專利名稱：雙視場(chǎng)高真度廣角立體顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及立體觀像裝置。更具體地說(shuō)，是一種雙視場(chǎng)高真度廣角立體顯示器。
在現(xiàn)有雙視場(chǎng)立體顯示技術(shù)領(lǐng)域中，我們以基于Leep光學(xué)系統(tǒng)的頭盔式顯示器為代表，在其顯示裝置上中存在著如下問(wèn)題1、光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。
2、視域仍不夠很大，真實(shí)度較差。目前商品化的雙視場(chǎng)顯示器最大雙眼重疊(單眼)視域?yàn)?0o h×76o v，因此真實(shí)度仍不夠好。
3、觀察時(shí)雙目只有朝正前方看去才會(huì)有較好的立體感效果，長(zhǎng)時(shí)間觀察會(huì)使眼睛疲勞。
4、其中的一對(duì)立體感視圖要經(jīng)過(guò)復(fù)雜特殊的壓縮預(yù)處理，而且當(dāng)一幅圖像顯示在屏幕上時(shí)，圖像還要經(jīng)過(guò)解壓。但是由于圖像外部邊緣受到解壓算法的影響，使直線變成曲線，反之曲線變成直線，所以我們看到圖像的邊緣有嚴(yán)重的變形。雖然后來(lái)開發(fā)者們修改了繪制軟件，把原用于攝像中的壓縮算法應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，這樣雖然解決了原來(lái)問(wèn)題，然而，對(duì)由計(jì)算機(jī)輸出的每一幅圖像進(jìn)行壓縮所付出的代價(jià)實(shí)在太高了。
5、由于上述原因，因此浸沒感也不夠強(qiáng)。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種可重現(xiàn)用廣角鏡頭所拍攝圖像的廣角立體視域效果的雙視場(chǎng)高真度廣角立體顯示器。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是按瞳距并列設(shè)置一對(duì)平凸透鏡，在所述一對(duì)平凸透鏡的正前方，為相應(yīng)設(shè)置的一對(duì)廣角立體感視圖源，視圖源與平凸透鏡之間的距離小于平凸透鏡的焦距。
本實(shí)用新型所述的一對(duì)廣角立體感視圖源中的體視圖像，是用兩只同型號(hào)采用包括魚眼鏡頭的廣角鏡頭的攝像機(jī)，并列平行對(duì)準(zhǔn)同一景物同時(shí)拍攝的一對(duì)圖像，或是用計(jì)算機(jī)生成的具有桶狀變形的一對(duì)圖像。
通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)理論證實(shí)得出如下兩個(gè)結(jié)論1、若用一只眼通過(guò)一個(gè)合適的平凸透鏡去觀察采用廣角鏡頭攝像機(jī)(包括魚眼鏡頭)拍攝的具有桶狀變形的圖像，可以觀察到如同在現(xiàn)場(chǎng)所看到的一個(gè)具有廣角視域視覺效果的無(wú)變形的逼真虛像。
2、若用兩只眼分別通過(guò)兩個(gè)合適的平凸透鏡，去觀察用采用兩只同型號(hào)廣角鏡頭(包括魚眼鏡頭)攝像機(jī)并列平行對(duì)準(zhǔn)同一景物同時(shí)拍攝的一對(duì)立體感視圖(其本身具有桶狀變形)，可以觀察到如同在現(xiàn)場(chǎng)所看到的一個(gè)具有廣角視域視覺效果的無(wú)變形的逼真立體虛像。
實(shí)踐是這樣進(jìn)行的，把有桶狀變形的圖像放在平凸透鏡的凸面一側(cè)，將單眼貼近平凸透鏡的平面一側(cè)焦距以內(nèi)，通過(guò)平凸透鏡去觀察具有桶狀變形圖像，我們可以看到一個(gè)非變形的正常虛像，且當(dāng)眼睛自由轉(zhuǎn)動(dòng)注視圖像不同部分時(shí)，都可以通過(guò)平凸透鏡看到一個(gè)具有廣闊視域的非變形的虛像，其視域等同于原廣角鏡頭視域，而且我們所看到的虛像和我們?cè)跀z影現(xiàn)場(chǎng)用單眼自由轉(zhuǎn)動(dòng)所看到的景像一致。
