真三维图像显示系统及真三维图像显示方法
【专利摘要】本发明涉及一种真三维图像显示系统及真三维图像显示方法。该系统包括：至少一个图像源，用于以预设的时序生成对应于多个视场的图像光束；显示屏幕；成像装置，具有对应于多个视场的多个成像区域，成像装置的多个成像区域用于接收对应的图像光束并从不同角度将接收的图像光束成像到显示屏幕；光学扫描装置，用于将图像源生成的对应多个视场的图像光束按预设的时序导引至成像装置的对应的成像区域。本发明具有成本低、校准难度低、图像清晰的优点。
【专利说明】真三维图像显示系统及真三维图像显示方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及图像显示技术，尤其涉及一种真三维图像显示系统以及真三维图像显示方法。
【背景技术】
[0002]所谓“真三维显示”是指被显示的三维物体之间的相对位置关系也被真实地体现，构成真正意义上的三维空间图像，具有真实物理深度和图像质量的表面特性，观察者不需要任何辅助设备就可以从多个方向任意观察被显示物体，感知最真实、完整的三维信息。真三维显示技术从根本上更新了图像显示的概念，使显示的图像栩栩如生，向观看者提供了完备的心理和生理上的三维感知信息，为理解三维图像和其中物体之间的空间关系提供了独特的手段。
[0003]光场是描述物体在某一区域发光特性的一个函数。一般说来，光场函数G(x，y，z, a, i3，t)，其为六维函数，其中(x，y，z)描述发光点三维位置(α，β)描述发光方向，t是时间。如果考虑到光线的各种特性(比如极性，相位等)，光场函数还会更为复杂。从光场理论出发，真三维显示系统的目标，就是尽可能真实地重构并再现真实物体所生成的光场，从而使观察者得到与看到真实物体相似的三维感知。
[0004]参考图，11，由于真实物体生成的光场函数是空间和角度的连续函数，如果用多个视场(multiview)来模拟，则需要无限个数的视场。无限个数的视场无法进行工程实现。光场三维显示系统的工作原理是，用有限个视场(如视场a-Ι)来近似连续分布的光场。由于人眼对空间和角度的分辨率是有限的，从感知和显示效果的角度来说，无需重构连续分布的光场函数。对连续分布的光场函数分别沿空间、角度和时间轴进行离散采样，用有限个数的视场来模拟光场函数，是光场三维显示技术的出发点。
[0005]现有真三维图像显示技术主要包括:图12所示的采用遮拦光栅的多视场光场三维显示系统和图13所示的采用柱面镜阵列的多视场光场三维显示系统。这两种技术在现有平板显示屏幕表面加上一层特殊的光学结构生成具有多视场的光场三维显示效果。
[0006]图12所示的系统包括一层刻有光栅孔径122的遮拦物121，位于不同水平位置的观察者可以透过光栅孔径122看到与其观察位置(如视场al-a8)相对应的视场图像。
[0007]图13所不的系统包括一层柱面镜阵列131，柱面镜阵列131包括多个柱面镜132，位于不同水平位置的观察者可以透过各柱面镜132的折射，看到与其观察位置(如视场bl-b5)相对应的视场图像。
[0008]上述系统的主要缺陷是图像清晰度低。现有平面显示器的图像清晰度有限，假定其水平方向的分辨率为N。为了生成k个视场的显示效果，上述系统在水平方向上的分辨率被降低为N/k。这使得图像质量大大降低，不能达到观众可以接受的程度。
[0009]现有技术中还提出了一种应用多投影仪的多视场三维图像显示技术。
[0010]参考图14a，图14a为一种现有的采用多个投影仪进行正投影来生成三维显示效果的系统示意图。每个投影仪141a对应每个视场生成相应的图像并投射在柱面镜阵列142a上。根据柱面镜的光学特性，在水平方向上，光线被聚焦到反射散射屏(即平板显示屏幕)143a上，然后向对应的投影仪141a的方向反射回去。实际上光线透过柱面镜两次，第一次柱面镜将光线聚焦在反射散射屏143a上，第二次同一个柱面镜则将光线原路反射回去。这样，观察者在不同的水平视场就可以看到不同的投影仪投射出的图像。如果这些投影仪分别投射出三维物体相应于该视场的图像，观察者便可以获得三维显示的视觉效果，到达真三维显示的目的。
