[发明专利]一种宽视角的集成成像三维显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及三维立体显示技术，尤其是涉及一种宽视角的集成成像三维立体显示系统，可用于广播电视，电影，虚拟现实等领域。

背景技术

集成成像三维显示技术是一种裸眼立体显示技术，传统集成成像三维显示包括获取和重构两个主要环节，如附图1所示。在三维场景信息1的获取过程中，采用由许多透镜单元整齐排布构成的微透镜阵列2来采集三维空间物体的立体信息，并通过透镜阵列后端的记录介质来记录。由于每个透镜单元都会从不同方位获取各自的图像信息——单元图像，最终，所有的单元图像整齐排布形成单元图像阵列被记录在记录设备3上。在重构阶段，通常采用与获取端参数相同的透镜阵列来再现三维物体像。单元图像阵列被输入到显示系统4，显示器前端放置透镜阵列5，根据光路可逆原理，透镜阵列将单元图像发出的光线重新汇聚6，从而在透镜阵列所在平面之外的一定范围内重构出三维物体的立体像7。

集成成像三维显示技术可以提供全彩色，准连续视差立体图像，并且不需要辅助观看设备，如立体眼镜等，无需相干光源，便可实现空间成像，符合人眼生理习惯，避免了其他立体显示方式带来的视觉疲劳。

集成成像三维显示在获取端通过相机阵列或计算机渲染生成技术往往可以获得高分辨率的单元图像阵列，但是在重构端受到显示器件的制约，单元图像的分辨率通常不能较好满足集成成像三维显示的性能要求，极大的限制了显示系统的可观看角度和观看效果，成为制约集成成像三维显示发展的一个因素。

为了改善集成成像三维显示系统的视场角，学者们提出了多种解决方案，主要分为以下三类：1、通过改变显示面板及微透镜阵列的形状来提升可观看角度，如Yunhee Kim，Jae-Hyeung Park等人在“Wide-viewing-angle integral three-dimensional imaging system by curving a screen and a lens array”(APPLIED OPTICS Vol.44，No.4)提出了使用弯曲显示面板和透镜阵列的集成成像三维显示系统，但是基于目前的加工制造水平，弯曲的显示面板及透镜阵列成本高昂，不易实现。2、使用分时复用技术，通过在不同时刻遮挡不同的微单元透镜来扩大可观看角度，如Sungyong Jung，Jae-Hyeung Park等人在“Wide-viewing integral three-dimensional imaging by use of orthogonal polarization switching”(APPLIED OPTICS Vol.42，No.14)中使用了分时复用与偏振光相结合的方法改善了集成成像三维显示系统的视场角，但是由于使用了分时复用技术，导致了显示系统的显示亮度降低，而且系统的结构、控制复杂。3、通过改变微单元透镜的形状，使某个方向上的可观看角度得到提升，但是这种方法牺牲了三维显示的横向分辨率，而且只能使可观看角度得到小幅度的提升。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，通过使用偏振器件与微单元透镜阵列耦合来扩大微单元图像的显示面积，以提供一种高分辨率、大视场角的三维立体显示系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种宽视角的集成成像三维显示系统，包括：正交偏振显示设备、偏振片阵列和微透镜阵列，偏振片阵列平行放置于正交偏振显示设备前方，微透镜阵列贴紧放置于偏振片阵列之后，单元偏振片与单元微透镜对齐；其中正交偏振显示设备将两帧对应于不同微单元透镜的单元图像阵列以不同的偏振态重叠显示，显示图像的光线经过偏振片阵列过滤之后到达微透镜阵列，经过微透镜阵列的光学变换之后显示出三维像。

所述的正交偏振显示设备用于显示微单元图像阵列，必须能够同时显示偏振方向相互正交的线偏振光，且不同偏振方向的显示图像能够独立控制，所显示的微单元图像阵列以正交偏振态重叠显示，对应于奇数列微单元透镜的微单元图像偏振态与奇数列偏振片的偏振态相同，对应于偶数列微单元透镜的微单元图像偏振态与偶数列偏振片的偏振态相同。其微单元图像的面积为微单元透镜面积的两倍，其宽度是微单元透镜宽度的两倍，高度与微单元透镜的高度相同，且微单元图像的中心与所对应微单元透镜的中心对齐。