一种基于正交相机的3D成像显示装置的制作方法

本发明属于3D成像技术领域，具体涉及一种适用于显示正交相机获取内容的裸眼立体显示方法及装置。

背景技术：

Aliscopy公司是多视角3D显示器的市场领导者之一，它独特的8视角裸眼3D显示装置在美国，欧洲和亚洲数字显示市场上广泛使用。它工作的原理是利用普通2D相机进行预渲染得到8张含有不同角度的2D图像，并进行预合成一张3D图像，然后通过使用柱状式光栅栏作为显示装置，逆时针旋转一定角度，牺牲垂直分辨率以获得更多的水平分辨率，平衡纵横像素比，以此获得良好的3D运动和深度视差。上述方法中，因为显示装置的横向物理尺寸即柱状式光栅栏较宽，即便是显示装置旋转一定角度仍然无法消除摩尔效应的影响，摩尔效应的存在产生摩尔纹，降低画面质量。

此外还有采用视障光栅显示装置，该显示装置主要利用像素通过视障光栅的透光孔投射，合成显示画面，然而目前的视障光栅显示装置的横向物理尺寸即视障光栅的透光孔较大，画面常常因存在黑色区域的遮挡关系，3D画面较为黑暗，屏幕亮度整体偏低。因而需要改进3D画面的显示方法，提高3D画面的显示质量。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种看光效果好、平顺度高，可将画面准确、清晰显示的基于正交相机的3D成像显示方法及装置。

技术方案：本发明所述一种基于正交相机的3D成像显示方法，以正交相机采集3D场景并合成虚拟3D渲染图片，缩小显示装置上像素投射通道的横向物理尺寸至像素间距的三分之一构成子像素投射通道，每相邻的三个子像素投射通道构成一组新的像素投射通道，得到精细化显示装置；虚拟3D渲染图片上单个连续投影的子像素R、G、B分别通过一组新的像素投射通道中不同子像素投射通道进行水平分布投射，在显示屏上排列组合得到3D显示画面。

进一步地，为提高3D画面呈现效果，所述精细化显示装置为10视角显示装置。

进一步地，为消除因像素投射通道较宽导致的黑暗区域遮挡，造成3D画面较暗，屏幕亮度整体偏低的问题，所述精细化显示装置为视障光栅显示装置，包括若干组视障光栅栏栅和显示屏，所述视障光栅栏栅位于虚拟3D渲染图片和显示屏之间；每3组视障光栅栏栅对应一组10视角像素阵列；每组视障光栅栏栅之间的水平距离为10亚像素，每组视障光栅栏栅包括视障光栅挡板和透光微孔，其中视障光栅挡板和透光微孔的宽度比例为9：1，所述透光微孔为子像素投射通道，三个相邻的子像素投射通道构成一组新的像素投射通道；虚拟3D渲染图片上单个连续投影的子像素R、G、B分别通过一组新的像素投射通道中三个不同子像素投射通道水平投射，在显示屏上排列组合得到3D显示画面。

进一步地，为最大化的消除摩尔效应，提高3D成像效果，所述精细化显示装置为柱状式光栅显示装置，包括柱状式光栅栏透镜和显示屏，所述柱状式光栅栏透镜位于虚拟3D渲染图片和显示屏之间；每三个所述的柱状式光栅栏透镜对应一组10视角像素阵列；每个所述的柱状式光栅栏透镜为一个子像素投射通道，三个相邻的子像素投射通道构成一组新的像素投射通道；虚拟3D渲染图片上单个连续投影的子像素R、G、B分别通过一组新的像素投射通道中三个不同子像素投射通道水平投射，在显示屏上排列组合得到3D显示画面。

为进一步消除摩尔效应，排出摩尔效应的影响，所述柱状式光栅栏水平翻18.43°。

本发明还提供了采用上述方法的3D成像显示装置，包括正交相机、图像处理器、精细化显示装置、微处理器、存储器和显示屏，所述正交相机与图像处理器电连接，微处理器与图像处理器以及存储器电连接，所述正交相机记录3D场景并由图像处理器合成虚拟3D渲染图片，所述精细化显示装置位于3D渲染图片与显示屏之间；所述精细化显示装置中具有子像素投射通道，每相邻的三个子像素投射通道构成一组新的像素投射通道；虚拟3D渲染图片上单个连续投影的子像素R、G、B分别通过一组新的像素投射通道中不同子像素投射通道进行水平分布投射，在显示屏上排列组合得到3D显示画面。