例如我們用視域?yàn)?20度的廣角鏡頭(或接近180度的魚眼鏡頭，注魚眼鏡頭是一種超廣角鏡頭)的攝像機(jī)拍攝的一張圖像，這種圖像本身具有嚴(yán)重的桶狀變形，為了觀察到它的真實(shí)場(chǎng)景，則我們可以用一個(gè)合適焦距的平凸透鏡，貼近一只眼前方去觀察這個(gè)圖像，圖像位于平凸透鏡的凸面一側(cè)，這樣我們便可通過(guò)平凸透鏡觀察到圖像中現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況的虛像，且眼睛可以隨意轉(zhuǎn)動(dòng)觀察虛像不同部分，都可以看到一個(gè)逼真的像，其單眼視域可達(dá)到120度視域(或接近180度)。
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論，我們又可以導(dǎo)出如下實(shí)驗(yàn)，若我們?cè)陔p眼前各放上一個(gè)上述裝置，且兩圖像是一對(duì)廣角立體感視圖，則我們每只眼都可看到一個(gè)具有廣角視域的虛像，又由于圖像是一對(duì)立體感視圖，所以我們通過(guò)雙眼可以看到一個(gè)具有廣角視覺效果的立體虛像，而且我們雙目可以如同在現(xiàn)實(shí)中一樣自由轉(zhuǎn)動(dòng)觀察立體虛像中的不同方位，都會(huì)看到一個(gè)逼真的立體虛像。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低廉，而且立體影像的制作也很簡(jiǎn)單，成本也低廉。
2、視域更大，真實(shí)度更好。雙眼重疊(單眼)視域可達(dá)到150o h×150o v，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比現(xiàn)有技術(shù)好的多，因此真實(shí)度更好，也更接近于正常人眼在現(xiàn)場(chǎng)的觀察效果。
3、觀察時(shí)雙目可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)觀察立體虛像中的上下左右，遠(yuǎn)近高低的不同部分，且都不會(huì)產(chǎn)生邊緣圖像的幾何失真，并可以看到一個(gè)更為逼真的立體虛擬場(chǎng)景，因此會(huì)感覺到如同在現(xiàn)場(chǎng)所看到的一樣。
4、浸沒感更好。
綜上所述，通過(guò)本立體顯示器可方便地看到立體景像，裝置本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本低廉，因而適于普及使用。主要可用于虛擬現(xiàn)實(shí)中的頭盔式立體顯示器，立體觀像器等。如在教育領(lǐng)域中，可用此裝置進(jìn)行虛擬教學(xué)和實(shí)踐；在娛樂業(yè)中，可以用于立體影視，立體游戲等；用于旅游業(yè)中，可以觀看全國(guó)以及世界地理風(fēng)貌、旅游勝地、城市風(fēng)景等；用于經(jīng)濟(jì)業(yè)中，可為大中企業(yè)、商場(chǎng)和大型產(chǎn)品作廣告；用于人們的文化生活中，可為兒童留下幼年的立體影象，為新婚夫婦留下青春的立體婚紗影像等。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實(shí)用新型成像原理示意圖。
以下通過(guò)實(shí)施例，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1參見
