[发明专利]一种头戴式多深度立体图像显示系统及显示方法

说明书

本发明公开了一种头戴式多深度立体图像显示系统，包括：处理单元，接收三维图像信息，提取三维图像中各个像素点的颜色数据和表征深度信息的三维坐标数据，根据像素点的三维坐标将所有像素点分配成若干个对应不同空间深度的像素点组；多平面光学单元，包括若干层透明态/散射态可控的透散射元件；投影单元，有选择地将各个像素点组以一定频率分别投射到代表相应深度的透散射元件上，以产生在多平面光学单元中可见的中继立体图像；目视单元，包括目镜镜片，将多平面光学单元中的中继立体图像投射到人眼。该显示系统的立体显示效果好并可以缓解用户的视疲劳。本发明还公开了一种多深度立体图像的显示方法。

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种头戴式多深度立体图像显示系统及显示方法。

背景技术

现实世界的物体都是三维的，而目前主流的显示技术依然是平面显示技术，平面显示技术渐渐地不能满足人们的视觉需求，而立体显示技术可以让观察者看到物体的各个方面，能在一定程度上让观察者有身临其境的感受，更具有真实感。立体显示技术也被认为是显示技术的终极形式。近几年来，众多研究人员在立体显示技术方面的探索，也研发出了各种立体显示的方案。

立体显示技术大体可以分为两大类：头戴式和裸眼式。在头戴式立体显示技术中，观察者需要佩戴眼镜、头盔等辅助的设备才可以观看到立体效果，这类技术目前发展的比较成熟，已经被广泛应用与各大电影院；裸眼式立体显示技术是指观看者无需携带任何辅助设备就可以直接观看到立体效果的技术，也被称为自由立体显示技术。裸眼式立体显示技术主要有光栅式、全息式、集成成像和体显示技术等。

头戴式立体显示技术主要基于双目视差原理。常见的头戴式立体显示技术主要有偏振眼镜、互补色眼镜、快门眼镜、头盔等技术。这些技术大都是利用某种光学方式将两张有细微差别的平面图像分配给人的左右眼，让左右眼分别只看到其对应的图像，即左眼只能看到左眼视差图像而右眼只能看到右眼视差图像，通过大脑的融合处理后产生立体感。但由于人眼的聚焦、图像的对比度、图像之间的相互遮挡、运动等因素也会影响立体感，所以双目视差技术有缺陷，长时间使用后，用户会感到头晕。另一方面，相关技术也会出现视场角小、亮度低、失真、串扰严重、分辨率低、成本高、制作困难等现象，其中的一个主要原因还是由于其技术都是基于单深度的，利用两张单深度的图像源经过大脑融合后，其依然是单深度的立体图像，人眼长时间观察后，就会产生视觉疲劳，头晕等现象。

裸眼式体显示技术按照原理分为两大类：一类是利用双目视差原理，每次只显示几幅平面图像，然后让两眼分别看到各自的图像，如光栅式立体显示；另一类是在三维空间中产生立体图像，如全息技术、集成成像技术和体显示技术等，用户在不同的位置能看到物体的不同侧面。全息式立体显示效果比较好，但制作成本比较高，对加工工艺要求很高。集成成像技术一般分为三维信息的记录和光学重构两个过程。根据光学可逆原理和人脑的融合，就可以看到立体图像。但集成成像技术存在观察视角有限、分辨率低、景深不够、平面/立体转换困难等缺点。体显示技术分为扫描式和体积式两种。扫描式可划分为平移和旋转两种，这两种方式都存在高速运动的部件，对平台的稳定性要求很高，并且存在很多技术缺陷。体积式是将扫描式中的高速运动部件尽可能去掉，用其它方式实现高速的刷新过程。体积式目前有两个代表性的产品，一个是Felix3D公司改进的SolidFelix系统，它是早期固态体积式立体显示系统，具有简洁、高亮度、便于运输等优点，其主要应用YLiF4制成的立体型显示介质，用两个红外激光相干汇聚足够的能量，激发介质发出可见光，形成一个可见的空间像素点，通过电光调制器和扫描器，来实现立体显示。这种方式成本比较高、维护难度大、色彩单调；另一个是LightSpace Technologies公司推出的DepthCube系统，它采用的也是固态体积式立体显示方案，它利用液晶的电光特性和漫反射原理，通过对不同的液晶屏之间的快速切换，依次显示三维物体的不同切片图像进而产生立体感，但其产品中一个用于产生不同深度的图像的关键部件，需要高达1000v的驱动电压，体积较大，主要用于医学和实验研究。这么高的驱动电压对人来说是不安全的，不利于应用于头戴式近眼光光场显示装置。