[发明专利]一种基于多层透明散射屏的投影光场显示装置和显示方法

说明书

本发明公开了一种基于多层透明散射屏的投影光场显示装置及显示方法，包括沿光路依次设置的投影单元、准直透镜和透明散射屏阵列。投影单元为连接有计算机的投影仪；透明散射屏阵列由四块透明散射屏排列组成，且四块透明散射屏在横向上错位排列；透明散射屏为亚克力材质的薄板，具有90%以上的透过率，透明散射屏的底面上均布设有圆形凹槽状的散射点。本发明同时公开了一种基于多层透明散射屏的投影光场显示方法，根据三维物体空间信息和视点信息，利用逆向光线追迹方法计算出各层透明散射屏上的图像并进行像素错位排列组合形成最终投影图像。本发明可以实现高亮度的光场显示效果，同时，本发明中的透明散射屏层数的提高可以大大提升图像显示质量。

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，尤其涉及一种基于多层透明散射屏的投影光场显示装置和方法。

背景技术

三维显示技术是显示技术的重要发展方向之一，因其逼真的立体显示效果而深受人民群众的喜爱，三维显示技术也一直是学术研究热点之一。现有成熟的商业化三维显示解决方案通常基于双目视差原理，由于存在辐辏调节冲突，会导致观看时引发视疲劳，需要研究无视疲劳的真三维显示技术。

光场三维显示技术作为无视疲劳的真三维显示技术的一种，是当今的研究热点之一。光场三维显示通常利用多层显示屏幕堆叠，根据光场叠加原理，通过调节每层屏上的像素信息，来复现空间中的光场信息，从而达到真三维显示的目标。根据光线场理论，空间中一条光线在经过顺序堆叠的多层平面后，会相对应地留下多个交点，因此，通过控制这些交点的像素信息，可以复现该条光线。再通过综合计算和控制多层屏上的所有像素信息，便可以复现空间中的光线场，实现三维显示。

目前主流的光场三维显示技术采用堆叠多层液晶屏来实现。然而，液晶显示屏的透过率较低，通常在10%左右，堆叠3层液晶屏后背光亮度降至0.1%，因此，该方法的三维显示亮度较低，是一个严重的缺陷。并且，由于液晶屏透过率低，为了保证三维显示亮度，无法使用4层或更多层数的液晶屏，而三维图像质量与液晶屏层数呈正相关关系，因此，该方法很难得到更高质量的光场显示效果。

发明内容

为了解决传统多层液晶屏堆叠方法的三维显示亮度低、三维图像质量不高的问题，本发明提供一种基于多层透明散射屏的投影光场显示装置，并提供基于多层透明散射屏的投影光场显示装置的显示方法。

一种基于多层透明散射屏的光场显示装置包括沿光路依次设置的投影单元、准直透镜和透明散射屏阵列；

所述投影单元为连接有计算机的投影仪；

所述透明散射屏阵列包含N²层透明散射屏；N为整数2时，即由四块透明散射屏组成阵列，且四块透明散射屏在横向上错位排列；所述透明散射屏为亚克力材质的薄板，具有90%以上的透过率，透明散射屏的底面上均布设有圆形凹槽状的散射点，均布散射点用来散射投影单元投射的光线；

工作时，所述投影单元将合成的图像信息送入投影仪进行投影；所述准直透镜将投射的光线进行准直，实现平行投出的效果；所述四块透明散射屏使得各自散射点阵列结构在轴向上不重叠，在横向上恰好互补，四块透明散射屏上的图像叠加形成三维图像。

进一步限定的技术方案如下：

所述透明散射屏底面上均布的散射点排列呈正方；所述散射点的直径等于一个投影像素的宽度，相邻散射点之间的间距为二倍直径。

所述四块透明散射屏为第一透明散射屏、第二透明散射屏、第三透明散射屏和第四透明散射屏；相对于第一透明散射屏，第二透明散射屏上的散射点阵列结构整体向右平移距离p，第三透明散射屏上的散射点阵列结构整体向下平移距离p，第四透明散射屏上的散射点阵列结构整体向右和向下平移距离p；所述距离p等于散射点的直径。