[发明专利]采用自由立体成像技术制作的立体电子鱼缸

说明书

自由立体成像技术是一种不用佩带眼镜就可以观看立体图像的技术，其技术原理已经存在很久的时间了。但由于计算机图像处理技术、高分辨率平板显示技术和精密加工技术发展较晚，因此限制了自由成像技术的实际应用。

近几年来，计算机图像处理技术以及计算机的硬件技术得以长足发展，成本大幅度下降，而图像处理速度大幅度提升；高分辨率平板显示技术已经可以达到5000像素以上，民用产品也能够达到高清水平，即达到1920X1080像素，屏幕的尺寸从很小的手机液晶显示屏到100寸以上的液晶或等离子显示屏，都已经实现市场化；随着激光技术的不断进步，精密加工已经可以轻易实现对精度要求在几个微米以内的工件加工；这一切都为自由立体成像技术的实际应用提供了保证，本发明正是在这样的背景下提出的。

几年前，市面上曾经流行过一种电子鱼缸，是用一个平板显示器显示计算机制作的游动的鱼和水中的物体，鱼是由软件支持的，可以更换不同的场景。但是这种电子鱼缸显示的图像是平面的，因此还不能说达到了栩栩如生的立体效果。本发明提出一种方法和实现手段，可以通过平板显示器和与其配套的设备显示游动的立体的鱼，而且观看这种电子鱼缸无须佩带眼镜，就像观看一个装有真实的游动的鱼的鱼缸一样。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图一是本发明的基本结构图。

1是一块高分辨率的液晶自由立体显示屏，其分辨率达到1366X768或1920X1080，显示比率为16∶9；或达到1600X1200、1280X1024，显示比率为4∶3。其上显示计算机制作的游动的鱼、波动的海水、海面上方投射下来的光线、海底的珊瑚礁和沙滩的自由立体图像。显示的图像形成循环播放，一个循环大约在20秒左右，这样观察者一般不会再记忆起20秒之前的鱼的游动规律和形状，以形成海底真实的游鱼的场景。自由立体显示屏应该提供较大的视角和较小的景深，以适合于表现鱼缸中的鱼的真实图像。

2是鱼缸。是个用玻璃制作的，装满了水的真鱼缸。1就安置在这个真鱼缸的一个立面上，它显示的图像通过鱼缸和鱼缸中的水达到观察者的双眼。真鱼缸中布置了真实的珊瑚、水草、沙砾，以同自由立体显示屏中显示的图像相呼应，形成以假乱真的立体效果。

3是计算机播放系统，包括自由立体播放程序和鱼的自由立体节目。该计算机可以独立于鱼缸外，也可以作成嵌入式安装在显示屏内。

4是液晶显示器。其尺寸根据鱼缸的大小而改变。由于显示器通常已经标准化，因此我们可制作尺寸为显示器标准尺寸的立体鱼缸。如对角线为20寸的鱼缸，32寸的鱼缸，或57寸的鱼缸。

5是鱼缸外的玻璃，该玻璃保证水存贮与鱼缸中。

6、8是鱼缸中放置的真实的珊瑚、水草、沙砾。它们的形状、颜色、结构同计算机显示屏显示出来的景色应该相一致。以形成不同的层次景深的真实感觉。

9是鱼缸中的水。

10是安装在鱼缸上端的光源，以模拟海面上方的日光，如果这些光源可以加以偏振片滤光处理，就可以模拟出海浪的感觉，效果就更加逼真。

11是安置在鱼缸下方，沙砾下面的气泡发生器，可以通过一个水泵装置实现。

12是立体显示屏上显示的鱼在水中的立体显示位置。它们不可以突出于鱼缸之外，否则就不真实了。

图2a、图2b是说明自由立体显示器1是如何工作的。

16是在计算机绘图软件建立的鱼、海水、珊瑚、水草、光线以及沙砾的三维数据模型，可以用3DMAX或MAYA实现，13、14和15是会聚点不变、距离不变、但拍摄角度在均量改变的摄像机。这些摄像机可以是5个，可以是8个，也可以是9个，或更多个。摄像机越多，角度变量越小，自由立体图像的可视角度就越大。

17、18和19是渲染后的图像，17对应摄像机13拍摄的图像，18对应摄像机14拍摄的图像，19对应摄像机15拍摄的图像。

将17、18和19这样的带有序列视差的图像分别提取每一幅图像的符合像素构成一个立体帧像素，就最终合成了一个立体帧20。

21是光栅，可以是柱镜板光栅，也可以是狭逢光栅，前者可以获得较大的光亮度，后者可以提高制作精度，但会影响了一些光通。将光栅21放在20的前面，就可以获得不用佩带视具而获得的立体图像。

图3是说明自由立体显示屏所显示的自由立体图像和鱼缸中的真实物体是如何相互作用而加强了立体效果的。