基于复合针孔偏振片的3D显示装置及方法与流程

本发明涉及3d显示，更具体地说，本发明涉及基于复合针孔偏振片的3d显示装置及方法。

背景技术：

较之助视/光栅3d显示，基于集成成像的3d显示，简称集成成像3d显示，具有无立体观看视疲劳等显著优点，是一种真3d显示。较之全息3d显示，它具有相对较小的数据量、无需相干光源并且无苛刻的环境要求等优点，已成为目前国际上的前沿3d显示方式之一，也是最有希望实现3d电视的一种裸视真3d显示方式。但是，3d分辨率不足的瓶颈问题严重影响了观看者的体验，从而制约了集成成像3d显示的广泛应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供基于复合针孔偏振片的3d显示装置及方法，基于该显示方法的显示装置可以在视区内提供一个超高分辨率3d图像。

本发明提出了基于复合针孔偏振片的3d显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏i，复合针孔偏振片i，复合针孔偏振片ii和显示屏ii；显示屏i，复合针孔偏振片i，复合针孔偏振片ii和显示屏ii平行放置，且对应对齐；复合针孔偏振片i与显示屏i贴合，复合针孔偏振片ii与显示屏ii贴合；复合针孔偏振片i位于显示屏i与复合针孔偏振片ii之间，复合针孔偏振片ii位于复合针孔偏振片i与显示屏ii之间；复合针孔偏振片i带有多组一维针孔i和多组二维针孔i，复合针孔偏振片ii带有多组一维针孔ii和多组二维针孔ii，如附图2和附图3所示；复合针孔偏振片i的偏振方向与复合针孔偏振片ii的偏振方向正交；显示屏i显示复合微图像阵列i，复合微图像阵列i包括多个一维图像元i、多个二维图像元i、多组一维针孔iii和多组二维针孔iii，显示屏ii显示复合微图像阵列ii，复合微图像阵列ii包括多个一维图像元ii、多个二维图像元ii、多组一维针孔iv和多组二维针孔iv，如附图4和附图5所示；每个一维图像元ii均对应多个一维针孔i和多个一维针孔iii，多个一维针孔i和多个一维针孔iii发出的光线照明对应的一维图像元ii重建多个一维3d图像；每个二维图像元ii均对应多个二维针孔i和多个二维针孔iii，多个二维针孔i和多个二维针孔iii发出的光线照明对应的二维图像元ii重建多个二维3d图像；每个一维图像元i均对应多个一维针孔ii和多个一维针孔iv，每个一维图像元i均通过对应的多个一维针孔ii和多个一维针孔iv重建多个一维3d图像；每个二维图像元i均对应多个二维针孔ii和多个二维针孔iv，每个二维图像元i均通过对应的多个二维针孔ii和多个二维针孔iv重建多个二维3d图像；多个一维3d图像和多个二维3d图像在观看区域合并成一个超高分辨率3d图像。

优选的，一维针孔i的组数等于一维针孔iii的组数；每组一维针孔i水平方向上的数目均等于一维图像元ii水平方向上的数目，每组一维针孔iii水平方向上的数目均等于一维图像元ii水平方向上的数目；每组一维针孔i垂直方向上的数目均等于一维图像元ii垂直方向上的数目，每组一维针孔iii垂直方向上的数目均等于一维图像元ii垂直方向上的数目；一维针孔i与一维针孔iii一一对应对齐；每个一维图像元ii均对应多个一维针孔i和多个一维针孔iii，每个一维图像元ii对应的一维针孔i和一维针孔iii的数目均等于一维针孔i的组数，与同一个一维图像元ii对应的一维针孔i和一维针孔iii均以该一维图像元ii的中心为中心水平对称。

优选的，二维针孔i的组数等于二维针孔iii的组数；每组二维针孔i水平方向上的数目均等于二维图像元ii水平方向上的数目，每组二维针孔iii水平方向上的数目均等于二维图像元ii水平方向上的数目；每组二维针孔i垂直方向上的数目均等于二维图像元ii垂直方向上的数目，每组二维针孔iii垂直方向上的数目均等于二维图像元ii垂直方向上的数目；二维针孔i与二维针孔iii一一对应对齐；每个二维图像元ii均对应多个二维针孔i和多个二维针孔iii，每个二维图像元ii对应的二维针孔i和二维针孔iii的数目均等于二维针孔i的组数，与同一个二维图像元ii对应的二维针孔i和二维针孔iii均以该二维图像元ii的中心为中心水平对称。

