专利名称：俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置的制作方法
技术领域：
本发明属于三维显示技术领域，具体涉及俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置。
背景技术：
我们的现实世界是三维世界，二维的平板显示及投影显示已经不能满足人们对于显示技术的需求，人们需要能够将客观三维物体真实再现出来的新显示技术。不同于传统二维显示，三维显示在显示传统平面信息的同时，加入了显示图像的深度，增加了一个维度，形成立体显示。与传统的二维显示相比较，三维显示增加了图像的深度信息，因此目前三维显示的主要技术难点在于三维海量数据的获取、处理、传输以及再现。目前主要的三维显示技术有体视三维显示、自体视三维显示、全息三维显示以及空间三维显示等。体视三维显示是通过佩戴眼镜等辅助工具等方式使观察者的左、右眼观察到左、 右视图，利用双目视差来产生立体视觉感知。目前市面上已经普及的3D电影和3D电视多采用这种方法来实现三维显示。这种三维显示虽能给观察者带来深度信息，但由于仅仅提供了两个视角的信息，观察者在不同位置观看到的三维场景是相同的，且并不随其位置的改变而变化，长时间观看可能会让观察者出现头痛、恶心等反应。自体视三维显示不需要佩戴助视工具，通过提供分立的视区来实现有限个数的视点区域，实现裸眼即可观看的三维显示。这种显示方式一般提供的视角数比较少，观察区域不大，不能满足人们对于三维显示的要求。全息三维显示是利用光的干涉和衍射原理，将由物体发出的特定波面以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其再现，形成原来的物体立体像的显示方式。全息三维显示保留了物光波的全部振幅和位相信息，人们在观察全息三维像时就会得到与观察原物时完全相同的视觉效果，保留了所有的视觉深度暗示，是一种理想的三维显示方式。但全息三维显示所需的信息量巨大，需要海量存储，对空间光调制器等要求很高，因此目前一般无法实现可以动态刷新的全息三维显示。空间三维显示包括体三维显示以及全景视场空间三维显示等。体三维显示是模拟三维物体在物理空间上分布，然后在三维空间显示物体各个体素信息，通过显示体素在整个空间扫描同时控制体素的亮度，实现三维图像的显示。虽然这种显示方式可供多人裸眼同时观看，但其显示的三维场景为透明的，不能实现空间消隐。全景视场空间三维显示是在全空间的各个方向上形成再现物体相应方位的图像的一种空间三维显示。这种三维显示在保证可多人裸眼同时环绕观看的同时，也给出了正确的空间遮拦关系，实现空间消隐。通常，这种三维显示具有较高密度的视角间隔，视角数量较多，需要海量的数据存储和传输。现有技术中的全景视场三维显示是在水平360°方向显示出一周离散的与周围视点位置相对应的视场图像序列，图像经定向散射屏对其发光角度进行限制，来保证每一幅图像只能在其视点位置附近的小范围内可见，位于周围的观察者的双眼就能看到与其双眼位置相对应的不同视场图像，产生立体感。但是，由于全景视场空间三维显示都需要依靠各种屏幕或显示媒介技术来实现，而现有技术中显示的三维场景位于显示屏幕内部，由于屏幕的存在，周围的观察者无法实现可探入式的交互等，真实感不够强。
发明内容
本发明提供了一种俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，实现了具有垂直方向多个俯仰视角、水平方向360度全景视场的悬浮于空气中的真实空间三维显示，让周围观察者在观看的同时，可探入触摸交互，从而克服现有技术的不足。