[发明专利]基于体视技术的全视角三维显示系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维图像显示技术领域，具体涉及一种基于体视技术和分时复用技术来实现的互动式360°可视三维显示系统和方法。

背景技术

由于二维显示难以清楚准确表达第三维的深度信息，人们一直在致力于研究可显示立体场景的显示技术——三维图像显示技术。目前比主要的三维技术为体视三维图像显示技术，通过给观察者的双目提供不同视角的平面图像，由人脑合成获取三维显示效果。但由于通常意义上的体视技术是一种假三维技术，存在图像聚焦距离和汇聚距离不一致的问题，容易造成观察者视觉疲劳，且受显示系统所能提供视差图像数量的限制，现有体视技术所能实现的显示视角往往时有限的。另外一方面，就像在电脑屏幕可以使用鼠标对显示的二维图像进行鼠标指示和菜单操作一样，人们希望在显示的三维图像也可以通过一个三维鼠标对显示内容进行像点指示和菜单操作。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供基于体视技术的全视角三维显示系统和方法，采用高频的刷新频率的光调制器器件，结合观察者定位技术，通过投影和观察者位置相关的视差图像，依靠人眼的视觉滞留，实现全视角的三维图像显示。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于体视技术的全视角三维显示系统，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，按上述方法控制投影单元投影新的视差图像。

进一步的，所述的投影单元的转换透镜可用衍射光学元件代替。

进一步的，所述的共焦透镜单元的透镜可用衍射光学元件代替。

进一步的，所述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。

进一步的，所述光标单元为可以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，如LED、OLED、高温金属球或粗糙荧光球等。