[发明专利]真三维图像显示系统及显示方法

说明书

技术领域

本发明涉及真三维显示技术，尤其涉及一种真三维图像显示系统和显示方法。

背景技术

真三维（True 3D Volumetric Display Technique）是一种立体显示技术，被显示图像每个三维像点（voxel）具有真实的表面特性和物理深度，观察者不需要任何辅助设备，就可以从多个方向观察被显示物体，呈现立体效果。

光场是描述物体在某一区域发光特性的一个函数，一般来说，光场函数G(x,y，z,α,β,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。

参考图1，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-l）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。

图2a和图2b为现有技术中采用多个投影仪来产生立体显示效果的原理图。

参考图2a，图2a为一种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1a对应每个视场生成相应的图像并投射到柱面镜阵列2a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）3a上，然后向对应的投影仪1a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3a上，第二次同一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与其位置相应的投影仪投射的图像，获得三维显示的视觉效果，达到真三维显示的目的。

参考图2b，与图2a中的系统原理基本相似，图2b中的三维显示系统采用双柱面镜阵列2b设置在反射散射屏3b的两侧，采用多个投影仪1b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2b上，光束被聚焦到反射散射屏（即平板显示屏幕）3b上，然后通过另一侧的柱面镜阵列2b的扩散，观众可从投影仪1b的对面观察到图像，实现了背投影。

上述的三维显示系统只能产生水平方向的视差。

参考图3，现有技术还提出一种能够产生水平方向和垂直方向视差的三维显示系统,，包括多台投影仪4a组成的二维投影仪阵列4、以及由密布的微型球面透镜5a排列组成的显示屏幕5，二维投影仪阵列4发出的图像光束投射到显示屏幕5上，显示屏幕5的每一个微型球面透镜5a显示图像中的一个像素，由于微型球面透镜的光学特性，使得每一个投影仪4a投射到某一个微型球面镜5a上的光束，都会从特定方向上出射，各个投影仪4a投射光束的方向都不相同，观察者可以从显示屏幕5上看到真三维显示图像，并且有水平方向和垂直方向的运动视差。

上述的三维显示系统主要存在两个问题：第一，成本较高，因为需要采用多个投影仪，无论采用正投影还是背投影，价格都比较昂贵；第二，校准困难，因为这样的显示系统要求每个投影仪的图像都准确校准，难度较大。

发明内容

本发明的一个主要目的在于提供一种成本较低、校准难度低的真三维图像显示系统及显示方法。

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：

面光源，包括多个呈二维阵列排列的单位光源，用于生成照明光束；

控制器，与面光源连接，用于控制各个单位光源的通断以使照明光束在两个不同方向上以不同的入射角照射到数字光处理装置；

显示屏幕；

成像装置，具有对应于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的角度将接收的图像光束成像到所述显示屏幕；

数字光处理装置，设置在所述面光源的出射光路上，用于接收以不同的入射角照射的照明光束并对照明光束进行调制生成图像光束，将所述图像光束反射到成像装置的成像区域。

本发明还提供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，真三维图像显示方法包括：

光束偏转步骤：控制器控制各个单位光源的通断以使面光源发出的照明光束在两个不同方向上以不同的入射角照射到数字光处理装置；