一种俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，包括透射复合式偏折型散射屏、高速投影机、图像发生器、探测模块和旋转传动机构，所述的透射复合式偏折型散射屏与所述的旋转传动机构相连接，并由所述的旋转传动机构带动其转动；所述的高速投影机位于所述的透射复合式偏折型散射屏的下方，并且所述的高速投影机还依次连接有所述的图像发生器和探测模块；所述的透射复合式偏折型散射屏由光栅方向互相平行的透射复合式锯齿形光栅和柱面光栅构成，其中，所述的透射复合式锯齿形光栅为周期性排列的透射式锯齿形光栅， 每个周期由多个具有不同倾斜角的三角柱状结构构成，每个周期中的三角柱状结构的个数为俯仰视角的个数，不同周期中具有相同倾斜角的三角柱状结构与同一个俯仰视角相对应；所述的高速投影机向上方投影，投影图像落在所述的透射复合式偏折型散射屏上；所述的检测模块探测所述的透射复合式偏折型散射屏的转动速度和初始位置，并将其探测到的转动速度和初始位置的信号发给所述的图像发生器；所述的图像发生器根据接收到的所述的信号来控制所述的高速投影机投影图像序列的初始序号和所述的高速投影机的投影帧频，使得所述的高速投影机的投影图像序列与所述的透射复合式偏折型散射屏的转动保持同步。在每个周期所对应的小区域内，所述的透射复合式偏折型散射屏将高速投影机的投影光线往一侧多角度偏折，并且在偏折方向发生散射，而与偏折方向垂直的方向发生小角度透射。另一种俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，包括反射复合式偏折型散射屏、高速投影机、图像发生器、探测模块和旋转传动机构，所述的反射复合式偏折型散射屏与所述的旋转传动机构相连接，并由所述的旋转传动机构带动其转动；所述的高速投影机位于所述的反射复合式偏折型散射屏的上方，并且所述的高速投影机还依次连接有所述的图像发生器和探测模块；所述的反射复合式偏折型散射屏由光栅方向互相平行的反射复合式锯齿形光栅和柱面光栅构成，所述的反射复合式锯齿形光栅位于柱面光栅下方，其中，所述的反射复合式锯齿形光栅为周期性排列的反射式锯齿形光栅，每个周期由多个具有不同倾斜角的三角柱状结构构成，每个三角柱状结构的表面都镀有反射膜来实现对光线的反射，每个周期中的三角柱状结构的个数为俯仰视角的个数，不同周期中具有相同倾斜角的三角柱状结构与同一个俯仰视角相对应；
所述的高速投影机向下方投影，投影图像落在所述的反射复合式偏折型散射屏上；所述的检测模块探测所述的反射复合式偏折型散射屏的转动速度和初始位置，并将其探测到的转动速度和初始位置的信号发给所述的图像发生器；所述的图像发生器根据接收到的所述的信号来控制所述的高速投影机投影图像序列的初始序号和所述的高速投影机的投影帧频，使得所述的高速投影机的投影图像序列与所述的反射复合式偏折型散射屏的转动保持同步。在每个周期所对应的小区域内，所述的反射复合式偏折型散射屏将高速投影机的投影光线往一侧多角度偏折，并且在偏折方向发生散射，而与偏折方向垂直的方向发生小角度反射。本发明中，所述的图像发生器为基于FPGA(Field Programmable Gate Array，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。本发明中，所述的检测模块为光电传感器或机械位置开关。本发明的俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，将高速投影机和复合式偏折型散射屏结合起来，将显示媒介与三维显示空间相分离，构造出具有垂直方向多个俯仰视角和水平方向360度全景视场的悬浮于空气中的真实空间三维显示，可让周围观察者在观看的同时，也可探入触摸交互。与只有一个垂直视角的悬浮空间三维显示相比，本发明的俯仰多视角的悬浮式 360度视场空间三维显示装置，在实现水平方向全景视场的空间三维显示的同时，在垂直方向引入多个俯仰视角，形成可以适应不同高度观察的全景视场空间三维显示，构造出的显示空间内三维物体的位置不随观察者双眼的高度变化而改变，且观察者可在不同高度均可看到与此位置相对应的三维图像。再现的三维场景悬浮于屏幕上方的客观物理空间，可供不同高度的多人裸眼同时围绕观看，并可探入触摸交互，更加符合人们感知真实物体的客观方式。
