CN110908133A - 一种基于二面角反射镜阵列的集成成像3d显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置，该装置由2D显示屏、透镜阵列和二面角反射镜阵列组成。所述2D显示屏用于显示集成成像微图像阵列。所述透镜阵列用于调制所述2D显示屏上像素发出的光线，重建出深度反转的3D图像。所述二面角反射镜阵列设置于所述2D显示屏和透镜阵列的上方，用于将所述有深度反转的重建3D图像在空中汇聚成无深度反转的3D图像。
Description
一、技术领域
本发明涉及3D显示技术领域，特别涉及一种基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置。
二、背景技术
传统的集成成像技术借助透镜阵列对原始3D场景的方向和空间信息进行获取，并以微图像阵列的形式进行记录，然后利用相同参数的透镜阵列重建出3D图像。集成成像获取和显示过程的光路对称，导致重建的3D图像存在深度反转问题，即3D图像为赝像，与原始3D场景的深度正好互逆。
目前，主流的深度反转消除方法多采用基于视点的渲染算法，通过搭建摄像机阵列模拟人眼的观看视点对3D信息进行获取，生成的微图像阵列能够重建出正确深度的3D图像。但随着观看视点数目的急剧增加，渲染代价较高，难以实时生成微图像阵列，影响了3D显示性能。除基于视点的渲染算法外，还可以采用负折射率透镜阵列解决深度反转问题，但存在负折射率透镜阵列加工难度大等问题。
二面角反射镜阵列是一种新型的成像光学元件，由多个规则排列的方形镜孔组成，每个镜孔内壁为金属材料的平面反射镜。经二面角反射镜阵列成像后的图像与图像源关于二面角反射镜阵列镜面对称，多用来实现2D悬浮显示。
三、发明内容
本发明提出一种基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置。所述装置利用二面角反射镜阵列的二次反射功能，实现无深度反转的3D图像显示。基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置包括2D显示屏、透镜阵列和二面角反射镜阵列，如附图1所示。
所述2D显示屏用于显示集成成像微图像阵列。
所述透镜阵列设置于所述2D显示屏的正前方，与所述2D显示屏所在平面平行，用于调制所述2D显示屏上像素发出的光线，在前方一定距离处重建出深度反转的3D图像。
所述二面角反射镜阵列设置于所述2D显示屏和透镜阵列的上方，用于将所述有深度反转的重建3D图像在空中汇聚成无深度反转的3D图像。如附图2所示，所述有深度反转的重建3D图像表面发出的部分入射光线经二面角反射镜阵列两次反射，出射光线的水平方向分量与入射光线的水平分量相反，出射光线的垂直方向分量与入射光线的垂直分量相同，出射光线可以直接进入观看者瞳孔。所述无深度反转的3D图像与有深度反转的重建3D图像关于二面角反射镜阵列对称。通过观看者看到的无深度反转的3D图像与原始3D场景完全相同。
本发明提供一种基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置，所述装置利用集成成像3D显示和二面角反射镜阵列，能够实现无深度反转的裸眼3D显示。
四、附图说明
附图1为本发明提出的一种基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置结构图。
附图2为本发明的二面角反射镜阵列成像原理示意图。
附图3为本发明的实施例的3D图像视差图对比。
上述附图的图示标号为：
1 2D显示屏，2透镜阵列，3有深度反转的重建3D图像，4入射光线，5二面角反射镜阵列，6出射光线，7无深度反转的3D图像，8观看者。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
五、具体实施方式
下面详细说明本发明的一种基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明提出一种基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置。所述装置利用二面角反射镜阵列的二次反射功能，实现无深度反转的3D图像显示。所述基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置包括2D显示屏、透镜阵列和二面角反射镜阵列，如附图1所示。
所述2D显示屏用于显示集成成像微图像阵列，优选地，2D显示屏是液晶屏、OLED和投影屏。在其中一个实施例中，选用液晶显示屏，分辨率为3840×2160，尺寸为5.8英寸。
所述透镜阵列设置于所述2D显示屏的正前方，与所述2D显示屏所在平面平行，用于调制所述2D显示屏上像素发出的光线，在前方一定距离处重建出旋转后的3D图像。在其中一个实施例中，透镜元节距为10mm，焦距为15mm，透镜阵列到2D显示屏18mm。
所述二面角反射镜阵列，用于将所述有深度反转的重建3D图像在空中汇聚成无深度反转的3D图像。如附图2所示，所述有深度反转的重建3D图像表面发出的部分入射光线经二面角反射镜阵列两次反射，出射光线的水平方向分量与入射光线的水平分量相反，出射光线的垂直方向分量与入射光线的垂直分量相同，出射光线可以直接进入观看者瞳孔。所述无深度反转的3D图像与有深度反转的重建3D图像关于二面角反射镜阵列对称。通过观看者看到的无深度反转的3D图像与原始3D场景完全相同。
在其中一个实施例中，所述基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示流程分为三个步骤。第一步获取原始3D场景的3D信息，原始3D场景为：字母“Q”位于字母“B”之前，“Q”在右下侧，“B”在左上侧；第二步合成微图像阵列并重建出有深度反转的3D图像，字母“Q”变为位于字母“B”之后；第三步放置二面角反射镜阵列于2D显示屏和透镜阵列上方，成像出无深度反转的3D图像，字母“Q”又变回字母“B”之前，使观看者看到的3D信息与原始3D场景一致。每一步对应的3D场景的视差图如附图3所示。
Claims (1)
1.一种基于二面角反射镜阵列的集成成像3D显示装置，所述装置包括2D显示屏、透镜阵列和二面角反射镜阵列，所述2D显示屏用于显示集成成像微图像阵列；所述透镜阵列设置于所述2D显示屏的正前方，与所述2D显示屏所在平面平行，用于调制所述2D显示屏上像素发出的光线，在前方一定距离处重建出深度反转的3D图像；所述二面角反射镜阵列设置于所述2D显示屏和透镜阵列的上方，用于将所述有深度反转的重建3D图像在空中汇聚成无深度反转的3D图像,，其特征在于，有深度反转的3D图像表面发出的部分入射光线经二面角反射镜阵列两次反射，出射光线的水平方向分量与入射光线的水平分量相反，垂直方向分量与入射光线的垂直分量相同，出射光线可以直接进入观看者瞳孔，所成的无深度反转的3D图像与有深度反转的3D图像关于二面角反射镜阵列呈镜面对称，通过观看者看到的无深度反转的3D图像与原始3D场景完全相同。
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