專利名稱：基于機(jī)電光一體的成像方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像方法及裝置，特別是一種基于機(jī)電光一體的成像方法及裝置，其成像既有背景動(dòng)態(tài)畫面，又能在背景畫面上方自由空間360°范圍內(nèi)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)三維動(dòng)畫圖像的成像及多媒體展示裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的多媒體成像及展示通常是指基于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器、電視墻等設(shè)備的視頻圖像、文字等信息的顯示。由于這些視頻媒介是平面的，對(duì)于計(jì)算機(jī)制作的三維圖形、圖像的顯示，其局限性是明顯的。近年來(lái)，利用平面鏡成像原理的幻影成像多媒體展示技術(shù)及利用光學(xué)凹面鏡成像原理的三維動(dòng)態(tài)成像技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，并在博物館、科技館等場(chǎng)館投入應(yīng)用，帶來(lái)了展示媒介的多樣性革命。在現(xiàn)有技術(shù)中還未有將平面背景動(dòng)態(tài)畫面與三維動(dòng)態(tài)成像結(jié)合一起的展示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于機(jī)電光一體的成像方法及裝置，利用凹面反射鏡與半透半反鏡特殊組合設(shè)計(jì)的光學(xué)成像系統(tǒng)，將普通平面顯示器上的三維動(dòng)畫圖像成像在裝置上方的自由空間，使觀眾在360°范圍內(nèi)能觀察到其立體全景。同時(shí)，利用一臺(tái)投影機(jī)在上述三維動(dòng)畫圖像周圍投影產(chǎn)生動(dòng)態(tài)背景畫面，并通過(guò)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)安排，使自由空間立體全景圖像位于投影機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)背景畫面上方，兩者在內(nèi)容上相互關(guān)聯(lián)，時(shí)間上彼此同步，再配上相應(yīng)的效果音或解釋詞，得到具有新的多媒體展示效果的多媒體展示方法及裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是在一凹面球面反射鏡上球冠頂部中間開有一圓孔，呈頂部在下口徑在上倒置安放，圓孔下面放置一臺(tái)電視機(jī)，圓孔大小使得電視機(jī)屏幕正好能夠露出，在凹面球面反射鏡全口徑上放置一塊圓形的半透半反鏡。用一上面開有一圓孔的圓柱形罩子罩住整個(gè)系統(tǒng)。從圓孔中露出的電視屏幕上的三維動(dòng)畫圖像首先被半透半反鏡反射成虛像一次，并將其虛像成像到凹面球面反射鏡的球心處。該虛像經(jīng)半透半反鏡反射后，再被凹面球面反射鏡反射匯聚后成實(shí)像，正好成在凹面球面反射鏡的球心位置。并通過(guò)圓柱形罩子上面的圓孔后露出在上方自由空間一定高度處。懸掛在圓柱形罩子正中天花板上的投影機(jī)將畫面投影在罩子上面圓孔外的區(qū)域，即圓環(huán)上，形成動(dòng)態(tài)背景畫面。懸掛在天花板上的投影機(jī)和放置在凹面球面反射鏡下的電視機(jī)分別與兩臺(tái)媒體播放機(jī)相聯(lián)，在一臺(tái)同步控制器的控制下，使兩者同步播放。其中與投影機(jī)相連的媒體播放機(jī)輸出音頻信號(hào)給有源音響，產(chǎn)生聲音。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于機(jī)電光一體的成像方法，包括利用投影機(jī)產(chǎn)生平面動(dòng)態(tài)背景畫面，其特征在于利用凹面反射鏡與半透半反鏡組合成光學(xué)系統(tǒng)，將平面顯示器上的動(dòng)態(tài)三維圖像成像到所述的平面動(dòng)態(tài)背景畫面上方的自由空間中，使觀察者能在360°范圍內(nèi)觀察到平面動(dòng)態(tài)背景畫面上方的三維動(dòng)態(tài)圖像；將所述的平面動(dòng)態(tài)背景畫面與其上方自由空間的三維動(dòng)態(tài)圖像同時(shí)播放，并使它們內(nèi)容上相互關(guān)聯(lián)，再配上效果音和解釋詞，形成完整的多媒體展示。
