本申请涉及显示领域，具体涉及立体显示领域，尤其涉及裸眼三维图像显示器。
背景技术：
集成成像显示(IntegralImagingDisplay，IID)是一种裸眼三维显示技术。集成成像显示器通常由透镜阵列，平板图像显示器(FlatPanelDisplay，FPD)，控制单元和计算单元组成。FPD通常为液晶显示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)。通过在平板显示器上显示图像，在观察空间中形成三维影像。在FDP上显示的图像叫做单元图像阵列(ElementalImageArray，EIA)，它由很多单元图像(ElementalImage,EI)组成，每个单元图像对应于一个透镜。单元图像阵列由计算机按照集成成像显示器的光线计算模型(ComputationalRayModel)，通过对一个三维模型进行图形学绘制或者重新排列组合在多视角拍摄的图像像素而成。观察者透过透镜阵列观察显示在FDP上的EIA，不需要佩戴任何眼镜就可以看到三维影像。
按照集成成像显示器的工作原理，为了实现高分辨率的三维图像和大视角的集成成像显示器，需要使用高像素密度的FPD。FPD的像素密度可以用每英寸包含的像素点数(Pixelsperinch，PPI)来衡量。随着FPD的PPI增大，可以允许的集成成像显示器的视角也相应增大，使得IID技术更加接近实用的需求。
随着电子工艺的发展，高PPI的FPD技术越加成熟。高PPI的FPD技术首先应用于手机屏幕等便携移动设备的显示屏幕。然而，在若干实际应用中，需要实现具有一定尺寸的显示屏幕，例如：具有大屏幕的移动设备，个人电脑的监视屏幕，大屏幕电视，公共显示器等等。当面板尺寸变大，为了保持在整块面板上低水平的像素坏点率，高PPI的FPD具有很高的制作难度，导致其成本很高或者难以实现。在工艺上，为了避免这些困难，实现大尺寸高PPI的FPD的另一种方案是采用拼接的方式，将多块较小的高PPIFPD并排拼接形成大尺寸高分辨率平板显示器。为了保证图像视觉质量，希望拼接接缝尽量狭窄。尤其是三维显示器，拼接缝隙形成的黑边严重影响三维视觉效果，希望能将其消除。
技术实现要素：
为了解决上述一个或多个问题，本申请提供了一种裸眼三维图像显示器。该图像显示器包括：拼接在一起的多个平板显示器，用于显示二维图像，其中每个平板显示器具有显示区域；光导板，包括：透镜阵列，用于基于平板显示器显示的二维图像生成三维图像，以及接缝消除结构，布置在平板显示器的拼接缝附近，用于通过折射使得只有从平板显示器的显示区域发出的光线被观察到。
在一些实施方式中，接缝消除结构配置用于通过折射使得只有从平板显示器的显示区域发出的光线被输出到图像显示器的观看区域。
在某些实施方式中，光导板为单层复合结构，透镜阵列与接缝消除结构布置在光导板的同一侧或不同侧。
在某些实施方式中，光导板为双层结构，包括透镜阵列层和接缝消除层，透镜阵列层一侧布置有透镜阵列，另一侧为平面，接缝消除层一侧布置有接缝消除结构，另一侧为平面。
在某些实施方式中，图像显示器还包括布置在面向平板显示器一侧的透明平板层，用于调整光导板中透镜阵列到平板显示器的距离，使得平板显示器的像平面位于透镜阵列的焦平面上。
在某些实施方式中，光导板与透明平板层之间的缝隙空间和/或光导板的双层结构之间的缝隙空间为真空，或填充有气体、液体或固体。
在某些实施方式中，接缝消除结构的数量与平板显示器之间的接缝数量一致。
在某些实施方式中，接缝消除结构为楔形沟槽结构，该楔形沟槽结构的截面为楔形，沿着平板显示器的接缝方向形成沟槽。
在某些实施方式中，构成楔形沟槽结构的表面为平面或曲面。
在某些实施方式中，楔形沟槽结构内的空间为真空，或填充有气体、液体或固体。
在某些实施方式中，接缝消除结构为菲涅尔透镜结构。
在某些实施方式中，当透镜阵列与菲涅尔透镜结构布置在光导板的同一侧时，与平板显示器的显示区域对应的区域具有透镜阵列结构，而与平板显示器的接缝区域对应的区域具有透镜阵列和菲涅尔透镜结合的结构。