优选的，一维针孔ii的组数等于一维针孔iv的组数；每组一维针孔ii水平方向上的数目均等于一维图像元i水平方向上的数目，每组一维针孔iv水平方向上的数目均等于一维图像元i水平方向上的数目；每组一维针孔ii垂直方向上的数目均等于一维图像元i垂直方向上的数目，每组一维针孔iv垂直方向上的数目均等于一维图像元i垂直方向上的数目；一维针孔ii与一维针孔iv一一对应对齐；每个一维图像元i均对应多个一维针孔ii和多个一维针孔iv，每个一维图像元i对应的一维针孔ii和一维针孔iv的数目均等于一维针孔ii的组数，与同一个一维图像元i对应的一维针孔ii和一维针孔iv均以该一维图像元i的中心为中心水平对称。

优选的，二维针孔ii的组数等于二维针孔iv的组数；每组二维针孔ii水平方向上的数目均等于二维图像元i水平方向上的数目，每组二维针孔iv水平方向上的数目均等于二维图像元i水平方向上的数目；每组二维针孔ii垂直方向上的数目均等于二维图像元i垂直方向上的数目，每组二维针孔iv垂直方向上的数目均等于二维图像元i垂直方向上的数目；二维针孔ii与二维针孔iv一一对应对齐；每个二维图像元i均对应多个二维针孔ii和多个二维针孔iv，每个二维图像元i对应的二维针孔ii和二维针孔iv的数目均等于二维针孔ii的组数，与同一个二维图像元i对应的二维针孔ii和二维针孔iv均以该二维图像元i的中心为中心水平对称。

优选的，复合针孔偏振片i和复合针孔偏振片ii的厚度相同；一维针孔i、二维针孔i、一维针孔ii、二维针孔ii、一维针孔iii、二维针孔iii、一维针孔iv、二维针孔iv的组数均相同。

优选的，一维针孔i、二维针孔i、一维针孔ii、二维针孔ii、一维针孔iii、二维针孔iii、一维针孔iv和二维针孔iv的孔径宽度均相同；与同一个一维图像元ii对应的相邻一维针孔i的水平间距、与同一个一维图像元ii对应的相邻一维针孔iii的水平间距、与同一个二维图像元ii对应的相邻二维针孔i的水平间距、与同一个二维图像元ii对应的相邻二维针孔iii的水平间距、与同一个一维图像元i对应的相邻一维针孔ii的水平间距、与同一个一维图像元i对应的相邻一维针孔iv的水平间距、与同一个二维图像元i对应的相邻二维针孔ii的水平间距、与同一个二维图像元i对应的相邻二维针孔iv的水平间距均相同。

优选的，一维针孔i、二维针孔i、一维针孔ii、二维针孔ii、一维针孔iii、二维针孔iii、一维针孔iv、二维针孔iv、一维图像元i、二维图像元i、一维图像元ii和二维图像元ii的水平节距均相同；一维针孔i、二维针孔i、一维针孔ii、二维针孔ii、一维针孔iii、二维针孔iii、一维针孔iv、二维针孔iv、一维图像元i、二维图像元i、一维图像元ii和二维图像元ii的垂直节距均相同。

优选的，一维针孔i的水平节距p和垂直节距q分别为

（1）

（2）

其中，w是一维针孔i的孔径宽度，t是复合针孔偏振片i的厚度，z是一维针孔i的组数，a是与同一个一维图像元ii对应的相邻一维针孔i的水平间距，g是复合针孔偏振片i与复合针孔偏振片ii的间距；

3d图像的分辨率为

（3）

其中，q是一维针孔i的水平节距，z是一维针孔i的组数，x是显示屏i单个像素的节距，y是显示屏ii单个像素的节距，m1是每组一维针孔i水平方向上的数目，m2是每组二维针孔i水平方向上的数目，m3是每组一维针孔ii水平方向上的数目，m4是每组二维针孔ii水平方向上的数目，n1是每组一维针孔i垂直方向上的数目，n2是每组二维针孔i垂直方向上的数目，n3是每组一维针孔ii垂直方向上的数目，n4是每组二维针孔ii垂直方向上的数目。

