在漫反射层I和漫反射层II之间多次漫反射的光线，从而实现高亮度的3D图像显示。

所述对真实物体成像，如附图8所示，真实物体发出或反射的光线到达所述双面反射孔隙阵列的镜面反射层上，通过镜面反射层的镜面反射作用，在所述双面反射孔隙阵列后方生成虚像，实现真实物体成像。

本发明装置能同时实现虚拟3D图像显示和真实物体成像，有效利用背光源，获得高亮度的增强现实3D显示效果。

一种高亮度增强现实3D显示方法，依次包括漫反射层I、侧边式背光源、透射型显示面板和双面反射孔隙阵列；所述漫反射层I位于整个显示装置的最后端，所述漫反射层I将所述侧边式背光源发出的光线漫反射，同时将所述双面反射孔隙阵列反射的光线漫反射；所述侧边式背光源位于所述漫反射层I和透射型显示面板的中间，为整个显示装置提供光源；所述透射型显示面板用于显示3D片源，显示的像素信息对通过的光线进行调制，实现图像显示；所述双面反射孔隙阵列位于所述透射型显示面板前，所述双面反射孔隙阵列由镜面反射层、基板、漫反射层II紧密贴合而成，镜面反射层和漫反射层II分别位于基板两侧，镜面反射层位于整个装置的最外层，对真实物体的光线起镜面反射作用，漫反射层II朝向装置内侧，对经过的光线起漫发射作用；所述镜面反射层、基板、漫反射层II上布有规则排列且参数相同的透光孔隙，透光孔隙的形状可以为竖状排列、倾斜排列、针孔阵列等结构；所述双面反射孔隙阵列对到达透光孔隙的光线起透射作用。

所述漫反射层I、侧边式背光源和双面反射孔隙阵列能实现光线的循环有效利用，侧边式背光源发出的光线在漫反射层I上漫反射，其中一小部分光线由双面反射孔隙阵列的透光孔隙透射，构成3D图像光线，大部分光线到达双面反射孔隙阵列的漫反射层II，被漫反射层II漫反射的光线回到漫反射层I，并再一次被漫反射回到显示装置内，实现了光线的循环利用；所述透射型显示面板上显示3D片源，所述3D片源包含许多同名点像素，同一物点的同名点像素被漫反射层I漫反射的光线照射，光线受到像素灰度级的调制，实现图像显示，经过同一物点的同名点像素的光线由透光孔隙透射后，在空间相交或反向延长线相交，构成3D像点；所述被漫反射层I漫反射的光线包含直接从侧边式背光源出射后在漫反射层I上漫反射的光线、经过漫反射层II漫反射后并再一次被漫反射层I漫反射的光线、以及在漫反射层I和漫反射层II之间多次漫反射的光线，从而实现高亮度的3D图像显示；真实物体发出或反射的光线到达所述双面反射孔隙阵列的镜面反射层上，通过镜面反射层的镜面反射作用，在所述双面反射孔隙阵列后方生成虚像，实现真实物体成像。

本发明方法能同时实现高亮度的虚拟3D图像显示和真实物体成像，获得高亮度的增强现实3D显示效果。

Claims (3)

1.一种高亮度增强现实3D显示装置，其特征在于，本发明装置包括漫反射层I、侧边式背光源、透射型显示面板和双面反射孔隙阵列，实现高亮度的虚拟3D图像显示和真实物体成像；

所述漫反射层I位于整个显示装置的最后端，所述漫反射层I将所述侧边式背光源发出的光线漫反射，同时将所述双面反射孔隙阵列反射回的光线漫反射；所述侧边式背光源位于所述漫反射层I和透射型显示面板的中间，为整个显示装置提供光源；所述透射型显示面板用于显示3D片源，显示的像素信息对通过的光线进行调制，实现图像显示；所述双面反射孔隙阵列位于所述透射型显示面板前，所述双面反射孔隙阵列由镜面反射层、基板、漫反射层II紧密贴合而成，镜面反射层和漫反射层II分别位于基板两侧，镜面反射层位于整个装置的最外层，对真实物体的光线起镜面反射作用，漫反射层II朝向装置内侧，对经过的光线起漫发射作用；所述镜面反射层、基板、漫反射层II上布有规则排列且参数相同的透光孔隙，透光孔隙的形状可以为竖状排列、倾斜排列、针孔阵列等结构；所述双面反射孔隙阵列对到达透光孔隙的光线起透射作用；

