[发明专利]大型扫描式体三维视频显示系统及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及真三维显示技术领域，具体而言是一种大型扫描式体三维视频显示系统及其成像方法。

背景技术

早期显示三维图像的方法是利用了人类视觉系统的双目视差原理，因为人的两只眼睛位置不一样，所以其中一只眼睛对图像的感知与另外一只会有一些不同。立体显示通过向观看者提供人造的双目视差，达到立体效果，然而早期这些方法需要观看者佩戴特殊的装置，如立体眼镜等，才能观察到三维效果。

体三维显示是应用双目视差的方法之一，也是当前最新的立体显示技术。基于这种显示技术，可以直接观察到具有物理景深的三维图像。体三维立体显示技术具有图像逼真、全视景、多角度、多人同时观察和实时交互等众多优点。体三维立体显示技术是一种全新的三维图像显示技术，基于这种显示技术直接观察到具有物理景深的三维图像，它将引领科学可视化进入崭新的发展方向，具有广阔的应用前景。

体三维立体显示是一种真实空间成像的立体显示方法，它利用人自身特殊的视觉机理，制造了一个由体素微粒代替分子微粒组成的显示实物，除了可以看到光波体现的形状外，还能触摸到体素的真实存在。而因为双目视觉产生的立体镜效果，与电影播放机制极其类似，出现在显示屏镜面上的物体，是完全虚幻且不可触摸的。如果将真正看见认定为视觉，非真正看见为幻觉，那么体三维显示的不是立体镜呈现的幻觉，而是一种客观存在的真实。由于体三维显示是在一个体积内放入3D影像，所以体三维显示本身就支持运动视差，可以在不同位置观察到被显示物体在方向上的差异。运动视差可以分为垂直运动视差和水平运动视差。一些体三维显示技术仅仅支持垂直运动视差，这些技术需要头部跟踪设备来调整要显示的图像。而对于全视差体三维显示，则不需要任何头部跟踪设备。体三维显示可以分为两种：一种是静态体显示，通过使用静态3D空间来显示3D影像；另一种是扫描式体显示，通过2D散射平面的运动来产生3D影像。扫描式体显示中的2D平面可以分为无源和有源。对于无源散射平面，光线直接照射在无源散射平面然后通过反射来激活对应的三维影像体素。对于有源散射平面，由于其是由二维有源元件(如发光二极管)阵列组成，因此可以主动发光并形成体素。

然而，现有的大多数的体三维显示技术都只能显示静态的图像，而且显示的图像都相对较小。大型的三维显示可以用于很多目的，如医疗成像，雷达成像，广告和娱乐等。一般来说，体三维显示的设计都无法达到非常大的尺寸，其中最主要的原因是机械结构和图像渲染限制了扫描式体显示的大小。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种全新的扫描式体三维显示的方法，。

本发明的技术方案包括电机、供电系统、底部FPGA、机械支架、滑环装置、开关电源系统、旋转FPGA、信号分配板和成像单元板阵列，

其中，供电系统通过电源线分别连接电机和底部FPGA，电机和底部FPGA设置于机械支架内部，电机的轴伸对准机械支架上部的中心位置；

滑环装置为一圆盘形平板结构，并滑环装置位于机械支架上端的中心位置，且与电机的轴伸相连；

开关电源系统、旋转FPGA、信号分配板和成像单元板阵列分别固定在滑环装置上的平板上，信号分配板位于滑环装置上的平板的圆心位置，并与旋转FPGA相连，旋转FPGA与滑环装置的上表面相连；

成像单元板阵列与信号分配板相连并固定在信号分配板上；

开关电源系统分别与旋转FPGA、信号分配板和成像单元板阵列相连。

其中，底部FPGA使用XilinxSpartan-3E型号的FPGA，该FPGA可以提供三个功能模块：数据通信模块；命令解码和控制模块；数据封装模块。

其中，成像单元板阵列选用XilinxVirtex-5XC5VLX30T型号的FPGA，该FPGA有360个IO口，其中300个IO口用于成像控制，剩下的IO口用于控制总线和数据总线；每个像素由三个发光二极管组成，每个FPGA可以控制个像素。

本发明还提供一种大型扫描式体三维视频显示系统，包括220V交流电机、三十个所述扫描式体三维显示系统和基于微处理器的主控制器，其中三十个扫描式体三维显示系统分为四列紧密排列，且相邻扫描式体三维显示系统之间互有交错重叠，220V交流电机和三十个扫描式体三维显示系统中的各个电机相连，基于微处理器的主控制器通过无线通信来和三十个扫描式体三维显示系统相连。

本发明还提供一种扫描式体三维视频显示成像方法，采用上述扫描式体三维显示系统进行成像操作，操作步骤如下：