基于复合针孔偏振片的3d显示方法，包括：

复合针孔偏振片i带有多组一维针孔i和多组二维针孔i，复合针孔偏振片ii带有多组一维针孔ii和多组二维针孔ii；复合针孔偏振片i的偏振方向与复合针孔偏振片ii的偏振方向正交；复合微图像阵列i包括多个一维图像元i、多个二维图像元i、多组一维针孔iii和多组二维针孔iii，复合微图像阵列ii包括多个一维图像元ii、多个二维图像元ii、多组一维针孔iv和多组二维针孔iv；将复合针孔偏振片i中的多组一维针孔i和多组二维针孔i、复合针孔偏振片ii中的多组一维针孔ii和多组二维针孔ii、复合微图像阵列ii中的多组一维针孔iv和多组二维针孔iv用做透光针孔；将复合微图像阵列i中的多组一维针孔iii和多组二维针孔iii用做线光源和点光源；每个一维图像元ii均对应多个一维针孔i和多个一维针孔iii，多个一维针孔i和多个一维针孔iii发出的光线照明对应的一维图像元ii重建多个一维3d图像；每个二维图像元ii均对应多个二维针孔i和多个二维针孔iii，多个二维针孔i和多个二维针孔iii发出的光线照明对应的二维图像元ii重建多个二维3d图像；每个一维图像元i均对应多个一维针孔ii和多个一维针孔iv，每个一维图像元i均通过对应的多个一维针孔ii和多个一维针孔iv重建多个一维3d图像；每个二维图像元i均对应多个二维针孔ii和多个二维针孔iv，每个二维图像元i均通过对应的多个二维针孔ii和多个二维针孔iv重建多个二维3d图像；多个一维3d图像和多个二维3d图像在观看区域合并成一个超高分辨率3d图像。

附图说明

附图1为本发明的结构和原理示意图

附图2为本发明的复合针孔偏振片i的示意图

附图3为本发明的复合针孔偏振片ii的示意图

附图4为本发明的复合微图像阵列i的示意图

附图5为本发明的复合微图像阵列ii的示意图

上述附图中的图示标号为：

1.显示屏i，2.复合针孔偏振片i，3.复合针孔偏振片ii，4.显示屏ii，5.一维针孔阵列i，6.二维针孔阵列i，7.一维针孔阵列ii，8.二维针孔阵列ii，9.复合微图像阵列i，10.复合微图像阵列ii，11.一维针孔阵列iii，12.二维针孔阵列iii，13.一维针孔阵列iv，14.二维针孔阵列iv，15.一维图像元i，16.二维图像元i，17.一维图像元ii，18.二维图像元ii。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面详细说明本发明的基于复合针孔偏振片的3d显示装置及方法的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明提出了基于复合针孔偏振片的3d显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏i，复合针孔偏振片i，复合针孔偏振片ii和显示屏ii；显示屏i，复合针孔偏振片i，复合针孔偏振片ii和显示屏ii平行放置，且对应对齐；复合针孔偏振片i与显示屏i贴合，复合针孔偏振片ii与显示屏ii贴合；复合针孔偏振片i位于显示屏i与复合针孔偏振片ii之间，复合针孔偏振片ii位于复合针孔偏振片i与显示屏ii之间；复合针孔偏振片i带有多组一维针孔i和多组二维针孔i，复合针孔偏振片ii带有多组一维针孔ii和多组二维针孔ii，如附图2和附图3所示；复合针孔偏振片i的偏振方向与复合针孔偏振片ii的偏振方向正交；显示屏i显示复合微图像阵列i，复合微图像阵列i包括多个一维图像元i、多个二维图像元i、多组一维针孔iii和多组二维针孔iii，显示屏ii显示复合微图像阵列ii，复合微图像阵列ii包括多个一维图像元ii、多个二维图像元ii、多组一维针孔iv和多组二维针孔iv，如附图4和附图5所示；每个一维图像元ii均对应多个一维针孔i和多个一维针孔iii，多个一维针孔i和多个一维针孔iii发出的光线照明对应的一维图像元ii重建多个一维3d图像；每个二维图像元ii均对应多个二维针孔i和多个二维针孔iii，多个二维针孔i和多个二维针孔iii发出的光线照明对应的二维图像元ii重建多个二维3d图像；每个一维图像元i均对应多个一维针孔ii和多个一维针孔iv，每个一维图像元i均通过对应的多个一维针孔ii和多个一维针孔iv重建多个一维3d图像；每个二维图像元i均对应多个二维针孔ii和多个二维针孔iv，每个二维图像元i均通过对应的多个二维针孔ii和多个二维针孔iv重建多个二维3d图像；多个一维3d图像和多个二维3d图像在观看区域合并成一个超高分辨率3d图像。