进一步地，该装置中所述精细化显示装置为视障光栅显示装置，包括若干组视障光栅栏栅和显示屏，所述视障光栅栏栅位于虚拟3D渲染图片和显示屏之间；每3组视障光栅栏栅对应一组10视角像素阵列；每组视障光栅栏栅之间的水平距离为10亚像素，每组视障光栅栏栅包括视障光栅挡板和透光微孔，其中视障光栅挡板和透光微孔的宽度比例为9：1，所述透光微孔为子像素投射通道，三个相邻的子像素投射通道构成一组新的像素投射通道；虚拟3D渲染图片上单个连续投影的子像素R、G、B分别通过一组新的像素投射通道中三个不同子像素投射通道水平投射，在显示屏上排列组合得到3D显示画面。

进一步地，该装置中所述精细化显示装置为柱状式光栅显示装置，包括柱状式光栅栏透镜和显示屏，所述柱状式光栅栏透镜位于虚拟3D渲染图片和显示屏之间；每三个所述的柱状式光栅栏透镜对应一组10视角像素阵列；每个所述的柱状式光栅栏透镜为一个子像素投射通道，三个相邻的子像素投射通道构成一组新的像素投射通道；虚拟3D渲染图片上单个连续投影的子像素R、G、B分别通过一组新的像素投射通道中三个不同子像素投射通道水平投射，在显示屏上排列组合得到3D显示画面。

进一步地，该装置中所述柱状式光栅栏水平翻18.43°。

有益效果：(1)本发明方案中通过缩小显示装置的横向物理宽度，得到精细化显示装置，该精细化显示装置重新定义3D图像，并使重新定义3D图像准确、清晰地通过显示装置传递到空间中，使画面的平顺度得到大幅提升；(2)本发明方案适用于视障光栅显示装置，将视障光栅显示装置的像素投射微孔缩小至原尺寸的三分之一，每三个缩小后像素投射微孔构成一组新的像素投射通道，将相邻子像素分散进入相邻镜头，从而使3D显示画面更为平顺，同时该方法精细化了视障光栅的不透明区域(黑色光栅区域)，故有效的解决了因采用视障光栅遮挡法的3D显示效果由于黑色光栅栏间距过大而导致的屏幕亮度过暗，3D场景显示质量不足的缺陷；(3)本发明方案适用于柱状式光栅显示装置，将视障光栅显示装置的柱状式光栅栏透镜横向宽度缩小至原尺寸的三分之一，每三个缩小后像素投射透镜构成一组新的像素投射通道，将相邻子像素分散进入相邻镜头，精细化了3D场景的成像质量，减小了摩尔效应的影响，并通过水平翻转柱状式光栅栏18.43度，达到完全消除摩尔效应影响的效果。

附图说明

图1为本发明中3D成像显示装置的整体结构示意图；

图2为实施例1中精细化显示装置的成像原理示意图；

图3为实施例2中精细化显示装置的成像原理示意图；

图4为实施例2中精细化显示装置的翻转效果示意图；

图5为现有柱状式光栅显示装置的成像原理示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：一种基于正交相机的3D成像显示方法，以正交相机采集3D场景并合成虚拟3D渲染图片，缩小显示装置上像素投射通道的横向物理尺寸至像素间距的三分之一构成子像素投射通道，每相邻的三个子像素投射通道构成一组新的像素投射通道，得到精细化显示装置；虚拟3D渲染图片上单个连续投影的子像素R、G、B分别通过一组新的像素投射通道中不同子像素投射通道进行水平分布投射，在显示屏上排列组合得到3D显示画面；所述精细化显示装置为10视角显示装置。

采用上述方法的3D成像显示装置，包括正交相机、图像处理器、精细化显示装置、微处理器、存储器和显示屏，所述正交相机与图像处理器电连接，微处理器与图像处理器以及存储器电连接，所述正交相机记录3D场景并由图像处理器合成虚拟3D渲染图片，所述精细化显示装置位于3D渲染图片与显示屏之间。

该装置中所述精细化显示装置为视障光栅显示装置，包括若干组视障光栅栏栅1和显示屏2，所述视障光栅栏栅1位于虚拟3D渲染图片3和显示屏2之间；每3组视障光栅栏栅1对应一组10视角像素阵列4；每组视障光栅栏栅1之间的水平距离为10亚像素5，每组视障光栅栏栅包括视障光栅挡板11和透光微孔12，其中视障光栅挡板11和透光微孔12的宽度比例为9：1，所述透光微孔12为子像素投射通道，三个相邻的子像素投射通道构成一组新的像素投射通道；虚拟3D渲染图片上单个连续投影的子像素R、G、B分别通过一组新的像素投射通道中三个不同子像素投射通道水平投射，在显示屏3上排列组合得到3D显示画面。

