[发明专利]基于多台高速投影机拼接的360°三维显示装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于三维显示技术领域，具体涉及一种基于多台高速投影机拼接的高分辨率360°三维显示装置和显示方法。

背景技术

人类是以视觉作为接触世界，认识世界的第一方式的物种，视觉也是人类获取信息的首要源头，因此视觉上信息的呈现与表达在当今信息时代的发展显得尤为重要。然而，与人类正常观察方式不同，现有表达可视信息的主要手段仍是二维的，传统的二维显示技术去除了实际物体的深度信息，作为天生的三维空间思维者的人类，对二维信息会有明显的不适感与矛盾感。同样，人类也在不断追求真实的空间三维显示体验，相关的三维显示技术与装置不断提出，现有的三维显示技术主要分为四类：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。然而，全息三维显示技术顾名思义，为记录再现物体全部信息的技术，由于其记录信息的数据量巨大与极难寻找适用的全息记录介质等原因，发展缓慢。

体视三维显示技术是作为在一定的相对立体空间，在宽度、高度、深度三个维度的空间内对实际物体信息进行再现，可以实现由多个观察者环绕观看；体三维显示技术基于在空间内的透明介质，该介质可以在可见光波或不可见辐射的激励下形成发出不同颜色可见光波的体素，并由控制阵列来进行显示重构出实际物体的三维信息进行显示，该方法可以使观察者看到具有遮挡感，以及较好的横纵视差表现的三维物体像；光场三维显示技术通过重构还原真实物体在不同环境光照射下或自发光下的光场分布，得到可以环绕观看，各个视角画面精确呈现的三维物体图像。通过这些技术可以实现多人多视角，裸眼观察并无需借助助视设备的三维图像实施显示系统，并且基于光场三维显示技术的三维成像系统可以借由高速投影机与旋转散射屏构建出真彩色的360°三维像显示，符合人类在心理感知与视觉感知等方面的自然习惯。

申请号为CN201110106479.3的专利文献公开了一种基于高速投影机的悬浮式360°视场空间三维显示装置，它包括透射式偏折型散射屏、高速投影机、图像发生器、探测模块、电机和传动机构；其中，透射式偏折型散射屏由透射式锯齿型光栅和柱面光栅构成，并且两者的光栅方向互相平行；高速投影机位于透射式偏折型散射屏的下方并往上方投影，投影图像落在透射式偏折型散射屏上；传动机构和透射式偏折型散射屏相连，通过电机的转动，带动偏折型散射屏转动；探测模块与图像发生器、高速投影机顺次相连；透射式偏折型散射屏把高速投影机的投影光线往一侧偏折，并且在偏折方向发生散射，而和偏折方向垂直的方向小角度透射。上述基于高速投影机的悬浮式360°空间三维显示可供多人360°视场裸眼同时观看，实现空间遮挡消隐并可探入触摸交互。

但是，光场重构式三维显示系统分辨率的提高要求更高分辨率的空间光调制器以及超高速的数据处理系统。然而，对于360°三维显示系统，要进一步提高系统的分辨率，已有的高分辨率空间光调制器与高速数据处理系统已经满足不了更高分辨率的需求。无法实现更高分辨率的需求，三维图像表面具有颗粒感，成像范围小等问题均无法解决，会给三维图像真实感带来影响，降低观察者的视觉体验。

发明内容

本发明提供了一种基于多台高速投影机拼接的360°三维显示装置，通过投影拼接合成模块基于多台高速投影机拼接算法计算得到每台高速投影机实时投射的帧图像序列并分送到各台高速投影机的图像存储模块中，在转动检测模块的调制下对各台高速投影机系统进行控制使之配合一组或多组定向散射屏的旋转，实现各台高速投影机投影区域的拼接合成成像，实时显示帧图像序列，得到高分辨率的360°三维显示，实现了可供多人、多视角裸眼同时观看的高分辨率360°三维像显示，通过成倍数提高三维图像空间分辨率，提升了三维显示的图像质量，通过基于高速投影机拼接算法配合多组定向散射屏成像，扩展了三维成像空间，增大了三维像的横向尺度与纵向尺度以及景深尺度，并实现了大尺度空间三维显示的空间拓展，从而克服现有技术的不足。

一种基于多台高速投影机拼接的360°三维显示装置，包括定向散射屏组、转动装置组、转动检测模块、投影拼接合成模块、图像存储模块和N台高速投影机：

定向散射屏组，由S个定向散射屏组成，用于向观察者提供三维图像，其中S≥1，且为整数；

转动装置组，与定向散射屏组相连接的，并带动各组定向散射屏转动的装置；

转动检测模块，检测所述的定向散射屏组内各组定向散射屏的转动角度位置信息与初始转动位置信息，并将探测到的上述信息传送至投影拼接合成模块；