[0011]参考图14b，与图14a中的系统的原理基本相似，图14b中的三维显示系统采用双柱面镜阵列142b设置在反射散射屏143b的两侧，采用多个投影仪141b对应多个视场生成相应的图像并投射在一侧的柱面镜阵列142b上，光束被聚焦到反射散射屏(即平板显示屏幕)143b上，然后通过另一侧的柱面镜阵列142b的扩散，观众可从投影仪141b的对面观察到图像，实现了背投影。
[0012]与图12和图13所示的系统相比，图14a和14b所示的系统采用多个投影仪，可以保留每个视场的分辨率，无需被视场个数来进行分割。
[0013]然而这种技术的也有其缺点:
[0014]其一，各个视场的投影图像很容易交叉干扰，致使图像模糊；
[0015]其二，对应每个视场都设置投影仪，成本较高；
[0016]其三，这种系统要求各投影仪的图像都准确校准，难度较大。
【发明内容】
[0017]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0018]本发明的一个主要目的在于提供一种成本较低、校准难度低、图像清晰的真三维图像显示系统及真三维图像显示方法。
[0019]为实现上述目的，本发明提供了一种真三维图像显示系统，包括:
[0020]至少一个图像源，用于以预设的时序生成对应于多个视场的图像光束；
[0021]显示屏幕；
[0022]成像装置，具有对应于该多个视场的多个成像区域，该成像装置的多个成像区域用于接收对应的图像光束并从不同角度将接收的图像光束成像到该显示屏幕；
[0023]光学扫描装置，用于将该图像源生成的对应该多个视场的图像光束按该预设的时序导引至该成像装置的对应的成像区域。
[0024]为实现上述目的，本发明还提供了一种真三维图像显示方法，利用上述的真三维图像显示系统进行真三维图像的显示，该方法包括:
[0025]图像生成步骤:该图像源按照预设的时序生成对应多个视场的图像光束；
[0026]光束导引步骤:该光学扫描装置将该图像源生成的对应该多个视场的图像光束按该预设的时序导引至该成像装置的对应的成像区域；
[0027]成像步骤:该成像装置的多个成像区域从不同角度将接收的图像光束成像到该显示屏幕上进行显示。[0028]本发明的真三维图像显示系统及方法采用可以按照时序生成对应于多个视场的图像光束的图像源，相较对应每个视场都设置图像源的技术，具有成本低和校准难度低的优点，图像源可按照时序分时投射对应于各视场的图像光束，经过光学扫描装置和成像装置对光束的处理来显示三真维图像，避免了多个图像交叉干扰带来的图像模糊的问题，而且避免了由于视场数量的限制而带来的亮度低的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0030]图1为本发明的真三维显示系统的实施例1的结构示意图。
[0031]图2为本发明的真三维显示系统的实施例2的结构示意图。
[0032]图3为本发明的真三维显示系统的实施例3的结构示意图。
[0033]图4为本发明的真三维显示系统的实施例4的结构示意图。
[0034]图5为本发明的真三维显示系统的实施例5的结构示意图。
[0035]图6a为在本发明的真三维显示系统的实施例5中，图像源在触发时间投射图像光束的示意图。
[0036]图6b为在本发明的真三维显示系统的实施例5中，图像源连续投射图像光束的示意图。
[0037]图7为本发明的真三维显示方法的实施例1的流程图。
[0038]图8为本发明的真三维显示方法的实施例2的流程图。
[0039]图9为本发明的真三维显示方法的实施例3的流程图。