圖1、圖2，本實(shí)施例是按瞳距并列設(shè)置一對(duì)平凸透鏡1、2，在所述一對(duì)平凸透鏡1、2的正前方，為相應(yīng)設(shè)置的一對(duì)廣角立體感視圖源3，平凸透鏡1、2的凸面朝向視圖源，視圖源3與平凸透鏡1、2之間的距離小于平凸透鏡的焦距。具體實(shí)施中，設(shè)置距離調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)視圖源3與平凸透鏡1、2之間的距離，可以改變所觀看到的圖像范圍的大??；調(diào)節(jié)一對(duì)平凸透鏡相互之間的距離，可使其適合于具有不同瞳距的使用者。
本實(shí)施例中的一對(duì)廣角立體感視圖源3中的兩個(gè)圖像分別同時(shí)顯示在兩只并列設(shè)置的顯示屏4、5上。
實(shí)施例2與上述實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例中的一對(duì)廣角立體感視圖源3中的兩個(gè)圖像同時(shí)顯示在同一顯示屏6的不同位置上。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低。但要求預(yù)先對(duì)廣角立體感視圖源中的左右兩個(gè)圖像進(jìn)行合成，使之能在一個(gè)顯示器上顯示。
實(shí)施例3與上述實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例中的一對(duì)廣角立體感視圖源3中的兩個(gè)圖像交替顯示在同一大顯示屏6上，并在位于平凸透鏡1、2的平面一側(cè)設(shè)置一套具有相同頻率的光閥眼鏡裝置7。由于頻率一致，因此，我們雙眼通過(guò)光閥眼鏡，在同一時(shí)刻，只有一只眼睛可以看到與這只眼睛對(duì)應(yīng)的一幅廣角立體感視圖，這樣，雙眼可以交替地看到兩個(gè)不同的虛像，只要頻率達(dá)到50Hz以上，根據(jù)人眼的特點(diǎn)，我們便認(rèn)為同時(shí)看到了兩個(gè)不同的虛像。根據(jù)成像原理，我們所看到的便是一個(gè)廣角的立體虛像。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是圖像源中左右兩個(gè)圖像可以有很高的分辯率，并顯示在大顯示屏6上，這樣我們可以看到一個(gè)更高分辯率的立體虛像，從而增強(qiáng)了真實(shí)感。
圖5是根據(jù)實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)繪制的光學(xué)原理簡(jiǎn)圖。實(shí)施例2、實(shí)施例3的光學(xué)原理與其相應(yīng)。當(dāng)使用者雙眼貼近平凸透鏡平面一側(cè)觀察圖像源時(shí)，分別成像在觀察者每只眼中的虛像共同構(gòu)成一個(gè)立體虛像。在本實(shí)用新型所提的立體顯示裝置殼體的正面上安裝了一對(duì)同型號(hào)平凸透鏡1、2，兩平凸透鏡之間的安裝距離與一般人雙眼的瞳距相等，而在殼體的內(nèi)部，面對(duì)平凸透鏡的凸面且與平凸透鏡安裝平面R-R相平行的平面S-S上對(duì)稱放上一對(duì)顯示有廣角立體感視圖的顯示屏3、4。R-R與S-S平面間的距離小于平凸透鏡的焦距f。 T-T是一個(gè)與S-S平面平行的假設(shè)平面，它是我們通過(guò)透鏡看到的虛擬立體景物一個(gè)截面。