图1是本发明的俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置的一种实施方式的示意图。图2是图1中的透射复合式偏折型散射屏的结构示意图。图3是图2中的透射复合式锯齿形光栅的横截面结构示意图。图4是本发明的俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置的另一种实施方式的示意图。图5是图4中的反射复合式偏折型散射屏的结构示意图。图6是图5中的反射复合式锯齿形光栅的横截面结构示意图。图中透射复合式偏折型散射屏1、高速投影机2、图像发生器3、探测模块4、旋转传动机构5、反射复合式偏折型散射屏6、透射复合式锯齿形光栅11、第一柱面光栅12、反射复合式锯齿形光栅61、第二柱面光栅62。
具体实施例方式下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
实施例1如图1所示，一种俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，包括透射复合式偏折型散射屏1、高速投影机2、图像发生器3、探测模块4和旋转传动机构5。透射复合式偏折型散射屏1的结构如图2所示，由透射复合式锯齿形光栅11和第一柱面光栅12构成，透射复合式锯齿形光栅11位于第一柱面光栅12下方，并且透射复合式锯齿形光栅11和第一柱面光栅12的光栅方向互相平行。其中，透射复合式锯齿形光栅11的结构如图3所示，为周期性排列的透射式锯齿形光栅，每个周期由多个具有不同倾斜角的三角柱状结构构成(如图3中一个周期中的各三角柱状结构的倾斜角分别为θ” θ2、θ 3)，每个周期中的三角柱状结构的个数为俯仰视角的个数，不同周期中具有相同倾斜角的三角柱状结构与同一个俯仰视角相对应。透射复合式偏折型散射屏1和旋转传动机构5相连，旋转传动机构5带动透射复合式偏折型散射屏1高速转动。旋转传动机构5通常采用齿轮传动、涡轮蜗杆传动、带传动等，来带动透射复合式偏折型散射屏1的旋转。高速投影机2位于透射复合式偏折型散射屏1的下方，将事先处理好的图像序列往上方投影，投影图像落在透射复合式偏折型散射屏1上。高速投影机2的投影镜头的光轴与透射复合式偏折型散射屏1的转轴相重合。高速投影机2依次连接有图像发生器3和检测模块4。检测模块4探测透射复合式偏折型散射屏1的转动速度及其初始位置，并将其探测到的转动速度和初始位置的信号发给图像发生器3，由图像发生器3根据接收到的信号来控制高速投影机2投影图像序列的初始序号及高速投影机2的投影帧频，以此来实现高速投影机2的投影图像序列与透射复合式偏折型散射屏1转动之间的同步。本实施例中，图像发生器3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。检测模块4为光电传感器或机械位置开关。上述的俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置中，高速投影机2的投影光线经过透射复合式偏折型散射屏1时，先经过透射复合式锯齿形光栅11进行折射或反射产生光线的偏折，再经过第一柱面光栅12对偏折光线在光栅方向上和与光栅方向垂直的方向上的出射角度分别进行限制，最后在光栅方向上以比较小的发散角度出射(即小角度透射)，在与光栅方向垂直的方向上以一定的角度进行散射。高速投影机2的投影光线经过透射复合式锯齿形光栅11进行折射或反射产生光线的偏折时，所产生的偏折角度与透射复合式锯齿形光栅11的折射率和透射复合式锯齿形光栅11中每个三角柱状结构的倾斜角有关。由于透射复合式锯齿形光栅11的折射率为确定的值，因此所述的偏折角度由投影光线投影到透射复合式偏折型散射屏1上的具体位置决定，透射复合式锯齿形光栅11的每一个三角柱状结构的倾斜角决定了对投影光线的偏折方向和偏折角度。因此，对应于透射复合式锯齿形光栅11中的每个透射式锯齿形光栅周期中的多个具有不同倾斜角的三角柱状结构，所产生的偏折角度各不相同；而对应于不同周期中具有相同倾斜角的三角柱状结构，所产生的偏折角度是相同的。