[0040]图10为本发明的真三维显示方法的实施例4的流程图。
[0041]图11为现有技术中以有限个视场来近似连续分布的光场的示意图。
[0042]图12为现有技术中采用遮拦光栅的多视场三维显示系统的结构示意图。
[0043]图13为现有技术中采用柱面镜阵列的多视场三维显示系统的结构示意图
[0044]图14a为现有技术中采用多个投影仪进行正投影的三维显示系统的结构示意图。
[0045]图14b为现有技术中采用多个投影仪进行背投影的三维显示系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0046]下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0047]本发明提供了一种真三维图像显示系统，包括:
[0048]至少一个图像源，用于以预设的时序生成对应于多个视场的图像光束；
[0049]显示屏幕；
[0050]成像装置，具有对应于该多个视场的多个成像区域，该成像装置的多个成像区域用于接收对应的图像光束并从不同角度将接收的图像光束成像到该显示屏幕；[0051]光学扫描装置，用于将该图像源生成的对应该多个视场的图像光束按该预设的时序导引至该成像装置的对应的成像区域。
[0052]本发明的真三维图像显示系统可只通过至少一个图像源来生成对应不同视场的图像光束，通过设置光学扫描装置和成像装置，使得对应不同视场的图像显示在显示屏幕上，避免了由于视场数量的限制而带来的亮度低的问题，图像源可按照时序分时投射对应于各视场的图像光束，避免了多个图像交叉干扰带来的图像模糊的问题，也无需采用多个投影装置来提升图像亮度，成本较低，同时避免了多个投影仪校准难度高的问题。
[0053]可选地，本发明的真三维图像显示系统还可包括投射角度调整装置，用于对该光学扫描装置输出的图像光束向该成像装置的投射角度进行调整以使该图像光束投射到成像装置对应的成像区域。
[0054]可选地，成像装置包括多个平面反射镜或多个曲面反射镜，多个平面反射镜的反射面或多个曲面反射镜的反射面对应地形成成像装置的多个成像区域，成像装置的多个成像区域从不同角度将接收的图像光束反射到显示屏幕上进行显示。
[0055]可选地，本发明的真三维图像显示系统还可包括光学整形装置，用于调整图像源生成的图像光束的宽度，光学扫描装置将经光学整形装置调整宽度后的图像光束导引到成像装置对应的成像区域。
[0056]真三维图像显示系统的实施例1
[0057]参考图1，在实施例1中，本发明的真三维图像显示系统的实施例1包括图像源010、成像装置012、光学扫描装置014、显示屏幕016。
[0058]图像源010可为，例如高速投影引擎，该高速投影引擎用以以预设的时序高速生成对应于多个视场的图像光束，例如，可每秒生成数万个图像光束。图像源010的数量可为一个或多个。
[0059]本实施例中的成像装置012包括多个平面反射镜0120，该多个平面反射镜0120的反射面对应地形成成像装置的多个成像区域。如图1所示，该多个平面反射镜0120可首尾相接成圆弧状，或者其他任意空间曲线形状。多个成像区域之间可以首尾相接，部分连接，也可以互不关联。
[0060]本实施例中的光学扫描装置014可为，例如，旋转扫描反射镜，具体地，可为旋转多面棱镜或往复振镜。
[0061]可选地，显示屏幕016可采用，例如柱面镜阵列、遮拦光栅，或全息材料等来显示
真二维图像。
[0062]工作时，例如，图像源010所生成的图像光束可投射在旋转扫描反射镜上，旋转扫描反射镜通过自身的旋转依次到达处于与各平面反射镜对应的位置，并将投射于其上的图像光束反射至对应的平面反射镜，通过平面反射镜继续将图像光束反射至显示屏幕进行显示，由于每个平面反射镜设置的位置是与一个所需的视场对应的，并且各平面反射镜从不同角度将接收的图像光束反射至显示屏幕016上进行显示，也就是说各个平面反射镜反射的图像光束具有不同的光学中心，因此，可以生成类似于多投影仪系统所生成的多视场三维图像显示，此时处于不同视场位置的观察者就可以从不同的角度观察到同一物体的真三维影像。
