[发明专利]基于组合屏幕的真彩色360°视场三维显示装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于三维显示技术领域，具体涉及一种基于组合屏幕的真彩色360°视场三维显示装置和方法。

背景技术

显示技术作为人们获取信息的一个主要方式，目前已经广泛地应用在人们日常生活的各个方面。目前人们多数采用的显示技术一般为二维显示，而传统的二维显示技术遗失了真实物理世界的深度信息，严重地阻碍了人类对客观世界的感知，影响了人类对信息获取、处理和传递的准确度和效率。而在真实空间构建虚拟的三维场景一直是人们孜孜以求的目标。目前，三维显示技术主要分为四类：体视三维显示技术、自体视三维显示技术、体三维显示技术、光场三维显示技术以及全息三维显示技术等。

空间三维显示是在具有宽度、高度和深度的真实三维空间内进行图像信息再现的技术，显示的三维场景可供多个观察者同时环绕观看，是新兴的研究方向。体三维显示技术是通过适当方式来激励位于透明显示体积内的物质，利用可见辐射的产生、吸收或散射而形成体素来实现三维显示。这种三维显示技术多采用扫描的方式来实现，但是体三维显示不能表现出物体之间遮挡的关系，只能显示透明的三维场景。

光场三维显示技术通过再现三维物体向各个方向发射的光线的方式将要显示三维场景的各个侧面的图像准确地成像到相应的方位。众多观看者均能以其习惯的观看方式同时观看到空间三维场景360°的各个侧面，犹如一个在现实空间的三维物体一样，可以表现物体间的遮挡关系，能自动满足多种生理和心理深度暗示，可多人、多角度、同时、裸眼观察。目前，高速投影机在光场三维显示中应用广泛，但采用的高速投影机只能高速投影二值图像，不能实现真彩色光场三维显示。

发明内容

本发明提供了一种基于组合屏幕的真彩色360°视场三维显示装置和显示方法，充分利用了图像与屏幕的空间分布特性，通过高速投影机时序地将具有多个灰阶的组合图像同时投影到组合式定向散射屏的对应区域降低了实现真彩色360°视场三维显示所需要高速投影机投影二值图像的帧频，实现了可供多人多视角裸眼同时观看的真彩色360°视场三维显示，提高了三维显示的图像质量，从而克服现有技术的不足。

一种基于组合屏幕的真彩色360°视场三维显示装置，包括高速投影机、组合式定向散射屏、图像存储控制模块、转动装置和转动检测模块，其中：

高速投影机，作为高帧频的图像投影单元，向组合式定向散射屏高速地投影三通道二值图像序列，所述高速投影机投影镜头的光轴与组合式定向散射屏的转轴相重合；

组合式定向散射屏，由多个定向散射子屏组合拼接而成，每个定向散射子屏对应于一个灰度，每个定向散射子屏均对投影其上的图像的出射角度进行控制，保证观察区域的观察者的双眼看到具有视差的图像；

转动装置，与组合式定向散射屏连接，并带动组合式定向散射屏转动；

转动检测模块，检测所述的组合式定向散射屏的转速及每个定向散射子屏的起始位置，并将其探测的转速和起始位置的信号传给图像存储控制模块；

图像存储控制模块，存储供高速投影机投影的三通道二值图像序列，并根据接收到的信号控制所述的高速投影机投影三通道二值图像序列的初始位置及所述的高速投影机的帧频，实现所述的高速投影机的三通道二值图像序列与所述的组合式定向散射屏转动的同步。

所述的高速投影机为单片式高速投影机或三片式高速投影机，所述的高速投影机的空间光调制器为反射型的高速数字微镜器件（DMD）。

所述的定向散射子屏为反射式偏折型散射屏，底面与转动装置的输出轴垂直，反射式偏折型散射屏由光栅方向互相平行的反射式锯齿型光栅和柱面光栅构成，且每个定向散射子屏的光栅方向均与其对应圆心角的角平分线垂直。

所述的反射式锯齿型光栅由多个三角柱状结构连续排列构成，所述的组合式定向散射屏中的每一个定向散射子屏的反射式锯齿型光栅中所有三角柱状结构的倾斜角相同。

所述的定向散射子屏为斜面定向散射屏，由柱面光栅构成，光栅方向为水平方向，每个定向散射子屏的底面与转动装置的输出轴均成α角，α一般为30～60°

所述的转动检测模块包括电路处理控制模块、以及对电路处理控制模块提供电信号的传感器，所述电路处理控制模块为基于现场可编程门阵列为核心的控制模块或基于数字信号处理器为核心的控制模块；所述传感器为光电传感器或机械位置开关。所述的图像存储控制模块为基于现场可编程门阵列为核心的控制模块、基于数字信号处理器为核心的控制模块或计算机。

一种基于组合屏幕的真彩色360°视场三维显示方法，包括：