可见，对应于由周期性排列的透射式锯齿形光栅构成的透射复合式锯齿形光栅11，所产生的偏折角度是以多个不同偏折角度为角度周期的重复排列。可见，在每一个周期所对应的小区域内，透射复合式偏折型散射屏1将高速投影机2的投影光线往一侧多角度偏折，并且在偏折方向进行一定角度的散射，而与偏折方向垂直的方向发生小角度透射。当偏折光线经过第一柱面光栅12时，在与偏折方向垂直的方向上以比较小的发散角度出射(即小角度透射)，所述的发散角度需小于360/M° (M为透射复合式偏折型散射屏1旋转一周时高速投影机2投影出的图像的数量)；同时，当偏折光线经过第一柱面光栅12时，在偏折方向上以一定的角度散射，其散射角度大小与分离的N个环形观察区域的数量及大小有关，须保证在分离的N个环形观察区域内的每个环形观察区域均能看到与该俯仰视角相对应的图像而看不到其他俯仰视角的图像。可以通过对第一柱面光栅12的柱面半径及折射率的选择，来设计散射角度的大小。假设透射复合式锯齿形光栅11中每个周期的长度为P，在每一个周期内均有N个具有不同倾斜角的三角柱状结构，令每个三角柱状结构的底边边长为P，则P = pN。由于每个周期中的三角柱状结构的个数为俯仰视角的个数，那么该三维显示装置在垂直方向上有 N个俯仰视角，相应地，在显示装置周围的观察区域有N个分离的不同高度的环形区域供不同高度的观察者来观看全景视场空间三维显示。当透射复合式偏折型散射屏1固定时，对于位于观察区域N个分离的环形区域中对应于同一水平位置的不同高度的各个视点，每个视点观看到的图像为高速投影机2投影图像里供这一视点位置观看的图像中正对这一视点位置的一窄条图像，所以不同高度的视点位置看到的图像也是不同的假设高速投影机2投影图像中对应于某一水平位置的窄条图像的分辨率为WXH，则对应于N个分离环形区域中对应于同一水平位置的不同高度的各个视点，每个视点观察到的窄条图像的分辨率为WX (H/N)。这是因为在每个透射锯齿形光栅周期内有N个具有不同倾斜角的三角柱状结构时，透射复合式锯齿形光栅11所产生的偏折角度是以N个不同偏折角度为角度周期的重复排列，而相同偏折角度对应于同一俯仰视角(即对应于一个视点)，那么每个视点观察到的窄条图像是由所有周期中具有相同偏折角度的偏折光线从第一柱面光栅12出射的光线组合而成。当透射复合式偏折型散射屏1旋转后，对于位于观察区域N个分离的环形区域中对应于同一水平位置的不同高度的各个视点，每个视点可观看到由高速投影机2投影图像序列里供这一视点位置观看的连续多幅图像中不同位置的窄条构成的组合图像。令透射复合式偏折型散射屏1旋转一周，高速投影机2投影出M幅图像，则透射复合式偏折型散射屏1旋转过程中，每转动360/M。，高速投影机2要切换一幅图像。为了满足人眼的视觉暂留，需要较高的图像的刷新频率，这就要求提高透射复合式偏折型散射屏1 的转速。设透射复合式偏折型散射屏1的转速为ω，则高速投影机2的帧频F为Μω，三维场景的刷新频率也为ω。当视角间隔足够密的时候，人的双眼分别处于两个不同的视角区域，看到两幅不同的图像来产生立体视觉，且显示的三维场景悬浮在透射复合式偏折型散射屏1的上方。透射复合式偏折型散射屏1每旋转一周，高速投影机2的投影图像数量一般需200幅以上，即M彡200。若系统刷新频率ω为15r/s，则投影机的帧频F至少3000 帧/s，所以需要高帧频的投影机。由于这种俯仰多视角的三维显示是将同一时刻的图像分割到不同的俯仰视角上去，造成单一视点位置观看图像分辨率的降低。若要提高不同视点观看图像的分辨率，需提高高速投影机的空间光调制器的分辨率。最为常用的高速投影机 2为单片式或三片式的DMD (digital micromirror device，数字微镜元件)投影机。本实施中，为了保证不同俯仰视角图像的分离，高速投影机2的投影图像需与透射复合式锯齿形光栅11中每一个三角柱状结构的位置相对应。