[0063]如图1所示，作为本实施例的一种可选方案，图像源010所生成的图像光束可经过一定的整形处理后由光学扫描装置导引至对应的平面反射镜0120上，例如，由于光学扫描装置014，例如旋转扫描镜的尺寸限制，图像源010生成的图像光束的宽度可能大于光学扫描装置014的有效宽度，为了避免造成图像显示不完整的问题，对图像光束所做的整形具体可为:采用光学整形装置018对图像源010生成的图像光束的水平宽度进行压缩，生成窄幅的图像光束并投射在光学扫描装置014上。
[0064]如图1所示，作为本实施例的一种可选方案，本发明的真三维图像显示系统还可包括投射角度调整装置013，用于对光学扫描装置014输出的图像光束向成像装置012的投射角度进行调整以使图像光束投射到成像装置012对应的成像区域。例如，旋转扫描镜可通过旋转将接收的图像光束偏转至成像装置012的不同的成像区域，因此，旋转扫描镜输出的图像光束具有不同的偏转角度，通过进一步对旋转扫描镜输出的图像光束的偏转角度进行调整，可使该图像光束准确地投射到成像装置012的对应的成像区域中。例如，由于旋转扫描镜对图像光束的反射角度范围的限制，可能难以获得较大的视场范围，因此，通过这种方式，可通过投射角度调整装置013放大旋转扫描镜对图像光束的偏转角度。
[0065]通过设置投射角度调整装置013，可使得在控制成本、提高显示亮度、降低校准难度的基础上获得需要的视场范围。
[0066]真三维图像显示系统的实施例2
[0067]参考图2，在实施例2中，本发明的真三维图像显示系统的实施例2包括图像源020、成像装置022、光学扫描装置024、显示屏幕026，还可包括投射角度调整装置023和光学整形装置028。本发明真三维图像显示系统的实施例2中的各部件及其结构关系与实施例I的对应部件及其结构关系基本相同，区别仅在于:
[0068]在实施例2中，成像装置022包括多个曲面反射镜0220，该多个曲面反射镜0220的反射面对应地形成成像装置022的多个成像区域。曲面面形可选为凸面，凹面，非球面，自由曲面等，不受限制。
[0069]可选地，成像装置为曲面反射镜，真三维图像显示系统还包括设置于曲面反射镜和显示屏幕之间的投影装置，成像装置的多个成像区域从不同角度将接收的图像光束反射至投影装置，投影装置将接收的图像光束投射到显示屏幕上进行显示。真三维图像显示系统的实施例3
[0070]参考图3，在实施例3中，本发明的真三维图像显示系统的实施例3包括图像源
030、成像装置032、光学扫描装置034、显示屏幕036，还可包括投射角度调整装置033和光学整形装置038。本发明真三维图像显示系统的实施例3中的各部件及其结构关系与实施例I或2的对应部件及其结构关系基本相同，区别在于:
[0071]成像装置032为整片的曲面反射镜，真三维图像显示系统还包括设置于该曲面反射镜和显示屏幕036之间的投影装置035，该投影装置035可为例如投影镜头组，该投影镜头组可包括对应于成像装置032的多个成像区域的多个投影镜头0350，各投影镜头0350用于将成像装置032的对应的成像区域所接收的图像光束投射到显示屏幕036上进行显示。
[0072]按照分时原理，图像源030以非常微小的时间间隔投射出对应各视场的图像光束，并采用曲面反射镜和投影装置向显示屏幕投射图像光束，由于各成像区域向投影装置035所投射的图像光束具有不同的光学中心，可以在显示屏幕036上依次显示对应不同视场的图像光束，因此可生成类似于多投影仪系统所生成的多角度投影效果。[0073]图3中，相较在曲面反射镜和显示屏幕之间设置大尺寸投影镜头，采用投影镜头组可降低成本和系统尺寸。