优选的，一维针孔i的组数等于一维针孔iii的组数；每组一维针孔i水平方向上的数目均等于一维图像元ii水平方向上的数目，每组一维针孔iii水平方向上的数目均等于一维图像元ii水平方向上的数目；每组一维针孔i垂直方向上的数目均等于一维图像元ii垂直方向上的数目，每组一维针孔iii垂直方向上的数目均等于一维图像元ii垂直方向上的数目；一维针孔i与一维针孔iii一一对应对齐；每个一维图像元ii均对应多个一维针孔i和多个一维针孔iii，每个一维图像元ii对应的一维针孔i和一维针孔iii的数目均等于一维针孔i的组数，与同一个一维图像元ii对应的一维针孔i和一维针孔iii均以该一维图像元ii的中心为中心水平对称。

优选的，二维针孔i的组数等于二维针孔iii的组数；每组二维针孔i水平方向上的数目均等于二维图像元ii水平方向上的数目，每组二维针孔iii水平方向上的数目均等于二维图像元ii水平方向上的数目；每组二维针孔i垂直方向上的数目均等于二维图像元ii垂直方向上的数目，每组二维针孔iii垂直方向上的数目均等于二维图像元ii垂直方向上的数目；二维针孔i与二维针孔iii一一对应对齐；每个二维图像元ii均对应多个二维针孔i和多个二维针孔iii，每个二维图像元ii对应的二维针孔i和二维针孔iii的数目均等于二维针孔i的组数，与同一个二维图像元ii对应的二维针孔i和二维针孔iii均以该二维图像元ii的中心为中心水平对称。

优选的，一维针孔ii的组数等于一维针孔iv的组数；每组一维针孔ii水平方向上的数目均等于一维图像元i水平方向上的数目，每组一维针孔iv水平方向上的数目均等于一维图像元i水平方向上的数目；每组一维针孔ii垂直方向上的数目均等于一维图像元i垂直方向上的数目，每组一维针孔iv垂直方向上的数目均等于一维图像元i垂直方向上的数目；一维针孔ii与一维针孔iv一一对应对齐；每个一维图像元i均对应多个一维针孔ii和多个一维针孔iv，每个一维图像元i对应的一维针孔ii和一维针孔iv的数目均等于一维针孔ii的组数，与同一个一维图像元i对应的一维针孔ii和一维针孔iv均以该一维图像元i的中心为中心水平对称。

优选的，二维针孔ii的组数等于二维针孔iv的组数；每组二维针孔ii水平方向上的数目均等于二维图像元i水平方向上的数目，每组二维针孔iv水平方向上的数目均等于二维图像元i水平方向上的数目；每组二维针孔ii垂直方向上的数目均等于二维图像元i垂直方向上的数目，每组二维针孔iv垂直方向上的数目均等于二维图像元i垂直方向上的数目；二维针孔ii与二维针孔iv一一对应对齐；每个二维图像元i均对应多个二维针孔ii和多个二维针孔iv，每个二维图像元i对应的二维针孔ii和二维针孔iv的数目均等于二维针孔ii的组数，与同一个二维图像元i对应的二维针孔ii和二维针孔iv均以该二维图像元i的中心为中心水平对称。

优选的，复合针孔偏振片i和复合针孔偏振片ii的厚度相同；一维针孔i、二维针孔i、一维针孔ii、二维针孔ii、一维针孔iii、二维针孔iii、一维针孔iv、二维针孔iv的组数均相同。

优选的，一维针孔i、二维针孔i、一维针孔ii、二维针孔ii、一维针孔iii、二维针孔iii、一维针孔iv和二维针孔iv的孔径宽度均相同；与同一个一维图像元ii对应的相邻一维针孔i的水平间距、与同一个一维图像元ii对应的相邻一维针孔iii的水平间距、与同一个二维图像元ii对应的相邻二维针孔i的水平间距、与同一个二维图像元ii对应的相邻二维针孔iii的水平间距、与同一个一维图像元i对应的相邻一维针孔ii的水平间距、与同一个一维图像元i对应的相邻一维针孔iv的水平间距、与同一个二维图像元i对应的相邻二维针孔ii的水平间距、与同一个二维图像元i对应的相邻二维针孔iv的水平间距均相同。