实施例2如图4所示，另一种俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，包括高速投影机2、图像发生器3、探测模块4、旋转传动机构5和反射复合式偏折型散射屏6。反射复合式偏折型散射屏6的结构如图5所示，由反射复合式锯齿形光栅61和第二柱面光栅62构成，反射复合式锯齿形光栅61位于第二柱面光栅62下方，并且反射复合式锯齿形光栅61和第二柱面光栅62的光栅方向互相平行。其中，反射复合式锯齿形光栅61的结构如图6所示，为周期性排列的反射式锯齿形光栅，每个周期由多个具有不同倾斜角的三角柱状结构构成(如图6中一个周期中的各三角柱状结构的倾斜角分别为Q1'、 θ2'、θ3‘)，每个三角柱状结构的表面都镀有反射膜来实现对光线的反射，每个周期中的三角柱状结构的个数为俯仰视角的个数，不同周期中具有相同倾斜角的三角柱状结构与同一个俯仰视角相对应。反射复合式偏折型散射屏6和旋转传动机构5相连，旋转传动机构5带动反射复合式偏折型散射屏6高速转动。旋转传动机构5通常采用齿轮传动、涡轮蜗杆传动、带传动等，来带动反射复合式偏折型散射屏6的旋转。高速投影机2位于反射复合式偏折型散射屏6的上方，将事先处理好的图像序列往下方投影，投影图像落在反射复合式偏折型散射屏6上。高速投影机2的投影镜头的光轴与反射复合式偏折型散射屏6的转轴相重合。高速投影机2依次连接有图像发生器3和检测模块4。检测模块4探测反射复合式偏折型散射屏6的转动速度及其初始位置，并将其探测到的转动速度和初始位置的信号发给图像发生器3，由图像发生器3根据接收到的信号来控制高速投影机2投影图像序列的初始序号及高速投影机2的投影帧频，以此来实现高速投影机2的投影图像序列与反射复合式偏折型散射屏6转动的同步。本实施例中，图像发生器3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。检测模块4为光电传感器或机械位置开关。上述的俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置中，高速投影机2的投影光线经过反射复合式偏折型散射屏6时，通过反射复合式锯齿形光栅61反射来实现对投影光线的偏折，而第二柱面光栅62对光线在光栅方向上和与光栅方向垂直的方向上的出射角度分别进行限制，使得光线在光栅方向上以比较小的发散角度出射(即小角度反射)， 在与光栅方向垂直的方向上以一定的角度进行散射。反射复合式锯齿形光栅61通过反射来实现对投影光线的偏折时，所产生的反射偏折角度与反射复合式锯齿形光栅61的反射率和反射复合式锯齿形光栅61中每个三角柱状结构的倾斜角有关。由于反射复合式锯齿形光栅61的反射率为确定的值，因此所述的反射偏折角度由投影光线投影到反射复合式偏折型散射屏6上的具体位置决定，反射复合式锯齿形光栅61的每一个三角柱状结构的倾斜角决定了对投影光线的反射偏折方向和反射偏折角度。因此，对应于反射复合式锯齿形光栅61中的每个反射式锯齿形光栅周期中的多个具有不同倾斜角的三角柱状结构，所产生的反射偏折角度各不相同；而对应于不同周期中具有相同倾斜角的三角柱状结构，所产生的反射偏折角度是相同的。可见，对应于由周期性排列的反射式锯齿形光栅构成的反射复合式锯齿形光栅61，所产生的反射偏折角度是以多个不同反射偏折角度为角度周期的重复排列。可见，在每一个周期所对应的小区域内，反射复合式偏折型散射屏6将高速投影机2的投影光线往一侧多角度偏折，并且在偏折方向发生一定角度的散射，而与偏折方向垂直的方向发生小角度反射。当光线经过第二柱面光栅62时，在光栅方向上以比较小的发散角度出射(即小角度反射)，所述的发散角度需小于360/M' ° (M'为反射复合式偏折型散射屏6旋转一周时高速投影机2投影的图像的数量)；同时，当光线经过第二柱面光栅62时，在与光栅方向垂直的方向上以一定的角度进行散射，其散射角度大小与分离的N个环形观察区域的数量及大小有关，须保证在分离的N个环形观察区域内的每个环形观察区域均能看到与该俯仰视角相对应的图像而看不到其他俯仰视角的图像。