[0074]真三维图像显示系统的实施例4
[0075]参考图4，在实施例4中，本发明的真三维图像显示系统的实施例4包括图像源040、成像装置042、光学扫描装置044、显示屏幕046、光学整形装置048，还可包括投射角度调整装置043。本发明真三维图像显示系统的实施例4中的各部件及其结构关系与实施例1、2或3的对应部件及其结构关系基本相同，区别在于:
[0076]在实施例4中，真三维图像显不系统还包括光阑045,光阑045可设置在光学整形装置048和光学扫描装置044之间，例如，宽度变窄之后的图像光束可先通过光阑045再投射到光学扫描装置048上。利用光阑045可对投射到光学扫描装置044上的光束进行过滤，达到例如去除杂光、调整光强、限制成像空间范围等目的。
[0077]如图4所示，实施例4中，成像装置042可包括多个曲面反射镜0420，该多个曲面反射镜0420作为成像装置042的多个成像区域，也可首尾相连形成水平线状，或者其他任意空间曲线形状。多个成像区域之间可以首尾相接，部分连接，也可以互不关联。
[0078]可选地，所述成像装置为分段透镜阵列，包括多个透镜，该多个透镜为成像装置的多个成像区域，多个透镜用于从不同角度将接收的图像光束透射至显示屏幕进行显示。
[0079]真三维图像显示系统的实施例5
[0080]参考图5，在实施例5中，本发明的真三维图像显示系统的实施例5包括图像源050、成像装置052、光学扫描装置054、显示屏幕056，还可包括投射角度调整装置053、光学整形装置058。本发明真三维图像显示系统的实施例5中的各部件及其结构关系与实施例
1、2、3或4的对应部件及其结构关系基本相同，区别在于:
[0081]在实施例5中，成像装置052包括为分段透镜阵列，包括多个透镜0520，多个透镜0520为成像装置052的多个成像区域，各透镜0520从不同角度将接收的图像光束透射至显示屏幕056进行显示，由于经透镜0520透射至显示屏幕056的图像光束具有不同的光学中心，因此可生成类似于多投影仪系统的多角度投影效果。此时，如图5所示，显示屏幕056可设置在成像装置052的另一侧(即，非入射光束的一侧)。
[0082]在实施例1-5中，光学整形装置018、028、038、048、058可由多种光学元件，例如各种透镜组合而成，例如，在图4中，光学整形装置048可由一个平凸透镜和两个双凸透镜组成。根据调整的投射角度的需要，投射角度调整装置013、023、033、043、053也可由各种光学元件组成，例如，在图4中，投射角度调整装置043由两个凹透镜组成。
[0083]可选地，图像源包括光束处理器，用于根据该预设的时序对图像源生成的对应任意的连续两个视场的图像光束进行组合处理，以使光学扫描装置将对应于该连续两个视场的图像光束的一部分分别导引至对应于该连续两个视场的两个成像区域。
[0084]真三维图像显示系统的实施例6
[0085]如图6a所示，由于投影装置是按照预设的时序生成对应于多个视场的图像光束的，所生成的图像光束依次被投射在显示屏幕上，可能出现这样的情况，例如，当光学扫描装置(例如旋转扫描仪)处于与各视场对应的位置的瞬间(触发时间)，图像源(例如高速投影引擎)才投射对应的图像光束。此种情况下，可能由于光学扫描装置的连续匀速运动(例如旋转扫描仪连续旋转)，触发时间极为有限，使得对应每个视场的图像光束的曝光时间极为短暂，最终显示在显示屏幕上的时间也极为短暂，人眼的视觉效应无法根据时间积累达到足够的亮度。另外的一个问题是，图像源只在短暂的触发时间才工作，当图像源使用例如可每秒生成数万幅高清图像的高速投影引擎时，就造成了严重的资源浪费。
[0086]参考图6b，基于上述问题，本发明的真三维图像显示系统的实施例6与实施例1、
