基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統的製作方法
2023-06-04 16:58:11 1
專利名稱：基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及三維顯示、三維成像和雙向成像與顯示，特別涉及一種基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統。
背景技術：
隨著科技水平的提高，人們對現有的顯示性能要求越來越高，其中裸眼三維顯示和人機互動是目前現代顯示兩個非常重要的發展方向。而人機互動要求實現對目標物體的三維成像，這樣才能解析出目標物體發出的信號，進而實現人機互動。而目前的人機互動系統結構都過於龐大，而且大部分都要求手接觸屏幕。可見，如果在 一個集成的系統中同時提供三維顯示和三維成像的功能，具有非常廣的應用價值。
實用新型內容本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、穩定，使用平板顯示器和透鏡陣列實現裸眼三維顯示，同時利用集成的透鏡陣列-探測器陣列構成的陣列成像裝置進行三維成像，從而形成雙向三維成像-裸眼三維顯示系統。本實用新型採用的技術方案如下基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，依次設有透鏡陣列，用作對物體三維成像，及對平板顯示圖像三維顯示；隔離板，消除透鏡陣列成像-顯示單元之間的信號串擾；探測器陣列，用於測量透鏡陣列像面上收集的三維光場信息，並設有電極控制電路；平板顯示器，顯示供透鏡陣列三維顯示用的陣列圖像。進一步，所述平板顯示器的顯示板的像素包括R、G、B三個子像素，所述平板顯示器為液晶顯示器、等離子體顯示器或者有機發光二級管顯示器。進一步，所述平板顯示器的刷新頻率為120HZ，用於三維顯示的圖像和黑色信號圖像時序交替出現。進一步，所述探測器陣列及其電極控制電路，集成於顯示板或者單獨的一個玻璃基板上，每個顯示像素對應一個探測像素，每個探測像素包含RGB三個子像素，分別測量對應像點的R、G、B分量光信號，每一個顯示像素中探測像素的相對位置都是相同的。進一步，所述透鏡陣列集成於一個玻璃基板上，每個透鏡對應多個顯示像素和探測像素。進一步，當平板顯示器顯示三維陣列圖像時，透鏡陣列重建虛擬三維光場，實現裸眼的三維顯示。進一步，所述隔離板為方形小孔陣列，周期與透鏡陣列相同。較為完善的是，當平板顯示器顯示黑色圖像時，顯示器處於暗態，透鏡陣列收集視場中觀察者及其背景的三維光場信息，實現陣列成像。[0017]較為完善的是，透鏡陣列，隔離板和探測器陣列集成一體，獨立於平板顯示器。透鏡陣列通過收集和重建三維光場信息，從而達到三維成像和裸眼三維顯示的目的，即集成顯示和集成成像。相比於偏振和快門的三維顯示，基於透鏡陣列的三維顯示不需要佩戴眼鏡，方便觀察。另外，可以根據透鏡陣列所拍攝的陣列圖像，可以提取物體的位置信息。本實用新型在上述技術方案中，探測器陣列所成的陣列圖像被用於提取物體的位置和深度信息，為進一步的人機互動提供信息。同時，被裸眼觀察的重建光場具有三維效果。在不影響裸眼三維顯示的前提下來實現三維成像，結構簡單、速度快，實現高質量的雙向三維成像和裸眼三維顯示，與現有技術相比，本實用新型的有益效果在於 I、能夠快速獲得物體三維位置和深度信息。2、能夠提供裸眼三維顯示。 3、性能穩定、結構簡單緊湊，適用於實時視頻會議/聊天系統。4、分析其肢體成像，可拓展其在光學三維人機互動系統上的應用。
為了便於本領域技術人員理解，
以下結合附圖對實用新型作進一步的說明。圖I示意性地給出了雙向三維成像-裸眼三維顯示系統。圖2示意性地給出了平板顯示器RGB像素排列。圖3示意性地給出了對應圖2平板顯示器的探測器陣列二維排布。圖4示意性地給出了隔離板的結構。圖5示意性地給出了成像系統的光路圖。
具體實施方式
請參閱圖1，基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，包括平板顯示器11，用於顯示供三維顯示的陣列圖像；探測器陣列12，用於探測三維光場成像信號；隔離板13，消除透鏡陣列單元之間的信號串擾；透鏡陣列14，用於三維成像和三維顯示；重建三維像15，即三維顯示重建光場；觀察者16，也是被成像對象。上述系統可以劃分為多個成像顯示單元17，每個成像顯示單元17包括了一個透鏡、多個探測像素及顯示像素。請參閱圖2，每一個成像顯示單元17所對應的平板顯示器11像素的排列，圖2中用到了四個像素，每個像素18包括R、G和B三個子像素。請參閱圖3，圖2中的每個顯示像素18都對應探測器陣列12上的一個探測器20。每個探測器像素又包含RGB三個子像素，以探測三維光場的彩色信息，透明基板19用於支撐探測器陣列及其(透明)控制電路。