CN112055194B - 三维空间激光投影切片显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种三维空间激光投影切片显示装置，涉及激光投影显示技术领域。三维空间激光投影切片显示装置包括激光投影仪、反射镜面、投影平板、激光测距装置和计算机，其中，激光投影仪用于发出光束，反射镜面用于接收光束并反射出平行光，投影平板用于接收平行光，投影平板的位姿可调，投影平板上设置有多个测距检测点，激光测距装置用于测量测距检测点的空间位置、并传送给计算机，计算机用于根据测距检测点的空间位置合成图像、并传送给激光投影仪。三维空间激光投影切片显示装置能够获取三维空间虚拟物体在任意角度平面上的切片成像。

Description

三维空间激光投影切片显示装置
技术领域
本发明涉及激光投影显示技术领域，具体而言，涉及一种三维空间激光投影切片显示装置。
背景技术
激光投影显示技术以红、绿、蓝三基色激光为光源，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力。其色域覆盖率可以达到人眼所能识别色彩空间的90％以上，是传统显示色域覆盖率的两倍以上，彻底突破前三代显示技术色域空间的不足，实现最完美色彩还原。
为了使显示的场景和物体具有立体感，使观看的效果逼真又清晰，3D技术的发展使得画面变得立体逼真，图像不再局限于屏幕的平面上，仿佛能够走出屏幕外面，让观众有身临其境的感觉。3D显示技术可表现出图像的深度感、层次感和真实性，广泛应用于影视、军师、视频通信以及医学领域，带来更为震撼的立体观感。
相对于3D显示技术，对于3D影像的内部信息探索，同样具有更多的实际意义和战略价值。类似于医学领域的CT垂直切片技术，通过对3D影像的内部垂直切片，可以获取更多的内部构造和纹理细节。但是由于内部结构和纹理的复杂性，垂直切片技术并不能表达足够的内部细节，因此任意角度的切片技术便有了研发的必要性。借助该技术，放射科医生只需对投影平板进行自由定向和操作，便可以实时获取三维虚拟影像的任意角度切片成像，便于医生更好的分析病理，做出科学判断；地质学家可以获取任意角度的地质切片成像，更好的进行地质考察和防御地质灾害；建筑师可以实时获取建筑的内部构造，便于从外观美感到内部结构稳定性的一体化结构优化。实现上述操作只需要一块普通的平板，其可作为无源、不受约束的投影屏幕和控制输入设备，在校准过的投影仪上方可自由定向和操作，随时从投影平板上获取一定三维数据的任意角度的切片成像。
在切片扫描显示技术方面，一般采用的是垂直切片技术，并不能实现任意角度的切片显示。在激光投影显示领域，一般采用激光光源发出光束，光机通过反射实现光路调整，主要应用于激光投影电视等二维显示技术。但是，均不能获取三维空间虚拟物体在任意角度平面上的切片成像。
综上，设计一种三维空间激光投影切片显示装置，能够获取三维空间虚拟物体在任意角度平面上的切片成像，这是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的包括提供一种三维空间激光投影切片显示装置，其能够获取三维空间虚拟物体在任意角度平面上的切片成像。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明实施例提供一种三维空间激光投影切片显示装置，三维空间激光投影切片显示装置包括激光投影仪、反射镜面、投影平板、激光测距装置和计算机，其中，激光投影仪用于发出光束，反射镜面用于接收光束并反射出平行光，投影平板用于接收平行光，投影平板的位姿可调，投影平板上设置有多个测距检测点，激光测距装置用于测量测距检测点的空间位置、并传送给计算机，计算机中导入有真实物体的垂直切片图像数据，计算机用于根据测距检测点的空间位置和垂直切片图像数据合成任意角度的切片图像、并传送给激光投影仪。
在可选的实施方式中，计算机还用于根据测距检测点的空间位置，获得投影平板的位姿信息，计算机还用于根据位姿信息和垂直切片图像数据，获得与投影平板虚拟相交的各垂直切片的像素，并根据像素合成图像。
在可选的实施方式中，投影平板上设置有投影区域、第一测距检测点、第二测距检测点、第三测距检测点和第四测距检测点，第一测距检测点、第二测距检测点、第三测距检测点和第四测距检测点均匀分布在投影区域的***，其中，投影区域用于接收平行光。
在可选的实施方式中，第一测距检测点、第二测距检测点、第三测距检测点和第四测距检测点呈矩阵形式排布在投影平板上。
在可选的实施方式中，激光测距装置包括第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪和第四激光测距仪，第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪和第四激光测距仪分别用于检测第一测距检测点、第二测距检测点、第三测距检测点和第四测距检测点的空间位置。
在可选的实施方式中，反射镜面、投影平板、激光测距装置沿平行光的方向依次排布。
在可选的实施方式中，反射镜面反射出的平行光的光柱完整投射到投影平板上，投影平板可相对于平行光的光柱进行位姿的调整。