O1、O2分別為廣角立體感視圖源中的兩個(gè)圖像的中心點(diǎn)，其安裝對(duì)稱軸為O～O’，兩眼通過(guò)兩平凸透鏡同時(shí)分別觀看兩照片時(shí)，O1 、 O2在T-T平面上成像于O1’、O2’。左眼觀察圖像源右邊的圖像所看到的虛像和右眼觀察到圖像源左邊的虛像，所看到的虛像在T-T平面上有一重合區(qū)M-N。根據(jù)光學(xué)原理，要使此重合區(qū)兩個(gè)虛像要獲得一立體感覺，兩圖像必須具有視象差異，因此顯示器上所顯示左右眼兩幅圖像必須是用兩只同型號(hào)采用廣角鏡頭(包括魚眼鏡頭)的攝像機(jī)，按照與上述的立體顯示裝置中的透鏡距離L，視場(chǎng)角θ等相關(guān)的參數(shù)，并列平行對(duì)準(zhǔn)同一景物同時(shí)拍攝的一對(duì)立體感視圖，或是用計(jì)算機(jī)生成的具有桶狀變形的一對(duì)立體感視圖。由于兩個(gè)圖像在拍攝時(shí)對(duì)景物所取的位置是不同的，因此最后所得到的左右眼圖像也有所差異，這樣，通過(guò)透鏡分別觀看兩圖像時(shí)左，右眼視網(wǎng)膜上會(huì)產(chǎn)生視像差異，從而看到原物的廣角立體圖像。
本實(shí)用新型所采用的成像原理與現(xiàn)有技術(shù)的成像原理所不同的是1、在現(xiàn)有技術(shù)中若要看到立體感圖像則上述中的兩個(gè)圖像的中心點(diǎn)O1與O2所成的虛像O1’和O2’必須要重合且要交于對(duì)稱軸O-O’上；2、現(xiàn)有技術(shù)中所采用的立體感視圖是用普通鏡頭所拍攝的圖像；3、現(xiàn)有技術(shù)采用的透鏡是普通具有放大作用的凸透鏡。
權(quán)利要求1.一種雙視場(chǎng)高真度廣角立體顯示器，其特征是按瞳距并列設(shè)置一對(duì)平凸透鏡(1、2)，在所述一對(duì)平凸透鏡(1、2)凸面一側(cè)的正前方，為相應(yīng)設(shè)置的一對(duì)廣角立體感視圖源(3)，且視圖源(3)與平凸透鏡(1、2)之間的距離小于平凸透鏡的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙視場(chǎng)高真度廣角立體顯示器，其特征是所述的一對(duì)廣角立體感視圖源(3)中的體視圖像是用兩只同型號(hào)采用包括魚眼鏡頭的廣角鏡頭的攝像機(jī)并列平行對(duì)準(zhǔn)同一景物同時(shí)拍攝的，或是用計(jì)算機(jī)生成的具有桶狀變形的一對(duì)圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙視場(chǎng)高真度廣角立體顯示器，其特征是所述一對(duì)廣角立體感視圖源(3)中的兩個(gè)圖像分別同時(shí)顯示在兩只并列設(shè)置的顯示屏(4、5)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙視場(chǎng)高真度廣角立體顯示器，其特征是所述一對(duì)廣角立體感視圖源(3)中的兩個(gè)圖像同時(shí)顯示在同一個(gè)大的顯示屏(6)的不同位置上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙視場(chǎng)高真度廣角立體顯示器，其特征是所述一對(duì)廣角立體感視圖源(3)中的兩個(gè)圖像交替顯示在同一個(gè)大的顯示屏(6)上，并在位于平凸透鏡(1、2)的平面一側(cè)設(shè)置具有相同頻率的一套光閥眼鏡裝置(7)。
專利摘要雙視場(chǎng)高真度廣角立體顯示器,其特征是按瞳距并列設(shè)置一對(duì)平凸透鏡,在一對(duì)平凸透鏡的正前方,為相應(yīng)設(shè)置的一對(duì)廣角立體感視圖源,圖像源與平凸透鏡之間的距離小于平凸透鏡的焦距。本實(shí)用新型可高真度地恢復(fù)用廣角鏡頭拍攝的立體感視圖,產(chǎn)生真實(shí)的廣角視野立體觀賞效果,可做為立體觀像器和頭盔式立體顯示器,廣泛應(yīng)用于虛擬教育、娛樂、廣告以及人們?nèi)粘Ｉ钪小?br> 文檔編號(hào)G02B27/22GK2482111SQ01217879
公開日2002年3月13日 申請(qǐng)日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月14日
發(fā)明者杜禮政, 李振璧 申請(qǐng)人:杜禮政