請參閱圖4，該隔離板13是厚硬性材料基板上的小孔陣列，小孔的大小為顯示單元透鏡的尺寸，隔離板13的板壁經過黑化處理，對單元透鏡收集光線的串擾有阻擋作用。請參閱圖5，由透鏡陣列14、隔離板13和平板顯示器11構成的三維顯示系統，每個單元的顯示像素18顯示不同的陣列像，對應同一物點的光線23經透鏡陣列14後匯集於同一點，從而重建了三維像15。[0037]由透鏡陣列14、隔離板13和探測器陣列12構成的三維成像系統，對觀察者16收集不同視角的光線24，這些光線24在不同的單元透鏡中被不同位置的探測像素20接收，使用相關算法處理探測圖像，可以確定該物體16的位置。為了避免顯示信號對探測信號的影響，該系統時序處於兩種工作狀態，一種狀態是顯示陣列圖像，一種狀態是黑色圖像或者關閉電源，此時可進行三維成像，顯示圖像頻率120Hz，最終實現雙向三維成像-裸眼三維顯示。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求1.基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，依次設有 透鏡陣列，用作對物體三維成像，及對平板顯示圖像三維顯示； 隔離板，消除透鏡陣列成像-顯示單元之間的信號串擾； 探測器陣列，用於測量透鏡陣列像面上收集的三維光場信息，並設有電極控制電路； 平板顯示器，顯示供透鏡陣列三維顯示用的陣列圖像。
2.根據權利要求I所述的基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，其特徵在於，所述平板顯示器的顯示板的像素包括R、G、B三個子像素，所述平板顯示器為液晶顯示器、等離子體顯示器或者有機發光二級管顯示器。
3.根據權利要求2所述的基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，其特徵在於，所述平板顯示器的刷新頻率為120Hz，用於三維顯示的圖像和黑色信號圖像時序交替出現。
4.根據權利要求I所述的基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，其特徵在於，所述探測器陣列及其電極控制電路，集成於顯示板或者單獨的一個玻璃基板上，每個顯示像素對應一個探測像素，每個探測像素包含RGB三個子像素，分別測量對應像點的R、G、B分量光信號，每一個顯示像素中探測像素的相對位置都是相同的。
5.根據權利I所述的基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，其特徵在於，所述透鏡陣列集成於一個玻璃基板上，每個透鏡對應多個顯示像素和探測像素。
6.根據權利要求5所述的基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，其特徵在於，當平板顯示器顯示三維陣列圖像時，透鏡陣列重建虛擬三維光場，實現裸眼的三維顯/Jn ο
7.根據權利要求I所述的基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，其特徵在於，所述隔離板為方形小孔陣列，周期與透鏡陣列相同。
8.根據權利要求1-7任一項所述的基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，其特徵在於，當平板顯示器顯示黑色圖像時，顯示器處於暗態，透鏡陣列收集視場中觀察者及其背景的三維光場信息，實現陣列成像。
9.根據權利要求1-7任一項所述的基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統，其特徵在於，透鏡陣列，隔離板和探測器陣列集成一體，獨立於平板顯示器。
專利摘要本實用新型涉及三維顯示、三維成像和雙向成像與顯示，特別涉及一種基於透鏡陣列的雙向三維成像和裸眼三維顯示系統。依次包括透鏡陣列，用作對物體三維成像，及對平板顯示圖像三維顯示；隔離板，消除透鏡陣列成像-顯示單元之間的信號串擾；探測器陣列，用於測量透鏡陣列像面上收集的三維光場信息，並設有電極控制電路；平板顯示器，顯示供透鏡陣列三維顯示用的陣列圖像。探測器陣列所成的陣列圖像被用於提取物體的位置信息，為進一步的人機互動提供信息。同時，在不影響裸眼三維顯示的前提下來實現三維成像，結構簡單、速度快，實現高質量的雙向三維成像和裸眼三維顯示，既適合用於家用和商務視頻系統，還可拓展為一種光學無接觸人機互動系統。
文檔編號H04N13/04GK202721764SQ20122024065
公開日2013年2月6日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者王安廷, 楊福桂 申請人:合肥鼎臣光電科技有限責任公司