可以通过对第二柱面光栅62的柱面半径及折射率的选择，来设计散射角度的大小。假设反射复合式锯齿形光栅61中每个周期的长度为P'，在每一个周期内均有 N个具有不同倾斜角的三角柱状结构，令每个三角柱状结构的底边边长为ρ'，则P'= P' N。由于每个周期中的三角柱状结构的个数为俯仰视角的个数，那么该三维显示装置在垂直方向上有N个俯仰视角，相应地，在显示装置周围的观察区域有N个分离的不同高度的环形区域供不同高度的观察者来观看全景视场空间三维显示。当反射复合式偏折型散射屏6固定时，对于位于观察区域N个分离的环形区域中对应于同一水平位置的不同高度的各个视点，每个视点观看到的图像为高速投影机2投影图像里供这一视点位置观看的图像中正对这一视点位置的一窄条图像，所以不同高度的视点位置看到的图像也是不同的假设高速投影机2投影图像中对应于某一水平位置的窄条图像的分辨率为WXH，则对应于N个分离环形区域中对应于同一水平位置的不同高度的各个视点，每个视点观察到的窄条图像的分辨率为WX (H/N)。这是因为在每个反射锯齿形光栅周期内有N个具有不同倾斜角的三角柱状结构时，反射复合式锯齿形光栅61所产生的反射偏折角度是以N个不同反射偏折角度为角度周期的重复排列，而相同反射偏折角度对应于同一俯仰视角(即对应于一个视点)，那么每个视点观察到的窄条图像是由所有周期中具有相同反射偏折角度的偏折光线从第二柱面光栅62出射的光线组合而成。当反射复合式偏折型散射屏6旋转后，对于位于观察区域N个分离的环形区域中对应于同一水平位置的不同高度的各个视点，每个视点可观看到由高速投影机2投影图像序列里供这一视点位置观看的连续多幅图像中不同位置的窄条构成的组合图像。令反射复合式偏折型散射屏6旋转一周，高速投影机2投影出M'幅图像，则反射复合式偏折型散射屏6旋转过程中，每转动360/M' °，高速投影机2要切换一幅图像。为了满足人眼的视觉暂留，需要较高的图像的刷新频率，这就要求提高反射复合式偏折型散射屏6的转速。设反射复合式偏折型散射屏6的转速为ω‘，则高速投影机2的帧频F为 M' ω'，三维场景的刷新频率也为ω'。当视角间隔足够密的时候，人的双眼分别处于两个不同的视角区域，看到两幅不同的图像来产生立体视觉，且显示的三维场景悬浮在反射复合式偏折型散射屏6的上方。反射复合式偏折型散射屏6每旋转一周，高速投影机2的投影图像数量一般需200幅以上，即M'彡200。若系统刷新频率ω'为15r/s，则投影机的帧频F至少3000帧/s，所以需要高帧频的投影机。由于这种俯仰多视角的三维显示是将同一时刻的图像分割到不同的俯仰视角上去，造成单一视点位置观看图像分辨率的降低。若要提高不同视点观看图像的分辨率，需提高高速投影机2的空间光调制器的分辨率。最为常用的高速投影机2为单片式或三片式的DMD (digital micromirror device，数字微镜元件)投影机。 本实施例中，为了保证不同俯仰视角图像的分离，高速投影机2的投影图像需与反射复合式锯齿形光栅61中每一个三角柱状结构的位置相对应。
权利要求
1.一种俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，其特征在于，包括透射复合式偏折型散射屏、高速投影机、图像发生器、探测模块和旋转传动机构，所述的透射复合式偏折型散射屏与所述的旋转传动机构相连接，并由所述的旋转传动机构带动其转动；所述的高速投影机位于所述的透射复合式偏折型散射屏的下方，并且所述的高速投影机还依次连接有所述的图像发生器和探测模块；所述的透射复合式偏折型散射屏由光栅方向互相平行的透射复合式锯齿形光栅和柱面光栅构成，其中，所述的透射复合式锯齿形光栅为周期性排列的透射式锯齿形光栅，每个周期由多个具有不同倾斜角的三角柱状结构构成，每个周期中的三角柱状结构的个数为俯仰视角的个数，不同周期中具有相同倾斜角的三角柱状结构与同一个俯仰视角相对应；所述的高速投影机向上方投影，投影图像落在所述的透射复合式偏折型散射屏上；所述的检测模块探测所述的透射复合式偏折型散射屏的转动速度和初始位置，并将其探测到的转动速度和初始位置的信号发给所述的图像发生器；所述的图像发生器根据接收到的所述的信号来控制所述的高速投影机投影图像序列的初始序号和所述的高速投影机的投影帧频，使得所述的高速投影机的投影图像序列与所述的透射复合式偏折型散射屏的转动保持同步。