如图2所示，提供了具有规则排列的像素分布区域，给出了原始像素与子像素重新排列后的像素映射分布图，视障光栅栅距；像素通过视障光栅的黑色光栅遮挡，从透光微孔投射出子像素，子像素在一定空间区域内排列组合形成可供观看的3D影像。每个视障光栅由遮挡区域的黑色光栅以及形成发光区域的透光微孔组成，且每个视障光栅均匀规则地安装在显示屏前。本装置可以由显示屏的2D分辨率，像素间隔(pp)得到具体计算制作视障光栅栏间距及黑色光栅宽度的公式为：

视障光栅数量＝水平2D分辨率×像素间隔(pp)÷视障光栅宽度

3D水平分辨率＝2D水平分辨率÷3D视角数

该计算公式适用于所有本像素方法的3D显示装置。

如表1所示，为以像素间隔为0.282(水平)X 0.282(垂直)mm为例通过上述公式计算得到的所需制作的视障光栅具体尺寸。

表1以像素间隔为0.282(水平)X 0.282(垂直)mm为例计算得到的所需制作的视障光栅具体尺寸

采用上述装置，缩小了视障光栅宽度，使3D显示画面更为平顺，精细化了视障光栅的不透明区域(黑色光栅区域)，故有效的解决了因采用视障光栅遮挡法的3D显示效果由于黑色光栅栏间距过大而导致的屏幕亮度过暗，3D场景显示质量不足的缺陷。

实施例2：本实施例中的3D显示方法与装置与实施例1基本相同，其不同在于，本实施例中的精细化显示装置采用柱状式光栅显示装置，包括柱状式光栅栏透镜6和显示屏，所述柱状式光栅栏透镜6位于虚拟3D渲染图片和显示屏之间；每三个所述的柱状式光栅栏透镜6对应一组10视角像素阵列4’；每个所述的柱状式光栅栏透镜为一个子像素投射通道，三个相邻的子像素投射通道构成一组新的像素投射通道；虚拟3D渲染图片上单个连续投影的子像素R、G、B分别通过一组新的像素投射通道中三个不同子像素投射通道水平投射，在显示屏上排列组合得到3D显示画面。如图5所示，为现有柱状式光栅显示装置的成像原理示意图，其柱状式光栅栏透镜6’的宽度为本发明装置中柱状式光栅栏透镜6的三倍。

如图3所示，提供了具有规则排列的像素分布区域，给出了原始像素与子像素重新排列后的像素映射分布图，透镜光栅栅距，子像素通过柱状式透镜光栅的中点后，在一定空间区域内形成可供观看的3D像素，本装置可以由显示屏的2D分辨率，像素间隔(pp)得到具体计算制作视障光栅栏间距及黑色光栅宽度的公式为：

柱状式光栅数量＝水平2D分辨率×像素间隔(pp)÷柱状式光栅宽度

3D水平分辨率＝2D水平分辨率÷3D视角数

如表2所示，为以像素间隔为0.4845(水平)X 0.4845(垂直)mm为例通过上述公式计算得到的所需制作的视障光栅具体尺寸。

表2以像素间隔为0.4845(水平)X 0.4845(垂直)mm为例计算得到的所需制作的视障光栅具体尺寸

采用上述装置，缩小了柱状式光栅间距，减小了摩尔效应的影响提高了3D成像效果。

此外，为提高水平分辨率，如图4所示，还可在本实施例的基础上将柱状式光栅栏透镜逆时针旋转α＝18.43°，其中图4中，椭圆框7内为翻转后3D映射格式，翻转可以使柱状式透镜的水平分辨率增加3倍，垂直分辨率减少3倍，从而获得最佳的3D观赏效果。具体分辨率计算公式为：

3D水平分辨率＝(2D水平分辨率×3)/3D视角数

3D垂直分辨率＝2D垂直分辨率/3。

通过对以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清晰地了解到本实用新型可借助相关软件制作符合正交相机的虚拟3D图像，并通过必须的通用硬件的方式来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，譬如本发明关于像素投射的描述，可以应用于现有的任何3D显示领域，其通用于柱状式光栅显示法以及视障光栅栏显示法，因此，任何熟悉本技术领域的技术人员子本发明揭露的技术范围内，可轻易举一反三，得出变化或替换的结果都应涵盖在本发明的保护范围之内。故本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。