2、3、4或5的区别在于，还提供了光束处理器(图中未示出)，光束处理器可设置在图像源中，根据该预设的时序对对应于相邻两个视场(如视场#1和视场#2)的图像光束进行组合处理，以生成如图6b所示的“滑动窗口”图像，比如当光学扫描装置处于对应于视场#1和视场#2之间的位置时(即在两个触发时间之间)，投影装置也可以投射对应于视场#1和视场#2的图像光束，对应于视场#1和视场#2的图像光束经光束处理器进行组合后经光学整形装置和/或光阑投射在光学扫描装置上，使得在两个触发时间之间，对应于视场#1和#2的两个成像区域分别接收到对应于视场#1和#2的图像光束的一部分。
[0087]本实施例中，根据该预设的时序是指，例如，时间从第一触发时间tl逐渐到达第二触发时间t2的过程中,在组合的图像光束中，对应于视场#1的图像光束逐渐变少,而对应于视场#2的图像光束逐渐变多，直至到达第二触发时间t2时，投射在显示屏幕上的光束全部为对应于视场#2的图像光束。
[0088]通过设置光束处理器对图像光束进行组合处理，不仅使图像源可以连续不停地工作，避免了资源浪费，而且由于对应每个视场的图像的累积曝光时间大为增加，可大大提高三维图像在显示屏幕上的亮度。
[0089]真三维图像显示方法的实施例1
[0090]参考图7，本发明还公开了一种真三维图像显示方法，利用上述真三维图像显示系统进行真三维图像的显示，其实施例1包括以下步骤:
[0091]图像生成步骤SOll:图像源按照预设的时序生成对应多个视场的图像光束；
[0092]光束导引步骤S015:光学扫描装置将图像源生成的对应多个视场的图像光束按该预设的时序导引至成像装置的对应的成像区域；
[0093]成像步骤S017:成像装置的多个成像区域从不同角度将接收的图像光束成像到显示屏幕上进行显示。
[0094]本实施例中，图像生成步骤SOll可通过高速投影引擎以预设的时序高速生成对应于多个视场的图像光束，例如，可每秒生成数万个图像光束。该预设的时序可为，例如，生成对应于该多个视场的先后顺序和时间间隔。
[0095]光束导引步骤S015中，可通过例如旋转扫描反射镜、旋转多面棱镜或往复振镜的运动来实现。
[0096]成像步骤S017中，可通过对应于该多个视场的多个平面反射镜、曲面反射镜将图像光束反射至显示屏幕，也可通过整片的曲面反射镜将图像光束反射至投影装置，经投影装置投影至显示屏幕，还可通过分段透镜阵列将图像光束透射至显示屏幕。具体请参照对真三维显示系统的实施例1-5的描述。
[0097]本实施例提供的真三维图像显示方法可仅通过图像源来生成对应不同视场的图像光束，通过将图像光束导引至成像装置的对应的成像区域，再通过成像区域从不同角度将图像光束成像到显示屏幕，避免了由于视场数量的限制而带来的亮度低的问题，可按照时序分时投射对应于各视场的图像光束，避免了多个图像交叉干扰带来的图像模糊的问题，也无需采用多个投影装置来提升图像亮度，成本较低，同时避免了多个投影仪校准难度高的问题。
[0098]真三维图像显示方法的实施例2
[0099]参考图8，本发明的真三维图像显示方法的实施例2与实施例1基本相同，在实施例2中，本发明的真三维图像显示方法包括图像生成步骤S021、光束导引步骤S025、成像步骤S027，其与实施例1的区别在于，在图像生成步骤S021和光束导引步骤S025之间还包括:
[0100]组合步骤022:根据该预设的时序对图像源生成的对应任意的连续两个视场的图像光束进行组合处理，以使光学扫描装置将对应于该连续两个视场的图像光束的一部分分别导引至对应于该连续两个视场的两个成像区域。
[0101]该连续两个视场可为，例如图9b中的相邻的视场#1和视场#2，可根据该预设的时序对对应于视场#1和视场#2的图像光束进行组合处理，以生成如图9b所示的“滑动窗口”，具体请参照对真三维显示系统的实施例6的描述，在此不再赘述。
