[发明专利]一种基于往复式图像扫描的体三维显示装置及其控制方法

说明书

本发明提供一种基于往复式图像扫描的体三维显示装置及其控制方法，包括真空壳体、置于真空壳体内的显示模块和直线往复运动机构、超短焦高速投影装置、运动频率检测装置、真空度检测装置、运动控制模块以及上位机。本发明运动部件均位于真空环境中，可极大地降低风阻系数，可以在更高的扫描频率下工作，增加三维成像分辨率，同时装置的机械振动和噪声更小，延长装置的使用寿命；运动频率检测装置实时检测装置的真实运动频率，上位机根据刷新频率实时更新高速投影装置的显示图像，避免图像畸变而影响显示效果；真空度检测装置可实时检测出真空壳体真空度信息，为系统提供最佳运动频率，从而实现装置的最佳立体显示效果。

技术领域

本发明涉及真三维显示技术和自动控制技术领域，具体涉及一种用于基于往复式图像扫描的体三维显示装置及其控制方法。

背景技术

近年来，随着计算机软硬件和多媒体产业的高速发展，计算机立体视觉系统已经日益成为下一代显示领域的主流发展方向。与二维显示技术相比，三维显示更符合人们日常的双目观察习惯，能够带来更好的观看和沉浸式体验，在军事、医学、航空、广告、娱乐等行业得到了越来越广泛的应用。

目前三维立体显示技术共可分为分光立体眼镜(Glasses-based Stereoscopic)、自动分光立体显示(Autostereoscopic Displays)、全息技术(Hologram)和体三维显示(Volumetric 3-D Display)4大类。前两种一般通过佩带专用的眼镜和其他辅助设备，运用双目视差来实现三维效果，但这种三维方式只有心理景深，没有物理景深，就好像看三D电影一样，不论从哪个角度看，观众看到的图像都是一样的，没有真正的立体感。而全息技术目前虽然应用较为广泛，但一般都是只用45度的玻璃来呈现飘在空中的图像，并不是真正的三维图像，只是因为图像本身的明暗关系加上投影在半空中，会让人觉得似乎是立体的，称之为伪全息。体三维显示技术则是在一个真正具有宽度、高度和深度的真实三维空间内进行图像信息再现的技术。展现的三维物体既有心理景深，又有物理景深，可以实现多个观察者在不使用任何辅助设备条件下，就可以从多个角度直接观察三维物体，是计算机立体视觉系统中最新的研究方向。

体三维显示的基本单位是体素(Voxel)，如同二维显示中的像素一样，是展现三维图像的最基本单元。相同时间三维空间中激活的体素越多，所成三维图像的细节越丰富，效果越好。在平面显示器中，通过对显示器的周期性的扫描(如逐行扫描、隔行扫描)来激活像素，从而达到显示图像的目的。同样，在真三维立体显示系统中，也需要某种方式来扫过整个三维空间，使之能刷新空间的体素来显示图象。根据激活体素方式的不同，体三维显示可分为动态扫描式和静态发光式。前者一般采用显示面的周期性机械运动来创建三维图像空间，后者则不依赖于机械运动而采用特殊介质来展现图像空间。动态扫描式体三维显示技术根据扫描运动又可分为直线运动和旋转运动两种。

相对于屏幕旋转运动的体扫描方式来说，平面型平移往复运动扫描没有无法显示的中心轴和死区，且图像处理模型比较简单，数学特性更易理解，在每个运动周期可以产生更多的体素，成像质量和系统简易程度都更为令人满意。其成像原理如图3所示。

动态平移体扫描显示在成像时，显示模块做高频直线往复运动扫描整个显示空间，运动的幅度决定了成像空间的景深，超短焦高速投影装置以同样频率将三维物体切片层的二维图像投影至显示模块相应的位置，当扫描频率高于一定数值，由于人眼的视觉暂留即可获得全视角裸眼三维图像，频率越高，人眼看到的三维图像越平滑稳定。但屏幕直线往复运动两个很大的问题：第一是其风阻系数很大，高频运动时会带来较大的噪声和阻力；第二是直线往复运动是一个需要不停加减速的过程，对于显示屏和支撑机构的负荷都比较重，从而影响整个系统的性能。

发明内容

本发明提供一种基于直线往复式图像扫描的体三维显示装置，以提高三维显示效果和用户观看体验。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：