[发明专利]基于高速投影机的360°全视差三维显示装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D显示系统，尤其涉及一种基于高速投影机的360°全视差三维显示装置和方法。 

背景技术

视觉是人类最重要信息来源，人类60％以上的信息均来自于视觉。而人类本身正是生活于三维世界中，视觉亦是三维视觉。因此，随着科学技术的不断发展，二维平面显示技术已经不能满足人们的需要，3D显示技术随之蓬勃发展。现在，3D显示技术已经越来越广泛的应用于包括娱乐、医疗、军事和广告等多个领域。 

现有的三维显示技术，主要包括双目视差型三维显示，集成成像立体显示，全息三维显示以及光场重构型三维显示。双目视差型三维显示结构简单，成本低廉，是最普遍使用的三维显示技术，但只有两个固定的视角，没有运动视差，不能提供较好的3D观看体验。集成成像技术利用微透镜阵列，可以显示全视差的3D场景，但现有的技术分辨率较低，显示效果较差。而全息三维显示则由于数据量巨大，无论是对获取还是存储、传输，还是对空间调制器都有非常高的要求，因此在短时间内，无法进入实用阶段。光场重构型三维显示技术显示效果较好，但是也存在信息量较大的问题，虽然不及全息三维显示，但是一般还是以水平视差型为主。 

军事指挥、空中交通指挥、珍贵文物展出等应用，均有几人到几十人围绕观看，对三维场景的分辨率有较高需求的特点，因此需要三维显示系统可以对多人提供全视差、360度的三维场景显示效果，而现有的技术，无论是视差型三维显示，还者是光场重构三维显示，集成成像三维显示，均不能满足要求。 

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于高速投影机的360°全视差三维显示装置和方法，可同时对多人提供全视差、360度的特定显示图像，并具有三维场景显示效果，显示信息量大、分辨率高。 

一种基于高速投影机的360°全视差三维显示装置，包括： 

高速投影机，用于投射图像，并同时输出每一帧图像所对应的同步信号； 

屏幕，对高速投影机投射的图像漫反射，显示每个观察者所需的图像； 

位置追踪设备，用于获取各观察者的位置信息； 

图像发生器，根据待显示的3D场景信息和各观察者的位置信息，向所述的高速投影机输送图像； 

主动式快门3D眼镜，为各观察者佩戴，根据与之匹配的同步信号，控制镜片的通光状态，使观察者在屏幕上观看到具有立体视觉的图像。 

作为改进，所述的高速投影机为一片或三片式DLP投影机。 

为了实现色彩，可以采用色轮技术，或者是3片式DLP技术，3片式DLP技术成本较高，但是亮度，色彩还原性，帧率等，均比色轮技术有较大优势。 

在本发明中，所述的屏幕为与屏幕法线成30°到60°角之间具有较大增益的漫散射屏。 

所述的位置追踪设备包括成像设备和图像识别处理器，该位置追踪设备用于确认360°范围内的观察者的位置；可以采用全景相机等。 

成像设备，用于获取主动式快门3D眼镜上的两个标志点的图像； 

图像识别处理器，根据两个标志点在图像中的位置、图像中两个标志点之间的距离、以及成像设备位置坐标，得到各观察者的位置信息。另外，本装置还包括快门同步设备，用于获取高速投影机输出的同步信号并以无线方式输出给各观察者佩戴的主动式快门3D眼镜； 

所述的同步信号中带有各主动式快门3D眼镜的设备编码信息，各主动式快门3D眼镜接收到同步信号后，先对比同步信号中的设备编码信息 是否与自身的设备编码一致，在设备编码匹配时，控制镜片通光状态。 

本发明还提供了一种基于高速投影机的360°全视差三维显示方法，包括以下步骤： 

1)通过位置追踪设备确定各观察者的位置信息，图像发生器根据需显示的3D场景信息和各观察者的位置信息，向高速投影机输送图像； 

2)高速投影机将图像投影到屏幕上，并同时向各观察者佩戴的主动式快门3D眼镜输送同步信号； 

3)主动式快门3D眼镜在接受到正确的同步信号后，控制镜片的通光状态，使观察者在屏幕上观看到具有立体视觉的特定图像。 

当采用位置追踪设备确定各观察者的位置信息时，首先在主动式快门3D眼镜的镜框上设置两个距离固定的标志点，再利用成像设备获取两个标志点的图像，然后根据两个标志点在图像中的位置、图像中两个标志点之间的距离、以及成像设备位置坐标，算得各观察者的位置信息。