基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)及顯示方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及裸眼立體顯示技術領域，尤其涉及基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯 示系統(tǒng)及顯示方法。
【背景技術】
[0002] 人們對客觀世界的感知方式有多種，眼睛承載著人類90%以上的信息獲取能力， 借助視覺能獲得的信息量遠遠超過了聽覺、觸覺、嗅覺及味覺等其他方式所能獲得的信息 量?，F(xiàn)實中的物體都是立體的、三維的，人眼的視覺系統(tǒng)能夠很好的適應現(xiàn)實中的三維世 界，準確的把圖像信息傳遞給人們。但是由于技術的原因，目前的絕大多數(shù)顯示裝置只能顯 示二維的圖像，雖然也能給人們展示大千世界的多姿多彩，但遠不能提供與真實世界相比 的視覺信息，不能讓人們感知立體的世界。隨著科學技術的發(fā)展和人們生活水平的提高，人 們對于顯示裝置的要求已經(jīng)不僅僅局限于簡單的傳遞二維平面信息，而是希望它可以提供 更加真實、富有立體感，更接近人眼實際感受的三維立體圖像信息，由此三維立體顯示技術 應運而生。
[0003] 圖像顯示器是人類接受外部信息的重要手段之一。而立體顯示器則能再現(xiàn)物體的 三維信息，提供物體更為全面、詳實的信息，在醫(yī)學、軍事、廣告藝術以及立體電視等領域有 著廣泛的應用前景。目前的立體顯示器無法同時實現(xiàn)裸眼、寬視域觀看，以及立體圖像的懸 浮和可觸摸。隨著立體顯示技術的不斷發(fā)展，人們對立體顯示器的觀看效果提出了更高的 要求，要求其實現(xiàn)裸眼360°周視觀看，圖像懸浮且具有較好的人機交互性。
[0004] 雖然該技術發(fā)展了很長一段時間，但是現(xiàn)有立體顯示器大都無法同時實現(xiàn)裸眼觀 看、周視和圖像懸浮可觸摸的功能。
[0005] 因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種基于菲涅爾 透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)及顯示方法。本發(fā)明旨在提供一種可以實現(xiàn)裸眼3D，可供多 人在任意角度裸眼觀看的立體顯示系統(tǒng)及顯示方法。
[0007] 本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案如下： 基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)包括： 投影機組，用于提供要成像的立體物品的視差圖； 定向屏，用于分離視差圖并將投影機出瞳成像； 圖像顯示區(qū)，用于顯示經(jīng)定向屏處理后的立體視覺圖像； 電機，用于旋轉(zhuǎn)定向屏形成整圈的觀察帶； 所述投影機組由多個微型攝影機環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸排列組成，且正對定向屏投影，所述微型 投影機的鏡頭朝向定向屏，設置在定向屏下方，所述定向屏由菲涅爾透鏡組和光柵組成，所 述光柵設置在菲涅爾透鏡組的后面，所述圖像顯示區(qū)位于定向屏上方，所述電機設置在投 影機組的下方。
[0008] 所述的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，所述菲涅爾透鏡組包括 兩片菲涅爾透鏡，分別記為第一菲涅爾透鏡和第二菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡組用于將 放置于第一菲涅爾透鏡焦平面處的投影機出瞳成像在第二菲涅爾透鏡焦平面處。
[0009] 所述的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，所述光柵為用于擴大豎 直方向的觀察范圍的水平光柵。
[0010] 所述的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，所述菲涅爾透鏡為厚度 小于5mm鏡片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄由小到大的同心圓。
[0011] 所述的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，所述視差圖為水平視差 圖中的負視差視覺效果圖。
[0012] 所述的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示方法，其中，方法包括： A、 預先設置投影機組環(huán)繞轉(zhuǎn)軸排列且正對定向屏投影； B、 電機帶動定向屏高速旋轉(zhuǎn)，將投影機組出瞳成像，在圖像顯示區(qū)形成一條具有負視 差的觀察帶； C、 重復步驟B，直到電機旋轉(zhuǎn)一周、形成的觀察帶圍成整圈，圖像顯示區(qū)顯示懸浮立體 圖像供人觀察。
[0013] 所述的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示方法，其中，所述步驟B具體還包括： B1、電機帶動定向屏的透鏡組和光柵高速旋轉(zhuǎn)； B2、定向屏將旋轉(zhuǎn)過程中，當投影機位于第一菲涅爾透鏡焦平面時，將投影機出瞳成像 在第二菲涅爾透鏡焦平面處，并通過水平光柵擴大豎直的觀察范圍； B3、出瞳成像后的圖像位于人眼與定向屏之間的具有負視差效果的觀察帶。
[0014] 所述的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示方法，其中，所述菲涅爾透鏡為厚度 小于5mm鏡片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄由小到大的同心圓。