2.如权利要求1所述的俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，其特征在于，所述的图像发生器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。
3.如权利要求1所述的俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，其特征在于，所述的检测模块为光电传感器或机械位置开关。
4.一种俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，其特征在于，包括反射复合式偏折型散射屏、高速投影机、图像发生器、探测模块和旋转传动机构，所述的反射复合式偏折型散射屏与所述的旋转传动机构相连接，并由所述的旋转传动机构带动其转动；所述的高速投影机位于所述的反射复合式偏折型散射屏的上方，并且所述的高速投影机还依次连接有所述的图像发生器和探测模块；所述的反射复合式偏折型散射屏由光栅方向互相平行的反射复合式锯齿形光栅和柱面光栅构成，所述的反射复合式锯齿形光栅位于柱面光栅下方，其中，所述的反射复合式锯齿形光栅为周期性排列的反射式锯齿形光栅，每个周期由多个具有不同倾斜角的三角柱状结构构成，每个三角柱状结构的表面都镀有反射膜，每个周期中的三角柱状结构的个数为俯仰视角的个数，不同周期中具有相同倾斜角的三角柱状结构与同一个俯仰视角相对应；所述的高速投影机向下方投影，投影图像落在所述的反射复合式偏折型散射屏上；所述的检测模块探测所述的反射复合式偏折型散射屏的转动速度和初始位置，并将其探测到的转动速度和初始位置的信号发给所述的图像发生器；所述的图像发生器根据接收到的所述的信号来控制所述的高速投影机投影图像序列的初始序号和所述的高速投影机的投影帧频，使得所述的高速投影机的投影图像序列与所述的反射复合式偏折型散射屏的转动保持同步。
5.如权利要求4所述的俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，其特征在于，所述的图像发生器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。
6.如权利要求4所述的俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，其特征在于，所述的检测模块为光电传感器或机械位置开关。
全文摘要
本发明公开了俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，包括复合式偏折型散射屏、高速投影机、图像发生器、探测模块和旋转传动机构。高速投影机将三维物体不同俯仰角度水平360度全景视场的组合图像投影到高速旋转的复合式偏折型散射屏上。复合式偏折型散射屏可对不同角度入射光的垂直偏折及发散角度和水平发散角度进行控制，使环绕观看的不同高度的观察者的双眼观察到对应于其视点位置的图像，实现显示的三维物体悬浮于复合式偏折型散射屏的上面，且其位置不随视点的高低变化而改变。俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示可供多人俯仰多角度、水平360度全视场裸眼同时观看，实现空间遮挡消隐并可探入触摸交互。
文档编号G03B35/18GK102298256SQ20111024765
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者刘旭, 夏新星, 彭祎帆, 李海峰, 郑臻荣 申请人:浙江大学