优选的，一维针孔i、二维针孔i、一维针孔ii、二维针孔ii、一维针孔iii、二维针孔iii、一维针孔iv、二维针孔iv、一维图像元i、二维图像元i、一维图像元ii和二维图像元ii的水平节距均相同；一维针孔i、二维针孔i、一维针孔ii、二维针孔ii、一维针孔iii、二维针孔iii、一维针孔iv、二维针孔iv、一维图像元i、二维图像元i、一维图像元ii和二维图像元ii的垂直节距均相同。

优选的，一维针孔i的水平节距p和垂直节距q分别为

（1）

（2）

其中，w是一维针孔i的孔径宽度，t是复合针孔偏振片i的厚度，z是一维针孔i的组数，a是与同一个一维图像元ii对应的相邻一维针孔i的水平间距，g是复合针孔偏振片i与复合针孔偏振片ii的间距；

3d图像的分辨率为

（3）

其中，q是一维针孔i的水平节距，z是一维针孔i的组数，x是显示屏i单个像素的节距，y是显示屏ii单个像素的节距，m1是每组一维针孔i水平方向上的数目，m2是每组二维针孔i水平方向上的数目，m3是每组一维针孔ii水平方向上的数目，m4是每组二维针孔ii水平方向上的数目，n1是每组一维针孔i垂直方向上的数目，n2是每组二维针孔i垂直方向上的数目，n3是每组一维针孔ii垂直方向上的数目，n4是每组二维针孔ii垂直方向上的数目。

基于复合针孔偏振片的3d显示方法，包括：

复合针孔偏振片i带有多组一维针孔i和多组二维针孔i，复合针孔偏振片ii带有多组一维针孔ii和多组二维针孔ii；复合针孔偏振片i的偏振方向与复合针孔偏振片ii的偏振方向正交；复合微图像阵列i包括多个一维图像元i、多个二维图像元i、多组一维针孔iii和多组二维针孔iii，复合微图像阵列ii包括多个一维图像元ii、多个二维图像元ii、多组一维针孔iv和多组二维针孔iv；将复合针孔偏振片i中的多组一维针孔i和多组二维针孔i、复合针孔偏振片ii中的多组一维针孔ii和多组二维针孔ii、复合微图像阵列ii中的多组一维针孔iv和多组二维针孔iv用做透光针孔；将复合微图像阵列i中的多组一维针孔iii和多组二维针孔iii用做线光源和点光源；每个一维图像元ii均对应多个一维针孔i和多个一维针孔iii，多个一维针孔i和多个一维针孔iii发出的光线照明对应的一维图像元ii重建多个一维3d图像；每个二维图像元ii均对应多个二维针孔i和多个二维针孔iii，多个二维针孔i和多个二维针孔iii发出的光线照明对应的二维图像元ii重建多个二维3d图像；每个一维图像元i均对应多个一维针孔ii和多个一维针孔iv，每个一维图像元i均通过对应的多个一维针孔ii和多个一维针孔iv重建多个一维3d图像；每个二维图像元i均对应多个二维针孔ii和多个二维针孔iv，每个二维图像元i均通过对应的多个二维针孔ii和多个二维针孔iv重建多个二维3d图像；多个一维3d图像和多个二维3d图像在观看区域合并成一个超高分辨率3d图像。

一维针孔i的孔径宽度为1mm，复合针孔偏振片i的厚度为1mm，一维针孔i的组数为2，与同一个一维图像元ii对应的相邻一维针孔i的水平间距为0.5mm，复合针孔偏振片i与复合针孔偏振片ii的间距为2mm，显示屏i单个像素的节距为0.1mm，显示屏ii单个像素的节距为0.1mm，每组一维针孔i水平方向上的数目为100，每组二维针孔i水平方向上的数目为100，每组一维针孔ii水平方向上的数目为100，每组二维针孔ii水平方向上的数目为100，每组一维针孔i垂直方向上的数目为60，每组二维针孔i垂直方向上的数目为60，每组一维针孔ii垂直方向上的数目为60，每组二维针孔ii垂直方向上的数目为60，则由式（1）和（2）计算得到一维针孔i的水平节距和垂直节距分别为4.5mm和3.5mm，由式（3）计算得到3d图像的分辨率为288000。基于上述参数的传统集成成像3d显示的分辨率为24000。