所述漫反射层I、侧边式背光源和和双面反射孔隙阵列能实现光线的循环有效利用，侧边式背光源发出的光线在漫反射层I上漫反射，其中一小部分光线由双面反射孔隙阵列的透光孔隙透射，构成3D图像光线，大部分光线到达双面反射孔隙阵列的漫反射层II，被漫反射层II漫反射的光线回到漫反射层I，并再一次被漫反射回到显示装置内，实现了光线的循环利用；

所述高亮度的虚拟3D图像显示，透射型显示面板上显示3D片源，所述3D片源包含许多同名点像素，同一物点的同名点像素被漫反射层I漫反射的光线照射，光线受到像素灰度级的调制，实现图像显示，经过同一物点的同名点像素的光线由透光孔隙透射后，在空间相交或反向延长线相交，构成3D像点；所述被漫反射层I漫反射的光线包含直接从侧边式背光源出射后在漫反射层I上漫反射的光线、经过漫反射层II漫反射后并再一次被漫反射层I漫反射的光线、以及在漫反射层I和漫反射层II之间多次漫反射的光线，从而实现高亮度的3D图像显示；

所述对真实物体成像，真实物体发出或反射的光线到达所述双面反射孔隙阵列的镜面反射层上，通过镜面反射层的镜面反射作用，在所述双面反射孔隙阵列后方生成虚像，实现真实物体成像。

2.一种高亮度增强现实3D显示方法，其特征在于，包括漫反射层I、侧边式背光源、透射型显示面板和双面反射孔隙阵列；所述漫反射层I位于整个显示装置的最后端，所述漫反射层I将所述侧边式背光源发出的光线漫反射，同时将所述双面反射孔隙阵列反射的光线漫反射；所述侧边式背光源位于所述漫反射层I和透射型显示面板的中间，为整个显示装置提供光源；所述透射型显示面板用于显示3D片源，显示的像素信息对通过的光线进行调制，实现图像显示；所述双面反射孔隙阵列位于所述透射型显示面板前，所述双面反射孔隙阵列由镜面反射层、基板、漫反射层II紧密贴合而成，镜面反射层和漫反射层II分别位于基板两侧，镜面反射层位于整个装置的最外层，对真实物体的光线起镜面反射作用，漫反射层II朝向装置内侧，对经过的光线起漫发射作用；所述镜面反射层、基板、漫反射层II上布有规则排列且参数相同的透光孔隙，透光孔隙的形状可以为竖状排列、倾斜排列、针孔阵列等结构；所述双面反射孔隙阵列对到达透光孔隙的光线起透射作用；

所述漫反射层I、侧边式背光源和和双面反射孔隙阵列可能实现光线的循环有效利用，侧边式背光源发出的光线在漫反射层I上漫反射，其中一小部分光线由双面反射孔隙阵列的透光孔隙透射，构成3D图像光线，大部分光线到达双面反射孔隙阵列的漫反射层II，被漫反射层II漫反射的光线回到漫反射层I，并再一次被漫反射回到显示装置内，实现了光线的循环利用；所述透射型显示面板上显示3D片源，所述3D片源包含许多同名点像素，同一物点的同名点像素被漫反射层I漫反射的光线照射，光线受到像素灰度级的调制，实现图像显示，经过同一物点的同名点像素的光线由透光孔隙透射后，在空间相交或反向延长线相交，构成3D像点；所述被漫反射层I漫反射的光线包含直接从侧边式背光源出射后在漫反射层I上漫反射的光线、经过漫反射层II漫反射后并再一次被漫反射层I漫反射的光线、以及在漫反射层I和漫反射层II之间多次漫反射的光线，从而实现高亮度的3D图像显示；真实物体发出或反射的光线到达所述双面反射孔隙阵列的镜面反射层上，通过镜面反射层的镜面反射作用，在所述双面反射孔隙阵列后方生成虚像，实现真实物体成像，获得高亮度的增强现实3D显示效果。

3.根据权利要求2所述的一种高亮度增强现实3D显示方法，其特征在于，该发明方法能同时实现高亮度的虚拟3D图像显示和真实物体成像，获得高亮度的增强现实3D显示效果。