在可选的实施方式中，反射镜面的反射面为自由曲面曲面，使得出射光线为平行光。
本发明实施例提供的三维空间激光投影切片显示装置的有益效果包括：
通过本实施例提供的三维空间激光投影切片显示装置，可以在计算机中，根据测距检测点的空间位置，获得投影平板的位姿信息，再结合位姿信息和垂直切片图像数据，合成一帧新的图像、并传送给激光投影仪，实现像素级数据提取与组合。并且，投影平板的位姿可调，投影平板可以以任意角度与垂直切片图像相交，计算机就可提取相交处的像素，并按照垂直切片的顺序组合成一帧新的图像，实现获取三维空间虚拟物体在任意角度平面上的切片成像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的三维空间激光投影切片显示装置的结构示意图；
图2为图1中投影平板的结构示意图；
图3为图1中投影平板与激光测距装置的映射关系示意图；
图4为任意角度平面上的三维空间虚拟物体切片成像过程的空间映射和图像合成机理示意图；
图5为三维空间激光投影切片显示装置的数据流的示意图。
图标：100-三维空间激光投影切片显示装置；110-激光投影仪；120-反射镜面；130-投影平板；131-投影区域；132-第一测距检测点；133-第二测距检测点；134-第三测距检测点；135-第四测距检测点；140-激光测距装置；141-第一激光测距仪；142-第二激光测距仪；143-第三激光测距仪；144-第四激光测距仪；150-计算机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参考图1，本实施例提供了一种三维空间激光投影切片显示装置100，三维空间激光投影切片显示装置100包括激光投影仪110、反射镜面120、投影平板130、激光测距装置140和计算机150。
其中，反射镜面120的反射面为自由曲面。激光投影仪110用于发出光束，反射镜面120用于接收光束并反射出平行光，投影平板130用于接收平行光，反射镜面120反射出的平行光的光柱完整投射到投影平板130上，投影平板130可相对于平行光的光柱进行任意位姿的调整。反射镜面120、投影平板130、激光测距装置140沿平行光的方向依次排布。
投影平板130的位姿可调，投影平板130上设置有多个测距检测点，激光测距装置140用于测量测距检测点的空间位置、并传送给计算机150，计算机150中导入有真实物体的垂直切片图像数据，计算机150用于根据测距检测点的空间位置和垂直切片图像数据合成图像、并传送给激光投影仪110。
具体的，请参阅图2，投影平板130上设置有投影区域131、第一测距检测点132、第二测距检测点133、第三测距检测点134和第四测距检测点135，第一测距检测点132、第二测距检测点133、第三测距检测点134和第四测距检测点135均匀分布在投影区域131的***、且呈矩阵形式排布，其中，投影区域131用于接收平行光。
本实施例中，投影平板130设计为方形，投影区域131设计为圆形，第一测距检测点132、第二测距检测点133、第三测距检测点134和第四测距检测点135分别设置在投影平板130的四个角上。在其它实施例中，投影区域131也可以设计为椭圆形、菱形等。
请参阅图3，激光测距装置140包括第一激光测距仪141、第二激光测距仪142、第三激光测距仪143和第四激光测距仪144，第一激光测距仪141、第二激光测距仪142、第三激光测距仪143和第四激光测距仪144分别用于检测第一测距检测点132、第二测距检测点133、第三测距检测点134和第四测距检测点135的空间位置。这里的空间位置是指测距检测点到激光测距仪的距离。
采用本实施例提供的三维空间激光投影切片显示装置100，实现任意角度平面上的三维空间虚拟物体切片成像过程的空间映射和图像合成机理，请参阅图4，首先，通过扫描获取真实物体的垂直切片图像数据，通过***校准和标定，在反射镜面120下方垂直于xy平面方向上设定与垂直切片图像数据对应的有限空间，如图4(a)所示；然后，获取第一测距检测点132、第二测距检测点133、第三测距检测点134和第四测距检测点135的空间位置，计算出投影平板130在空间中的位姿信息，其中，位姿信息包括投影区域131的重心的位置、空间角度等；接着，如图4(b)所示，假设投影平板130沿着垂直于yz平面的角度与垂直切片图像相交，则与各垂直切片图像相交处的像素如图4(c)所示，其中xini表示投影平板130与第i张垂直切片图像相交的ni个像素；最后，分别获得与投影平板130虚拟相交的各垂直切片的像素，按照垂直切片顺序组合成一帧新的图像，如图4(d)所示。
从更广义的角度分析，若投影平板130以任意角度(不仅局限于垂直yz平面的方向)与垂直切片图像相交，按照上述原理，提取相交处的像素，并按照垂直切片顺序组合成一帧新的图像，实现任意位姿的切片图像。