[0102]通过这种方式，避免了资源浪费，而且可大大提高三维图像在显示屏幕上的亮度。
[0103]真三维图像显示方法的实施例3
[0104]参考图9，本发明的真三维图像显示方法的实施例3与实施例1或2基本相同，在实施例3中，本发明的真三维图像显示方法包括图像生成步骤S031、光束导引步骤S035、成像步骤S037，还可包括组合步骤032，其与实施例1或2的区别在于，在图像生成步骤S031和光束导引步骤S035之间还包括:
[0105]光束整形步骤S033:通过光学整形装置调整图像源生成的图像光束的宽度，以使光学扫描装置将经光学整形装置调整宽度后的图像光束导引到所述成像装置对应的成像区域。
[0106]光束整形步骤S033可对图像光束的水平宽度进行压缩，生成窄幅的图像光束并投射在光学扫描装置上，可保证显示图像的完整性。
[0107]真三维图像显示方法的实施例4
[0108]参考图10，本发明的真三维图像显示方法的实施例4与实施例1、2、3或4基本相同，在实施例4中，本发明的真三维图像显示方法包括图像生成步骤S041、光束导引步骤S045、成像步骤S047，还可包括组合步骤042和光束整形步骤S043，其与实施例1、2或3的区别在于，光束导引步骤S045和成像步骤S047之间还包括:
[0109]投射角度调整步骤S046:通过投射角度调整装置对光学扫描装置输出的图像光束向成像装置的投射角度进行调整以使该图像光束投射到该成像装置对应的成像区域。
[0110]通过投射角度调整步骤S046，可使图像光束可以准确地投射到成像装置的对应的成像区域中，并可在控制成本、提高显示亮度、降低校准难度的基础上获得需要的视场范围。
[0111]当前的双目立体眼镜技术、平行遮挡光栅技术、柱面镜技术以及集成显示技术都存在着各种缺陷，比如显示尺寸不大、视场数量少、分辨率低、亮度低、清晰度低不足等。而多投影仪的光场真三维显示系统虽然有获得大视场的潜质，但其存在着个投影仪间校准困难以及价格昂贵等固有的缺陷，与之对应，本发明提出的真三维显示系统及真三维显示方法具有一种或多种独具的优点:[0112]1，结构简单，可只用单台投影装置例如高速投影仪；
[0113]2，高清分辨率，每一个视场的图像均为高清图像；
[0114]3，低成本，只用单台投影装置以及廉价的光学元件，其成本大大低于多投影仪；
[0115]4，视场个数可达数十或数百个，有效地提高了三维显示质量而不增加系统成本；
[0116]5，高亮度，本设计实现多投影仪投影的效果而不损失亮度；
[0117]6，校准方便，传统多投影仪系统的一个主要缺点便是难于校准，本设计方案克服了这一缺陷；
[0118]7，显示屏幕尺寸可灵活调整，便于不同的应用需求；
[0119]8，本发明的真三维显示系统及方法可应用正投影或背投影方式进行显示，对于不同环境和不同需求情况(例如显示屏幕一侧放置柱面镜阵列或双侧放置柱面镜阵列)可灵活选择；
[0120]9，可以实现全真彩色三维显示。采用RGB三色光源，分别投射红、绿、蓝三原色(或其他可以生成逼真颜色的色彩组合)，合成后的显示器便可生成全真彩色真三维显示；
[0121]10，在三维显示空间的数据表达模式、彩色三维数据的实时采集与数据生成技术、三维显示数据的高速传输和显示技术三维图像显示空间和显示分辨率的按比例扩展性等方面具有简单快速的明显优势。
[0122]在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
[0123]应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
[0124]虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
【权利要求】