在某些实施方式中，图像显示器还包括处理器，配置用于校正三维图像的变形。
在某些实施方式中，处理器配置用于使用系统成像计算模型来生成三维图像，其中系统成像计算模型通过对裸眼三维图像显示器进行标定而确定。
本申请提供的裸眼三维图像显示器通过使用特殊的光学结构使得拼接接缝不可见，从而实现无缝拼接。利用本申请实施例提供的裸眼三维图像显示器，可以在现有的有限的显示器工艺和光学硬件加工精度的限制下，根据使用的小面积的裸眼三维显示器的数量和拼接方式的不同，实现大面积的裸眼三维显示器，并且可以灵活配置其形状。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了本申请提供的裸眼三维图像显示器的一个实施例的结构示意图；
图2a示出了具有楔形沟槽结构的单层复合光导板的一种实施例的结构示意图；
图2b示出了具有楔形沟槽结构的单层复合光导板的另一实施例的结构示意图；
图3示出了具有楔形沟槽结构的单层复合光导板的又一实施例的结构示意图；
图4a示出了具有楔形沟槽结构的双层结构光导板的一种实施例的结构示意图；
图4b示出了具有楔形沟槽结构的双层结构光导板的另一实施例的结构示意图；
图5a示出了具有楔形沟槽结构的双层结构光导板的又一实施例的结构示意图；
图5b示出了具有楔形沟槽结构的双层结构光导板的再一实施例的结构示意图；
图6示出了具有菲涅尔透镜结构的单层复合光导板的一种实施例的结构示意图；
图7示出了具有菲涅尔透镜结构的单层复合光导板的另一实施例的结构示意图；
图8示出了具有菲涅尔透镜结构的单层复合光导板的又一实施例的结构示意图；
图9示出了具有菲涅尔透镜结构的单层复合光导板的再一实施例的结构示意图；
图10a示出了具有菲涅尔透镜结构的双层结构光导板的一种实施例的结构示意图；
图10b示出了具有菲涅尔透镜结构的双层结构光导板的另一实施例的结构示意图；以及
图11示出了本申请提供的用于校正三维图形的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，其示出了本申请提供的裸眼三维图像显示器的一个实施例的结构示意图。
如图1所示，图像显示器100包括：拼接在一起的多个平板显示器101，用于显示二维图像，其中每个平板显示器具有显示区域。相邻的平板显示器之间具有拼接接缝。在一些实施例中，平板显示器还包括围绕显示区域的外框区域，这些外框区域会在拼接的图像中显示为黑边。为了尽可能消除黑边，外框区域会做得尽可能窄，甚至完全没有边框，也即所谓的“无边框显示器”，但是拼接接缝无法消除。
图像显示器100还包括光导板102，布置在平板显示器的观察者一侧。在光学结构设计上，光导板102需要同时满足透镜阵列分光的功能和使得拼接缝不可见的功能。拼接缝隙在三维图像上叠加黑色线框，严重影响三维视觉，需要将其消除。在本实施例中，光导板102包括：透镜阵列，用于基于平板显示器显示的二维图像生成三维图像。透镜阵列分光的功能使得产生可以裸眼观察的三维图像。光导板102还包括接缝消除结构，布置在平板显示器的拼接缝附近，用于通过折射使得只有从平板显示器的显示区域发出的光线被观察到，从而使得拼接缝隙对于观察者而言不可见。可以采取多种方式使得只有从平板显示器的显示区域发出的光线被观察到。例如，在一种实现方式中，接缝消除结构配置用于通过折射使得只有从平板显示器的显示区域发出的光线被输出到图像显示器100的观看区域。
在一些实施例中，接缝消除结构的数量与平板显示器之间的接缝数量一致。在一些实施例中，光导板可以由多块导板组成，导板的数量与平板显示器的数量一致并一一对应。
在一些实施例中，光导板102为单层复合结构，其中透镜阵列与接缝消除结构可以布置在光导板的同一侧或不同侧。
在另一些实施例中，光导板102为双层结构，包括透镜阵列层和接缝消除层，其中透镜阵列层一侧布置有透镜阵列，另一侧为平面，接缝消除层一侧布置有接缝消除结构，另一侧为平面。
