[发明专利]三维显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维显示器，特别但不限于涉及一种允许用户交互的三维显示器。

背景技术

三维显示系统是众所周知的，并且其落入多种技术分类。立体系统依赖于向观众的双眼显示两个不同的图像。这可以通过将两个图像投影到同一屏幕，并且为观众提供极化眼镜或者具有彩色滤光片的眼镜来实现，使得第一图像仅能为观众的右眼所见，而第二图像仅能为观众的左眼所见。也存在不需要眼镜的裸眼立体系统，其通过视差屏障或者柱状透镜阵列分别向每只眼睛显示分离图像。

在立体系统中，向观众的左眼和右眼显示的图像是相同的图像，不论观众相对于图像的位置如何。因此，观众无法看到图像的侧面或者背面，而简单地向其显示具有视差的单个透视图。现已使用眼追踪设备来跟随用户的注视，并实时调整图像。然而，这些系统仅适用于单个观众观看。

体三维显示器也是已知技术，其包括“体扫描”设备。这类显示器快速地将三维图像切片投影到运动的二维表面上，依赖于视觉暂留以向观众显示三维图像。然而，由于这类设备中的显示体必须包含快速运动的机械部分，由于不可能触碰图像而不造成伤害，使用体扫描显示器作为交互设备是不可能的。这些显示器也不适于在诸如笔记本电脑、平板电脑和手机的移动设备中使用。

“静态体”设备也是已知技术，其避免在显示体中使用运动部分。一种示例静态体显示设备将激光会聚到空中一点，其在该点电离空气，从而形成一个等离子球。这种显示器在显示体中不需要运动部分，但是显示的图像由相当大的像素构成，所以显示分辨率很低。这类显示器也限于单一颜色或者少量颜色。

三维图像也能够通过全息摄影术产生。然而，已知的全息显示器并不提供用户交互。

许多上述已有类型的三维显示器产生虚拟图像，或者限于显示器内部的图像。与现实相对的，虚拟图像不能被触摸并因此不能提供触摸式用户交互。

本发明的一个目标是提供一种三维交互显示器，其减少或实质上避免了上述问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种三维显示系统包括显示器外壳和用于将二维图像投影到自由空间的多个投影仪，每个投影仪具有调整从投影仪到投影图像距离的部件，并且每个投影仪枢轴安装到显示器外壳，以调整投影二维图像相对于投影仪的水平和垂直位置。

通过提供多个投影仪，能够从多个二维图像分量形成一个三维图像。这提供了能够像真实物体一样从许多角度观看的三维图像。由于每个图像分量具有小视场，通过组合小的图像分量构成三维图像的方法有很大优点，并小视场将使像差降低为最小。

理想地，小的图像分量将合并在一起以形成单个三维图像。然而，即使当二维图像略微分离也可能会获得引人注目的三维效果，并且有时可能会形成多个不相交的三维图像。

通过提供可调整投射方向的投影仪，并将投影仪枢轴安装在外壳中，能够调整每个二维图像分量的位置。因此能够显示许多不同的三维图像，并且能够形成运动图像。在显示器中不存在运动部件，所以能够安全地触摸投影图像。图像可以是高分辨率和多色的，并且观看图像无需特殊设备。多个观众能够同时观看该显示。

每个投影仪包括光源、显示屏幕和变焦镜头。每个投影仪还包括波面调制器。具有光源、显示屏幕和变焦镜头的投影仪以传统方式操作以将图像投影到显示屏幕上，会聚到通过变焦镜头和该处提供的调制器的调整而确定的点。

变焦镜头可以是液体变焦透镜。由于相比传统机械变焦透镜能够实质上节省空间，液体变焦特别适用于移动使用的显示设备。

每个投影仪进一步包括投影仪外壳，其呈长方棱柱体。由于许多这类投影仪都有效地安装到框架上，这种形状是有益的。

每个投影仪可选地包括圆锥平截头体形的外壳，显示屏幕置于外壳的窄端附近而变焦镜头置于宽端附近。由于外壳壁吸收的光最少，因此这种形状是有益的，从而能够进行有效的操作。

至少提供一个摄像机，其连接到具有图像处理软件的计算机。摄像机安装到显示设备的显示体上，以检测与投影图像相关的真实对象的存在和位置。

当提供一个摄像机和计算机时，数字或其他符号构成每个投影二维图像分量的一部分，图像处理软件配置为从摄像机或多个摄像机的视频信号或多个视频信号中检测存在或不存在数字或其他符号。通过这种方法，计算机能够识别出投影图像中的任何部分是否已经被存在的某些物理障碍散射，所述物理障碍例如是用户的手。

数字可能投影在人眼看不见的电磁波谱部分，例如紫外或红外波谱。

根据本发明的第二方面，一种操作计算机的方法包括以下步骤：