[发明专利]基于光瞳复合使用的多投影三维显示装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及大尺度三维显示技术领域，特别是一种基于光瞳复合使用的多投影三维显示装置和方法。

背景技术

相较于人类的其他感官，视觉感知被认为是人们获得信息的最重要的渠道之一，因此显示技术的研究也越来越受到学界的重视。在真实空间重构虚拟的三维场景一直是人类孜孜以求的目标，因为其能提供更直观的视觉感受、更丰富的细节、更具表现力的场景，是未来显示技术的发展趋势。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。其中，多投影光场三维显示技术凭借着其优秀的表现力越发受到人们的重视。

现有文献(参见Qing Zhong,YifanPeng,Haifeng Li,Chen Su,WeidongShen,and Xu Liu.Multiview and light-field reconstruction algorithms for360°multiple-projector-type3D display.Applied Optics,Vol.52,Issue19,pp.4419-4425,2013)提出了一种基于光场重构技术的大尺度360°多投影三维显示装置和方法。该装置能够大尺度全景重现三维场景，具有360°可观看、图像分辨率高等优点。但是，该装置存在一定的缺陷：由于受到投影仪本身投影角度的限制，观众在一个位置只能看到重构场景中特定的部分，而无法达到理论上的全部场景，这一点极大地限制了该技术的进一步发展和应用。

发明内容

本发明的目的在于改善光场重构技术中存在的显示区域狭小的显示效果问题，提出一种基于光瞳复合使用的多投影三维显示装置和方法。

一种基于光瞳复合使用的多投影三维显示装置，包括沿光路依次布置的多投影阵列和纵向定向散射屏，以及与多投影阵列相连的控制器；

所述的多投影阵列由位于同一弧面且等间隔布置的投影仪组合单元构成，每个投影仪组合单元由叠置的多台投影仪组成，且每台投影仪具有不同的光瞳朝向角度。

其中，各投影仪的投影角度满足拼接关系，通过投影角度的拼接，实现扩大投影角度的目的。

所述的纵向定向散射屏为透射式柱面光栅，该透射式柱面光栅具有横向的栅线方向，实现将光瞳竖直方向上展开的目的。

优选的，所述的纵向定向散射屏为具有相同纵向散射特性的光学全息屏幕。

所述的纵向定向散射屏为弧面或平面，可根据系统的需要进行选择。

所述的控制器与多投影阵列中的每台投影仪相连；所述的控制器用于对三维场景进行三维空间描述，根据观察视点和成像位置信息计算每台投影仪的投影图像，将投影图像分别送入对应的投影仪，作为三维显示的图像源。

在安装投影仪时，投影仪的半张角θ与纵向定向散射屏的可视区域范围大小W应满足：

W=2*D*tan(arcsin(R*sinθD))]]>

其中，R为多投影阵列所处弧面的半径，D为人眼到纵向定向散射屏的距离。

本发明还提供了一种基于光瞳复合使用的多投影三维显示方法，包括如下步骤：

(1)确定要显示的三维信息的空间成像位置；

(2)根据所述的空间成像位置反推，利用光场重构技术，计算出多投影阵列中的投影仪组合单元所需的投影图像；

(3)根据投影仪组合单元中的投影仪之间角度关系，计算出每台投影仪单独的投影图像，并输入投影仪；

(4)多投影阵列的投影图像经过纵向定向散射屏展开，并在显示区域拼接成像。

与现有技术相比，本发明的主要优点如下：