[发明专利]基于多投影阵列和多层液晶复合调制的三维显示装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，特别是一种基于多投影阵列和多层液晶复合调制的三维显示装置和方法。

背景技术

随着现代科技的不断发展，人们获取信息的渠道不断丰富，获得的信息量也不断提高。相较于其他获取方式，视觉感知又被认为是人们获得信息的最重要的渠道之一，因此显示技术的研究也越来越受到学界的重视。传统的二维平面显示正朝着高分辨率、高对比度、高响应速度等目标不断努力，显示效果越来越逼真。但是，二维显示由于缺少了一个维度的信息，导致其无法从根本上实现最逼真的立体视觉效果，三维显示技术因而产生。

相较于二维显示，三维显示能提供更直观的视觉感受、更丰富的细节、更具表现力的场景，可以在许多行业中得到广泛的应用，是未来显示技术的发展趋势。目前，三维显示技术主要分为四类：体视三维显示技术、自体视三维显示技术、体三维显示技术、光场三维显示技术以及全息三维显示技术等。

现有文献（参见Gordon Wetzstein,Douglas Lanman,Wolfgang Heidrich,Ramesh Raskar.Layered3D:Tomographic Image Synthesis for Attenuation-based Light Field and High Dynamic Range Displays.ACM Transactions on Graphics,Vol.30,No.4,Article95,2011）提出了一种基于多层液晶显示层调制的三维显示装置和空间光场重构的三维显示方法。该装置通过多层液晶对背光源进行调制，由多层液晶显示层像素透过率的有效组合，从而增加信息量。

但是，上述装置存在以下两点缺陷：1、由于液晶面板背光源的光源发散角较小，导致其所显示的视场角度狭小，三维场景成像效果不佳；2、背光面板只能提供性质单一的光线，不携带特定颜色信息，系统的信息总量较少，拓展前景有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的显示空间视场角有限、显示内容信息量有限等一系列显示效果问题，提出一种基于多投影阵列的多层液晶调制显示装置和方法。

一种基于多投影阵列和多层液晶复合调制的三维显示装置，包括沿光路依次布置的多投影阵列、柱面透镜阵列、漫射屏、液晶显示层阵列，以及与所述多投影阵列和液晶显示层阵列连接的控制器。

所述多投影阵列包括多层等间隔排布在同一竖直面上的多台投影仪。

多投影阵列由至少一台投影仪组成，投影仪的数量由系统所要显示的三维信息总量决定。

所述的柱面透镜阵列由多个柱面透镜单元拼接而成。

柱面透镜阵列用于压缩投影仪像素，不同投影仪的图像通过同一个柱面透镜单元汇聚到漫射屏上的不同位置，横向正好拼接，柱面透镜阵列的尺寸和排布由多投影阵列决定。

投影仪、柱面透镜和漫射屏三者存在共轭关系。

所述的液晶显示层阵列包括至少两层液晶显示层。

液晶显示层的层数越多，系统的总信息量越大，但在实际应用中考虑系统的复杂性，同时保证系统紧凑结构，通常选择2～5层液晶显示层。

所述的漫射屏采用由透光材料和精细颗粒构成的光漫射材料或为断电状态的聚合物分散液晶平板（PDLC）。

控制器分别与多投影阵列中的每台投影仪和液晶显示层阵列中的每层液晶显示层相连，用于对三维信息进行三维空间描述，根据观察视点和成像位置信息计算每台投影仪的投影图像和每层液晶显示层对应的像素信息，将投影图像分别送入对应的投影仪，将像素组合信息合成显示图像分别送入对应的液晶显示层，作为三维显示的图像源。

在上述三维显示装置的基础上，本发明还提供了一种基于多投影阵列和多层液晶复合调制的三维显示方法，包括以下步骤：

1）确定所要显示的三维信息的空间成像位置；

2）根据空间成像位置和观察视点位置，确定漫射屏上对应点的像素信息和各层液晶显示层对应的像素信息；

3）根据步骤2）中漫射屏上对应点的像素信息反推，确定每台投影仪的投影图像信息；

4）将步骤2）中各层液晶显示层对应的像素信息组合成图像并分别送入对应的液晶显示层，每层液晶显示层内的合成图像与步骤3）中投影图像信息共同组成三维显示的图像源；

5）每台投影仪发出的投影图像信息经柱面透镜阵列聚焦至漫射屏，由漫射屏漫射并经多层液晶显示层调制，然后在所述的空间成像位置成像为三维图像。

具体的，所述步骤2）包括：

a）对所要显示的三维信息进行三维立体空间描述；