在各种结构中，取决于透镜阵列到平板显示器的距离，图像显示器还可以包括布置在面向平板显示器一侧的透明平板层，用于调整光导板中透镜阵列到平板显示器的距离，使得平板显示器的像平面位于透镜阵列的焦平面上。
可以设计各种光学结构来实现接缝消除。在一个可选的实现方式中，接缝消除结构可以是楔形沟槽结构，该楔形沟槽结构的截面为楔形，沿着平板显示器的接缝方向形成沟槽。构成楔形沟槽结构的表面可以是平面或曲面。楔形沟槽结构内的空间可以为真空，或填充有气体、液体或固体。透镜阵列和楔形沟槽结构布置在光导板的不同侧上。
图2a示出了具有楔形沟槽结构的单层复合光导板的一种实施例的结构示意图。该示意图示出了图像显示器拼接的两个相邻平板显示器及布置在其观察者一侧的光导板。图2a中，编号41是平面显示器可以显示图像像素的区域(显示区域)，编号51是平面显示器不能显示图像的区域(边框区域)。编号42和编号52是另一台平面显示器的显示图像区域(显示区域)和不能显示图像的区域(边框区域)。如图2a所示，该光导板为单层复合结构。此单层可以由多块导板组成，导板的数量与平板显示器的数量一致并一一对应。光导板的两面都具有光学结构。面向观察者，光导板的前方的表面是透镜阵列1。透镜阵列可以包括由行和列组成的透镜，也可以包括棱柱透镜。光导板的后方的表面包含多个楔形沟槽2，楔形沟槽的截面为楔形，构成楔形沟槽结构的表面为平面，沿着相邻的两块平板显示器的接缝方向形成沟槽。沟槽的数量与平板显示器的接缝数量一致，并且每个接缝对应于一个楔形沟槽。
如图2a所示，楔形沟槽可以对入射光线产生偏折，使得从观察者一侧进入的平行光线经过偏折落入与该沟槽对应的两侧的平板显示器的显示区域41、42。换言之，只有从平板显示器的显示区域发出的光线才被引导至观察者。这样，平板显示器的边框区域，即平板显示器不能显示图像的区域51、52，不会被观察者看到，也就不会产生干扰三维图像质量的黑色缝隙。
图2b示出了具有楔形沟槽结构的单层复合光导板的另一实施例的结构示意图。与图2a相比，在此实施例中，构成楔形沟槽结构2的表面为曲面。
取决于光导板与平板显示器的相对位置，更具体地，取决于光导板的透镜阵列到平板显示器的距离，图像显示器还可以包括布置在面向平板显示器一侧的透明平板层，用于调整光导板中透镜阵列到平板显示器的距离，使得平板显示器的像平面位于透镜阵列的焦平面上。
图3示出了具有楔形沟槽结构的单层复合光导板的又一实施例的结构示意图。在此实施例中，光导板与一透明平板层共同使用。该透明平板层可以是透明平面玻璃板。如图3所示，面向观察者，光导板的前方表面存在至少两部分区域，一部分区域对应于平板显示器的显示区域41、42，这部分区域面向观察者的一面具有平板结构，不对入射光线产生非线性光线偏折。另一部分区域对应于平板显示器的边框区域51、52，这部分区域包含多个楔形沟槽结构2，对入射光线产生非线性光线偏折，使得从观察者一侧进入的平行光线经过偏折落入平板显示器的显示区域，也即只有从平板显示器的显示区域发出的光线才被引导至观察者。构成楔形沟槽结构的表面可以为平面(如虚线所示)或曲面。光导板的后方是透镜阵列1。在光导板与平板显示器之间是具有一定厚度的透明平板层3，该透明平板层的厚度在透镜阵列的透镜焦距值附近，用来为透镜阵列提供焦距。光导板与透明平板层之间的缝隙空间可以为真空，或填充有气体、液体或固体。
如前面所提到的，光导板也可以是双层结构，其中透镜阵列和接缝消除结构实现在不同的层上。透镜阵列层和接缝消除层可以具有多种相对位置关系。光导板的双层结构之间的缝隙空间可以为真空，或填充有气体、液体或固体。
图4a示出了具有楔形沟槽结构的双层结构光导板的一种实施例的结构示意图。如图4a所示，光导板包括透镜阵列层和接缝消除层，透镜阵列层一侧布置有透镜阵列1，另一侧为平面，接缝消除层一侧布置有楔形沟槽2，另一侧为平面。在此实施例中，面向观察者，光导板的前方为透镜阵列层，其最前方的表面是透镜阵列1，光导板的后方为接缝消除层，接缝消除层面向透镜阵列层的表面包含多个楔形沟槽2。