1.一种真三维图像显示系统，其特征在于，包括: 至少一个图像源，用于以预设的时序生成对应于多个视场的图像光束； 显示屏幕； 成像装置，具有对应于所述多个视场的多个成像区域，所述成像装置的多个成像区域用于接收对应的图像光束并从不同角度将接收的图像光束成像到所述显示屏幕； 光学扫描装置，用于将所述图像源生成的对应所述多个视场的图像光束按所述预设的时序导引至所述成像装置的对应的成像区域。
2.根据权利要求1所述的真三维图像显示系统，其特征在于，所述图像源包括光束处理器，用于根据所述预设的时序对所述图像源生成的对应任意的连续两个视场的图像光束进行组合处理，以使所述光学扫描装置将对应于所述连续两个视场的图像光束的一部分分别导引至对应于所述连续两个视场的两个成像区域图像光束。
3.根据权利要求1或2所述的真三维图像显示系统，其特征在于，还包括投射角度调整装置，用于对所述光学扫描装置输出的图像光束向所述成像装置的投射角度进行调整以使所述图像光束投射到所述成像装置对应的成像区域。
4.根据权利要求1或2所述的真三维图像显示系统，其特征在于，所述成像装置包括多个平面反射镜或多个曲面反 射镜，所述多个平面反射镜的反射面或所述多个曲面反射镜的反射面对应地形成所述成像装置的多个成像区域，所述成像装置的多个成像区域从不同角度将接收的图像光束反射到所述显示屏幕上进行显示。
5.根据权利要求1或2所述的真三维图像显示系统，其特征在于，所述成像装置为曲面反射镜，所述真三维图像显示系统还包括设置于所述曲面反射镜和显示屏幕之间的投影装置，所述成像装置的多个成像区域从不同角度将接收的图像光束反射至所述投影装置，所述投影装置将接收的图像光束投射到所述显示屏幕上进行显示。
6.根据权利要求1或2所述的真三维图像显示系统，其特征在于，所述成像装置为分段透镜阵列，包括多个透镜，所述多个透镜为所述成像装置的多个成像区域，各所述透镜用于将接收的图像光束透射至所述显示屏幕进行显示。
7.根据权利要求1或2所述的真三维图像显示系统，其特征在于，还包括光学整形装置，用于调整所述图像源生成的图像光束的宽度，所述光学扫描装置将经所述光学整形装置调整宽度后的图像光束导引到所述成像装置对应的成像区域。
8.一种真三维图像显示方法，利用权利要求1-7任一项所述的真三维图像显示系统进行真三维图像的显示，其特征在于，所述真三维图像显示方法包括: 图像生成步骤:所述图像源按照预设的时序生成对应多个视场的图像光束； 光束导引步骤:所述光学扫描装置将所述图像源生成的对应所述多个视场的图像光束按所述预设的时序导引至所述成像装置的对应的成像区域； 成像步骤:所述成像装置的多个成像区域从不同角度将接收的图像光束成像到所述显示屏幕上进行显示。
9.根据权利要求8所述的真三维图像显示方法，其特征在于，在所述图像生成步骤和光束导引步骤之间还包括: 组合步骤:根据所述预设的时序对所述图像源生成的对应任意的连续两个视场的图像光束进行组合处理，以使所述光学扫描装置将对应于所述连续两个视场的图像光束的一部分分别导引至对应于所述连续两个视场的两个成像区域。
10.根据权利要求8或9的真三维图像显示方法，其特征在于，所述图像生成步骤和光束导引步骤之间还包括: 光束整形步骤:通过所述光学整形装置调整所述图像源生成的图像光束的宽度，以使所述光学扫描装置将经所述光学整形装置调整宽度后的图像光束导引到所述成像装置对应的成像区域。
11.根据权利要求8或9所述的真三维图像显示方法，其特征在于，在所述光束导引步骤和成像步骤之间还包括: 投射角度调整步骤:通过所述投射角度调整装置对所述光学扫描装置输出的图像光束向所述成像装置的投射角度进行调整以使所述图像光束投射到所述成像装置对应的成像区 域。
【文档编号】H04N13/04GK103809366SQ201210443993
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】耿征 申请人:耿征