一種用于上述方法的基于機(jī)電光一體的成像裝置，包括固定在上方的投影機(jī)和與其相連的媒體播放機(jī)，以及與所述媒體播放機(jī)相連的有源音響，其特征在于在投影機(jī)的正下方，設(shè)置一個(gè)開有圓孔的上罩，上罩疊放在臺(tái)錐形鏡框上，鏡框中裝有一口徑朝上的凹面球面反射鏡，凹面球面反射鏡的高度約為二分之一球面曲率半徑，凹面球面反射鏡的底部有一開孔，鏡框上口端內(nèi)固定連接一個(gè)半透半反鏡，一個(gè)電視機(jī)屏幕朝上放置在一個(gè)電視機(jī)架上，電視機(jī)的屏幕正好與凹面球面反射鏡底部的開孔齊平，開孔的大小正好能使電視機(jī)的屏幕完全露出，鏡框和電視機(jī)架都固定在底座上；上罩的高度小于凹面球面反射鏡的球面曲率半徑；電視機(jī)與另一個(gè)媒體播放機(jī)相連，所述的兩個(gè)媒體播放機(jī)與一個(gè)同步播放控制器相連。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的特點(diǎn)是(1)凹面反射鏡與半透半反鏡特殊組合設(shè)計(jì)的光學(xué)成像系統(tǒng)將電視機(jī)屏幕上顯示的三維動(dòng)畫圖像，成像到觀眾前面中間開有一圓孔的圓形臺(tái)面上方一定高度的自由空間處，使觀眾能在360°范圍內(nèi)觀察到該三維動(dòng)畫圖像的全景；(2)位于圓臺(tái)面正上方的投影機(jī)將動(dòng)態(tài)畫面投影在圓臺(tái)面上圓孔周圍的圓環(huán)上，形成背景動(dòng)態(tài)畫面。襯托位于其中間上方的三維全景立體圖像；(3)背景動(dòng)態(tài)畫面和位于其上方的全景立體圖像同步播放，在內(nèi)容上相互關(guān)聯(lián)襯托。


附圖是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例詳述如下本機(jī)電光一體的成像方法是本發(fā)明用投影機(jī)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)背景畫面，利用凹面反射鏡與半透半反鏡特殊組合光學(xué)成像系統(tǒng)，將平面顯示器上的動(dòng)態(tài)三維圖像成像到由投影機(jī)產(chǎn)生的平面背景動(dòng)態(tài)畫面上方的自由空間中，使觀察者能在360°范圍內(nèi)觀察到平面動(dòng)態(tài)背景上的立體動(dòng)畫。背景動(dòng)態(tài)畫面與其上方自由空間的三維動(dòng)態(tài)圖像在內(nèi)容上相互關(guān)聯(lián)，同步播放，在效果音或解釋詞的配合下，具有新的多媒體展示效果，是一種新的基于機(jī)電光一體的新型成像方法及裝置。
用于上述方法的基于機(jī)電光一體的成像裝置是參見附圖，本新型多媒體展示裝置包括開有圓孔1的上罩2，上罩2疊放在錐形鏡框4上，鏡框4中裝有一口徑朝上的凹面球面反射鏡9，凹面球面反射鏡9的高度(矢高)為二分之一球面曲率半徑，凹面球面反射鏡9的底部有一開孔5，鏡框4上口端內(nèi)測(cè)沿圓周焊有一內(nèi)檔10，半透半反鏡3放置在內(nèi)檔10上，電視機(jī)6顯示面朝上放置在電視機(jī)架8上，電視機(jī)6的屏幕面正好與凹面球面反射鏡9底部的開孔5齊平，開孔5的大小正好能滿足電視機(jī)6的屏幕完全露出，鏡框4和電視機(jī)架8都固定在底座7上。位于上罩2正上方的投影機(jī)16固定在天花板15上，朝下投影在上罩2圓孔1周圍的圓環(huán)上。投影機(jī)16與媒體播放機(jī)13相連，電視機(jī)6與媒體播放機(jī)11相連，媒體播放機(jī)13與媒體播放機(jī)11與同步播放控制器12相連，媒體播放機(jī)13與有源音響14相連。