图4b示出了具有楔形沟槽结构的双层结构光导板的另一实施例的结构示意图。与图4a所示的光导板结构不同之处在于，面向观察者，前方的透镜阵列层的前后两个表面的结构相反。
图5a示出了具有楔形沟槽结构的双层结构光导板的又一实施例的结构示意图。如图5a所示，光导板包括透镜阵列层和接缝消除层。在此实施例中，面向观察者，光导板的前方为接缝消除层，其最前方的表面是楔形沟槽2，光导板的后方为透镜阵列层，其面向接缝消除层的表面布置有透镜阵列1。
图5b示出了具有楔形沟槽结构的双层结构光导板的再一实施例的结构示意图。与图5a所示的光导板结构不同之处在于，面向观察者，前方的接缝消除层的前后两个表面的结构相反。
本领域技术人员可以理解，尽管附图中未示出，在具有双层结构的光导板中，透镜阵列层和接缝消除层还可以采取其他位置关系，并且可以相应地添加透明平板层以便为透镜阵列提供焦距。
在另一个可选的实现方式中，接缝消除结构可以是菲涅尔透镜结构。当光导板为单层复合结构时，透镜阵列和菲涅尔透镜结构可以布置在光导板的同一侧或不同侧。当透镜阵列与菲涅尔透镜结构布置在光导板的同一侧时，与平板显示器的显示区域对应的区域具有透镜阵列结构，而与平板显示器的接缝区域对应的区域具有透镜阵列和菲涅尔透镜结合的结构。
图6示出了具有菲涅尔透镜结构的单层复合光导板的一种实施例的结构示意图。如图6所示，面向观察者，光导板的前方是布置在同一侧的透镜阵列与菲涅尔透镜结构。光导板的前方表面存在至少两部分区域，一部分区域对应于平板显示器的显示区域41、42，这部分区域面向平板显示器的一面具有透镜阵列结构1。另一部分区域对应于与其对应的平板显示器的边框区域51、52，这部分区域面向平板显示器的一面具有透镜阵列和菲涅尔透镜相结合的结构6，对入射光线产生偏折，使得从观察者一侧进入的平行光线经过偏折落入平板显示器的像素区域，也即只有从平板显示器的显示区域发出的光线才被引导至观察者。这样，平板显示器的边框区域不会产生干扰三维图像质量的黑色缝隙。
图7示出了具有菲涅尔透镜结构的单层复合光导板的另一实施例的结构示意图。在此实施例中，光导板与一透明平板层共同使用。该透明平板层可以是透明平面玻璃板，这层透明平板层的厚度在透镜阵列透镜焦距值附近。如图7所示，面向观察者，光导板的前方是平面，光导板的后方是布置在同一侧的透镜阵列1与透镜阵列与菲涅尔透镜相结合的结构6。在光导板与平板显示器之间是具有一定厚度的透明平板层3，用来为透镜阵列1提供焦距。
图8示出了具有菲涅尔透镜结构的单层复合光导板的又一实施例的结构示意图。在此实施例中，透镜阵列与菲涅尔透镜结构布置在光导板的不同侧并且光导板与一透明平板层共同使用，该透明平板层的厚度在透镜阵列透镜焦距值附近。如图8所示，面向观察者，光导板的前方是透镜阵列1，光导板的后方表面包含多个菲涅尔透镜结构7。菲涅尔透镜结构的数量与平板显示器的接缝数量一致，并且每个接缝对应于一个菲涅尔透镜结构。菲涅尔透镜结构对入射光线产生偏折，使得从观察者一侧进入的平行光线经过偏折落入与该菲涅尔透镜结构对应的两侧的平板显示器的显示区域，也即只有从平板显示器的显示区域发出的光线才被引导至观察者。这样，平板显示器的边框区域不会被观察者看到。在光导板与平板显示器之间是具有一定厚度的透明平板层3，用来为透镜阵列1提供焦距。菲涅尔透镜结构和透明平板层之间的空间可以为真空，也可以通过气体、液体或固体填充。
图9示出了具有菲涅尔透镜结构的单层复合光导板的再一实施例的结构示意图。与图8不同的是，面向观察者，光导板的前方表面包含多个菲涅尔透镜结构7，光导板的后方是透镜阵列1。
当采用菲涅尔透镜结构时，光导板也可以使用双层结构，其中透镜阵列和接缝消除结构实现在不同的层上。透镜阵列层和接缝消除层可以具有多种相对位置关系。光导板的双层结构之间的缝隙空间可以为真空，或填充有气体、液体或固体。