本实施例提供的三维空间激光投影切片显示装置100的工作过程：请参阅图5，首先，通过扫描真实物体获得垂直于z轴的切片图像数据，导入计算机150中，并校准得到切片图像数据的三维虚拟像，就像它们在物理空间中共存一样，尽管图像未真实投影在空间上，但计算机150生成的切片图像数据会叠加到计算机150的显示器的实时视频中；然后，当投影平板130放置于反射镜面120和激光激光测距装置140之间时，通过第一激光测距仪141、第二激光测距仪142、第三激光测距仪143和第四激光测距仪144分别检测第一测距检测点132、第二测距检测点133、第三测距检测点134和第四测距检测点135的空间位置，得到投影平板130的位姿信息；接着，在计算机150中，结合投影平板130的位姿信息以及切片图像数据，获得与投影平板130虚拟相交的各垂直切片的像素，合成一帧新的图像，实现像素级数据提取与组合；最后，合成的新的图像发送至激光投影仪110，激光投影仪110发出光束至反射镜面120，通过反射镜面120反射出平行光，最终将新的图像投射在投影平板130的投影区域131内。
其中，投影平板130可作为无源、不受约束的投影屏幕和控制输入设备，在校准过的激光投影仪110的上方自由定向和操作，随时从投影平板130上获取一定三维数据的任意角度的切片信息。激光测距装置140的第一激光测距仪141、第二激光测距仪142、第三激光测距仪143和第四激光测距仪144实时更新第一测距检测点132、第二测距检测点133、第三测距检测点134和第四测距检测点135的空间位置，进而实现任意角度切片图像的实时更新。
本实施例提供的三维空间激光投影切片显示装置100的有益效果包括：
通过本实施例提供的三维空间激光投影切片显示装置100，可以在计算机150中，根据测距检测点的空间位置，获得投影平板130的位姿信息，再结合位姿信息和垂直切片图像数据，合成一帧新的图像、并传送给激光投影仪110，实现像素级数据提取与组合。并且，投影平板130的位姿可调，投影平板130可以以任意角度与垂直切片图像相交，计算机150就可提取相交处的像素，并按照垂直切片的顺序组合成一帧新的图像，实现获取三维空间虚拟物体在任意角度平面上的切片成像。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种三维空间激光投影切片显示装置，其特征在于，所述三维空间激光投影切片显示装置包括激光投影仪(110)、反射镜面(120)、投影平板(130)、激光测距装置(140)和计算机(150)，其中，所述激光投影仪(110)用于发出光束，所述反射镜面(120)用于接收所述光束并反射出平行光，所述投影平板(130)用于接收所述平行光，所述投影平板(130)的位姿可调，所述投影平板(130)上设置有多个测距检测点，所述激光测距装置(140)用于测量所述测距检测点的空间位置、并传送给所述计算机(150)，所述计算机(150)中导入有真实物体的垂直切片图像数据，所述计算机(150)用于根据所述测距检测点的空间位置和所述垂直切片图像数据合成图像、并传送给所述激光投影仪(110)。
2.根据权利要求1所述的三维空间激光投影切片显示装置，其特征在于，所述计算机(150)还用于根据所述测距检测点的空间位置，获得所述投影平板(130)的位姿信息，所述计算机(150)还用于根据所述位姿信息和所述垂直切片图像数据，获得与所述投影平板(130)虚拟相交的各垂直切片的像素，并根据所述像素合成所述图像。
3.根据权利要求1所述的三维空间激光投影切片显示装置，其特征在于，所述投影平板(130)上设置有投影区域(131)、第一测距检测点(132)、第二测距检测点(133)、第三测距检测点(134)和第四测距检测点(135)，所述第一测距检测点(132)、所述第二测距检测点(133)、所述第三测距检测点(134)和所述第四测距检测点(135)均匀分布在所述投影区域(131)的***，其中，所述投影区域(131)用于接收所述平行光。
4.根据权利要求3所述的三维空间激光投影切片显示装置，其特征在于，所述第一测距检测点(132)、所述第二测距检测点(133)、所述第三测距检测点(134)和所述第四测距检测点(135)呈矩阵形式排布在所述投影平板(130)上。
5.根据权利要求3所述的三维空间激光投影切片显示装置，其特征在于，所述激光测距装置(140)包括第一激光测距仪(141)、第二激光测距仪(142)、第三激光测距仪(143)和第四激光测距仪(144)，所述第一激光测距仪(141)、所述第二激光测距仪(142)、所述第三激光测距仪(143)和所述第四激光测距仪(144)分别用于检测所述第一测距检测点(132)、所述第二测距检测点(133)、所述第三测距检测点(134)和所述第四测距检测点(135)的空间位置。
6.根据权利要求1所述的三维空间激光投影切片显示装置，其特征在于，所述反射镜面(120)、所述投影平板(130)、所述激光测距装置(140)沿所述平行光的方向依次排布。
7.根据权利要求1所述的三维空间激光投影切片显示装置，其特征在于，所述反射镜面(120)反射出的所述平行光的光柱完整投射到所述投影平板(130)上，所述投影平板(130)可相对于所述平行光的光柱进行位姿的调整。
8.根据权利要求1所述的三维空间激光投影切片显示装置，其特征在于，所述反射镜面(120)的反射面为自由曲面，使得出射光线为所述平行光。
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