[0015] 本發(fā)明提供了一種基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)及顯示方法，包括定 向屏、投影機組和電機，定向屏由菲涅爾透鏡組和光柵構(gòu)成，所述菲涅爾透鏡組包括兩片菲 涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡是由聚烯烴材料注壓而成的鏡片，鏡片表面一面為光面，另一面 刻錄了由小到大的同心圓，所述投影機組包括多個微型投影機，所述投影機組設置在定向 屏下方，所述投影機的鏡頭朝向定向屏，多個微型投影機環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸排列且正對定向屏投 影，所述電機設置在投影機組的下方。本發(fā)明提供的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示 系統(tǒng)可供多人在任意角度裸眼觀看，所在位置不同，觀察到的立體圖像也不同，并且圖像出 屏，觀察者可用手觸摸圖像，體現(xiàn)了較好的人機互動性。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)的較佳實施例的系統(tǒng)原 理圖。
[0017] 圖2是雙目視差原理圖。
[0018] 圖3是本發(fā)明基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)的較佳實施例的定向屏 結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖4是本發(fā)明基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)的較佳實施例的基于菲 涅爾透鏡組的成像原理圖。
[0020] 圖5是本發(fā)明基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)的較佳實施例的水平光 柵定向散射原理示意圖。
[0021] 圖6是本發(fā)明基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)的較佳實施例的定向屏 旋轉(zhuǎn)成像原理圖。
[0022] 圖7是本發(fā)明基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示方法的較佳實施例流程圖。
【具體實施方式】
[0023] 本發(fā)明提供了基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)及顯示方法，為使本發(fā)明 的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說 明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024] 本發(fā)明提供了基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，如圖1所示，所述系統(tǒng) 包括投影機組1，用于提供要成像的立體物品的視差圖； 定向屏2,用于分離視差圖并將投影機組1出瞳成像； 圖像顯示區(qū)4,用于顯示經(jīng)定向屏2處理后的立體視覺圖像； 電機3,用于旋轉(zhuǎn)定向屏2形成整圈的觀察帶5 ; 所述投影機組1由多個微型攝影機組1環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸排列組成，且正對定向屏2投影，所 述微型投影1機的鏡頭朝向定向屏2,設置在定向屏2下方。所述定向屏由菲涅爾透鏡組和 光柵組成，所述光柵設置在菲涅爾透鏡組的后面，所述圖像顯示區(qū)位于定向屏上方，所述電 機設置在投影機組的下方，6為人的雙眼，人可以在觀察帶5看到懸浮立體圖像。
[0025] 如圖3所示，其中，所述菲涅爾透鏡組包括兩片菲涅爾透鏡，分別記為第一菲涅爾 透鏡21和第二菲涅爾透鏡22,所述菲涅爾透鏡組用于將放置于第一菲涅爾透鏡21焦平面 處的投影機出瞳成像在第二菲涅爾透鏡33焦平面處。所述光柵為用于擴大豎直方向的觀 察范圍的水平光柵23。
[0026] 研宄表明，人類的眼睛對于現(xiàn)實世界的深度感覺主要是來自于以下幾種方式，分 別是：單眼的移動視差、兩眼的視差、調(diào)節(jié)效應、匯聚效應。其中兩眼的視差是看物體產(chǎn)生立 體感和深度感的最主要的原因。
[0027] 人類的兩眼之間有大約65毫米左右的距離，右眼和左眼分別去看同一個物體之 間是有小小的差別的，相當于是用不一樣的角度去看世界的。而雙眼對空間的定位是這樣 的過程：如圖2所示，61為左眼，62為右眼，10為實物，11為左眼實際看到的畫面，12為右 眼實際看到的畫面，13為大腦合成左右雙眼畫面信息后重新構(gòu)建的影像。當雙眼把看到有 細微差別的兩幅圖像或場景反映給了大腦的時候，大腦把接收到的兩幅圖像綜合處理成為 一副非常完整的圖像，產(chǎn)生了精確的立體狀態(tài)的物體和這個物體在真實場景中的位置。這 樣使觀察者有立體和深度的感覺也就形成了。
[0028] 所述的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，所述菲涅爾透鏡為厚度 小于5mm鏡片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄由小到大的同心圓。
[0029] 所述的基于菲涅爾透鏡的裸眼懸浮立體顯示系統(tǒng)，其中，所述視差圖為水平視差 圖中的負視差視覺效果圖。
[0030] 任何取在立體空間中相同的一點，按投影在立體圖像對中的像點位置偏差的方向 不同，分為垂直視差和水平視差。其中，垂直視差指的是在豎直方向上像點位置的偏移，水 平視差指的是在水平方向上像點位置的偏移。但是垂直視差會讓雙眼觀察物體的時候感覺 極度的不適，因為雙眼是水平分布而不是垂直分布的。所以水平視差常常用在實現(xiàn)立體顯 示的過程中，而垂直視差是立體顯示中盡量要避免出現(xiàn)的。
[0031]