图10a示出了具有菲涅尔透镜结构的双层结构光导板的一种实施例的结构示意图。如图10a所示，光导板包括透镜阵列层和接缝消除层，透镜阵列层一侧布置有透镜阵列1，另一侧为平面，接缝消除层一侧布置有菲涅尔透镜结构7，另一侧为平面。面向观察者，光导板的前方是透镜阵列层，其最前方的表面是透镜阵列1，光导板的后方是接缝消除层，其面向透镜阵列层的表面包含多个菲涅尔透镜结构7。在光导板与平板显示器之间是具有一定厚度的透明平板层3，用来为透镜阵列1提供焦距。在此实施例中，接缝消除层和透明平板层也可以合为一层。
图10b示出了具有菲涅尔透镜结构的双层结构光导板的另一实施例的结构示意图。与图10a所示的光导板结构不同之处在于，面向观察者，光导板的前方的透镜阵列层的前后两个表面的结构相反。同样的，在此实施例中，接缝消除层和透明平板层也可以合为一层。
本领域技术人员可以理解，尽管附图中未示出，在具有双层结构的光导板中，透镜阵列层和接缝消除层还可以采取其他位置关系，并且可以相应地添加透明平板层以便为透镜阵列提供焦距。
上面描述了本申请的各种示例性实施例，本申请提供的裸眼三维图像显示器通过使用特殊的光学结构使得拼接接缝不可见，从而实现无缝拼接。利用本申请实施例提供的裸眼三维图像显示器，可以在现有的有限的显示器工艺和光学硬件加工精度的限制下，通过无缝拼接，实现大面积的集成成像显示器。
由于在光导板中引入特殊的光学设计结构来消除拼接缝，该特殊光学设计结构也会引入一定的图像变形或畸变。为了进一步提高图像质量，对引入的图像变形进行校正补偿。在一些实施例中，可以用软件的方式校正图像。不同平板显示器之间微小的错位也可能导致三维图像在接缝之间间断，从而引起图像变形，这也可以通过软件对显示图像变形进行补偿，使得三维图像在整个拼接屏幕上在不同的观察视角下都能够连续显示正确的三维形状。在这些实施例中，裸眼三维图像显示器还可以包括处理器，配置用于校正三维图像的变形。进一步地，处理器可以配置用于使用系统成像计算模型来生成三维图像，其中系统成像计算模型通过对裸眼三维图像显示器进行标定而确定。
图11示出了本申请提供的用于校正三维图像的方法的一个实施例的流程图。如图11所示，在步骤1101中，通过标定方法得到系统成像的计算模型。
前面描述了若干种光学结构，每种光学结构可以单独形成一种集成成像显示器的硬件系统。对于具有不同硬件系统的三维图像显示器，可以使用标定的方法获取其成像过程的计算模型。可以使用现有已知或未来开发的任何标定方法来获取系统成像的计算模型。在一种实现中，标定方法例如可以如下进行：在平板显示器上显示若干编码图像，使用一台相机拍摄这些图像；使用图像处理方法对图像进行解码，得到相机像素和显示器像素之间的对应关系；通过这些对应关系，使用软件算法估计出系统成像过程的计算模型。这个计算模型描述了显示在平板显示器上的每个像素对应的光线在三维空间中的位置和姿态。
接着，在步骤1102中，使用系统成像计算模型生成三维图像。
在计算三维图像的时候，对于每个平板显示器上的像素，将其对应的光线与三维物体模型相交，交点处的颜色值赋予该像素，即可得到该三维物体对应的三维图像。由于通过标定得到的系统成像计算模型高精度地描述实际的光线传播情况，利用这个模型，重新生成的图像成像几何关系符合真实的透镜阵列的成像模型，从而可以显示正确的三维图像。
本申请的一些实施例提供了用于校正三维图形的方法，首先通过标定得到系统成像的计算模型，然后使用该计算模型生成三维图像。这提供了一种有效的软件的方法来补偿由于特殊光学结构的引入而导致的图像变形，为实现大屏幕的三维整体成像显示提供了一个具有成本效益的解决方案。
本申请各实施例提供的裸眼三维图像显示器可以应用于具有一定屏幕尺寸的高质量集成成像显示器，例如大屏移动设备和电视，也可以应用在需要高精度显示三维图像的医学用集成成像显示器，还可以应用在需要在户外公共场所使用的大屏幕集成成像显示器等。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。