[发明专利]基于体视技术的全视角三维显示系统和方法

权利要求书

1.基于体视技术的全视角三维显示系统，其特征在于，包括：

一旋转平台，绕系统光轴旋转；

一投影单元，其包括：加载视差图像信息的二维光调制器件、控制出射光衍射角大小的衍射元件和放大上述光调制器件的输出光信息并将该放大光信息投影到上述衍射元件的转换透镜或转换透镜组，该投影单元的数量为至少一个，各组成器件根据需要固定或绕系统光轴旋转；

一旋转镜，随旋转平台绕系统光轴旋转，为反射镜或半反半透镜，数量为至少一个；虚置目标三维图像于以系统光轴为中心的目标图像显示区域内，在旋转镜旋转到某角位置时，虚置目标三维图像关于该旋转镜的镜像，作为此时投影单元需要投影视差图像的三维图像原型；

一光路折转单元，由至少一个反射镜组成，各组成器件绕系统光轴转动，该光路折转单元的数量为至少一个，各组成器件均置于投影单元光路中，折转投影光路的传输方向；

一共焦透镜单元，由共焦面的两透镜组成，置于投影单元的衍射元件后，对衍射元件成像，拉大系统器件和旋转镜之间距离，为光路的折转提供空间，该共焦透镜单元数量为至少一个，固定或绕系统光轴旋转；在上述旋转镜旋转到任一角位置时，相应投影单元的光调制器件投影的视差图像被该投影单元的衍射元件衍射，并在该衍射元件附近生成一个光分布，通过光路折转单元和共焦透镜单元的单独或共同作用，使该光分布或其像的分布空间覆盖虚置目标三维图像关于该位置旋转镜的镜像所占用空间，并使该投影单元投影的光场经该位置旋转镜反射传输给观察者；

一观察者定位单元，确定观察者双目相对显示系统的空间位置；

一空间鼠标单元，其包括：操纵手柄、带操纵手柄的三维位移平台、置于该平台上的光标单元和置于上述操纵手柄上的左右两个功能键；在上述旋转镜和目标图像显示区域空间分离的情况下，该光标单元在目标图像显示区域内引入一个光标，并以该光标作为空间鼠标对显示的图像内容进行指示，观察者通过操纵手柄控制该三维位移平台带动光标单元在目标图像显示区域内自由移动，将光标单元引入的空间鼠标指示于目标图像显示区域内的任意空间位置；

一控制单元，对处于任一角位置的旋转镜，获取虚置目标三维图像关于该旋转镜的镜像，根据观察者双目相对显示系统的空间位置，以该镜像作为原型计算旋转镜旋转到此位置时投影单元需要投影的视差图像；当旋转镜旋转到不同角位置时，控制投影单元投影相应的视差图像；在系统引入光标单元且观察者单击右功能键时，反馈光标单元的空间位置，并记录光标单元当前空间位置对应的显示图像的像点，控制投影单元投影嵌入菜单的目标三维图像关于旋转镜的镜像的视差图像；观察者移动光标单元到显示的菜单选项并单击左功能键时，控制单元判定该选项被选定，并根据选定选项的要求对目标三维图像进行后台图像处理，得到处理后的图像作为新的目标三维图像。

2.根据权利要求1所述的基于体视技术的全视角三维显示系统，其特征在于：所述的投影单元的转换透镜可用衍射光学元件代替。

3.根据权利要求1所述的基于体视技术的全视角三维显示系统，其特征在于：所述的共焦透镜单元的透镜可用衍射光学元件代替。

4.根据权利要求1所述的基于体视技术的全视角三维显示系统，其特征在于：所述的光标单元为粗糙切割的光纤，耦合进光纤的光束出射时在光纤断面处形成一个发散光点，以该光点作为空间鼠标对该光点所在位置光场内容进行指示。

5.根据权利要求1所述的基于体视技术的全视角三维显示系统，其特征在于：所述的光标单元为自行发光或反射外部投射光的物点或具有一定几何形状的结构物。

6.根据权利要求5所述的基于体视技术的全视角三维显示系统，其特征在于：所述的自行发光的物点为LED或OLED。

7.根据权利要求5所述的基于体视技术的全视角三维显示系统，其特征在于：所述的自行发光的物点为高温金属球。

8.根据权利要求5所述的基于体视技术的全视角三维显示系统，其特征在于：所述的反射外部投射光的物点为粗糙荧光球。

9.基于体视技术的全视角三维显示方法，其特征在于包括权利要求1－8任一所述的基于体视技术的全视角三维显示系统，包括以下步骤：

a、建立xyz轴坐标，z轴为系统光轴，目标图像显示区域为以系统光轴为中心轴的圆柱体区域，虚拟放置目标三维图像于该目标图像显示区域内；

b、绕系统光轴确定N个角位置：角位置1、角位置2…角位置N；旋转镜位于任意角位置n时，虚置目标三维图像关于该旋转镜的镜像为镜像n；

c、借助光路折转单元和共焦透镜单元，或直接设计投影单元的光路，在旋转镜旋转到角位置n时，使相应投影单元的光调制器件投影的视差图像被该投影单元的衍射元件衍射所生成的光分布或其像的分布空间覆盖镜像n所占用空间；以镜像n为对象由控制系统计算对应投影单元需要投影的视差图像n；当旋转镜旋转到角位置n时，对应投影单元投影视差图像n并被角位置n处旋转镜反射传输给观察者；旋转镜旋转时，基于视觉滞留，实现全视角三维图像显示；

d、观察者通过三维位移平台可以将空间鼠标移动到显示光场的任意位置，实现显示三维图像内容的三维鼠标指示；

e、当右功能键被单击时，控制单元记录空间鼠标单元此时指示显示图像的像点，并控制投影单元投影嵌入菜单图像的目标三维图像关于旋转镜的镜像，同步骤c，实现带嵌入菜单的三维图像的显示；

f、观察者移动空间鼠标到显示菜单的某选项处，单击左功能键，控制单元判定该选项被选定，并根据选定选项的要求对目标三维图像进行图像处理后得到新的目标三维图像，采用与步骤c同样的处理方式，显示新的目标三维图像，实现互动的三维图像显示。