本成像裝置的工作原理是半透半反鏡3將電視機(jī)6屏幕上顯示的三維動(dòng)畫A反射后成虛像A′，由于凹面球面反射鏡9的高度(矢高)為二分之一球面曲率半徑，則該虛像A′位于凹面球面反射鏡9的球心位置0處。形成虛像A′的光線被半透半反鏡3反射后又被凹面球面反射鏡9反射，并透過(guò)半透半反鏡3，穿過(guò)上罩2面上的圓孔1，匯聚成實(shí)像A″，實(shí)像A″位于凹面球面反射鏡球心處。由于上罩2的上平面與鏡框4的底面距離小于球面曲率半徑，使得所成的實(shí)像A″高出上罩2上圓孔1平面一定高度。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，凹面球面反射鏡9的曲率半徑為900毫米，電視機(jī)6為25英寸普通電視機(jī)，上罩2的上平面與鏡框4的底面距離為800毫米，則電視機(jī)屏幕上的三維動(dòng)態(tài)圖像出現(xiàn)在上罩2上圓孔1平面上方100毫米高度處。另一方面，位于上罩2正上方的投影機(jī)將畫面投影在圓孔1周圍的圓環(huán)上，成為自由空間中所成三維動(dòng)態(tài)圖像A″的背景動(dòng)態(tài)畫面。觀眾可繞系統(tǒng)一周在360°范圍內(nèi)觀看。與投影機(jī)16相連的媒體播放機(jī)13，以及與電視機(jī)6相連的媒體播放機(jī)11，在同步播放控制器12的同步控制下實(shí)現(xiàn)同步播放，保證了背景畫面與前景立體圖像在內(nèi)容上的連貫性。媒體播放機(jī)13與有源音響14相連產(chǎn)生背景音樂(lè)或解說(shuō)詞。
權(quán)利要求
1.一種基于機(jī)電光一體的成像方法，包括利用投影機(jī)產(chǎn)生平面動(dòng)態(tài)背景畫面，其特征在于利用凹面反射鏡與半透半反鏡組合成光學(xué)系統(tǒng)，將平面顯示器上的動(dòng)態(tài)三維圖像成像到所述的平面動(dòng)態(tài)背景畫面上方的自由空間中，使觀察者能在360°范圍內(nèi)觀察到平面動(dòng)態(tài)背景畫面上方的三維動(dòng)態(tài)圖像；將所述的平面動(dòng)態(tài)背景畫面與其上方自由空間的三維動(dòng)態(tài)圖像同時(shí)播放，并使它們內(nèi)容上相互關(guān)聯(lián)，再配上效果音和解釋詞，形成完整的多媒體展示。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述基于機(jī)電光一體的成像方法用的裝置，包括固定在上方的投影機(jī)(16)和與其相連的媒體播放機(jī)(13)，以及與所述媒體播放機(jī)(13)相連的有源音響(14)，其特征在于在投影機(jī)(16)的正下方，設(shè)置一個(gè)開有圓孔(1)的上罩(2)，上罩2疊放在臺(tái)錐形鏡框(4)上，鏡框(4)中裝有一口徑朝上的凹面球面反射鏡(9)，凹面球面反射鏡(9)的高度約為二分之一球面曲率半徑，凹面球面反射鏡(9)的底部有一開孔(5)，鏡框(4)上口端內(nèi)固定連接一個(gè)半透半反鏡(3)，一個(gè)電視機(jī)(6)屏幕朝上放置在一個(gè)電視機(jī)架(8)上，電視機(jī)(6)的屏幕正好與凹面球面反射鏡(9)底部的開孔(5)齊平，開孔(5)的大小正好能使電視機(jī)(6)的屏幕完全露出，鏡框(4)和電視機(jī)架(8)都固定在底座(7)上；上罩(2)的高度小于凹面球面反射鏡(4)的球面曲率半徑；電視機(jī)(6)與另一個(gè)媒體播放機(jī)(11)相連，所述的兩個(gè)媒體播放機(jī)(11、13)與一個(gè)同步播放控制器(12)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新的基于機(jī)電光一體的成像方法及裝置。它利用凹面反射鏡與半透半反鏡特殊組合設(shè)計(jì)的光學(xué)成像系統(tǒng)，將普通平面顯示器上的三維動(dòng)畫圖像成像在上平面開有一圓孔的圓柱形上罩上方的自由空間，使觀眾在360°范圍內(nèi)能觀察到三維動(dòng)態(tài)圖像的立體全景。同時(shí)，利用位于圓柱形上罩正上的一臺(tái)投影機(jī)向下將動(dòng)態(tài)圖像投影在圓柱形上罩圓孔周圍的圓環(huán)上，作為背景動(dòng)態(tài)畫面。使自由空間立體全景圖像位于投影機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)背景畫面上方，兩者在內(nèi)容上相互關(guān)聯(lián)，時(shí)間上彼此同步，再配上相應(yīng)的效果音或解釋詞，是一種具有新的多媒體展示效果的多媒體展示。
文檔編號(hào)G02B27/24GK1776479SQ200510111340
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者屠大維, 林財(cái)興, 趙其杰, 馬思文, 陳方泉 申請(qǐng)人:上海大學(xué)