3d成像系統和方法
2023-05-11 08:17:21 1
專利名稱：3d成像系統和方法
技術領域：
本發明屬於3D成像領域，尤其涉及幹涉濾光片在3D成像系統中的應用。
背景技術：
3D顯示是利用人兩眼看到的存在略微差異的圖像重建出深度的感覺。3D圖像包含了這兩幅略有差別的圖像(一幅進入左眼，一幅進入右眼)，雙眼視覺通道加工和傳遞雙眼獲得的視覺信息，通過大腦將這兩幅有差別的圖像合成為一幅具有空間深度和維度信息的圖像。正是由於大腦的圖像融合機能，使我們「看到」物體在空間的景象。現有的3D成像技術主要有以下幾種一、色差式3D技術也稱為分色立體成像技術，是最早出現3D顯示技術，從技術層面上來看也是最為初級的一種3D效果顯示方法，這種3D顯示的輔助設備只需購買一付紅青(紅淡藍)色差眼鏡就可以了。成本也最為低廉。色差式3D技術是用兩臺不同視角上拍攝的影像分別以兩種不同的顏色印製在同一副畫面中。用肉眼觀看的話會呈現模糊的重影圖像，只有通過對應的紅藍等立體眼鏡才可以看到立體效果，就是對色彩進行紅色和藍色的過濾，紅色的影像通過紅色鏡片藍色通過藍色鏡片，兩隻眼睛看到的不同影像在大腦中重疊呈現出3D立體效果。色差式3D技術難度低，成本低廉，但是3D眼鏡是用吸收式濾光片，濾色不徹底，所以總存在重影問題；濾色鏡片單色光透過率大約在10% 30%，觀看亮度低；濾色鏡片對各波段濾色比例不均衡，會引起色彩的變化。二、快門式3D技術快門式3D技術主要是通過提高畫面的快速刷新率(至少要達到120Hz)來實現3D效果，屬於主動式3D技術。當3D信號輸入到顯示設備(諸如、投影機等)後，120Hz的圖像便以幀序列的格式實現左右幀交替產生，通過紅外發射器將這些幀信號傳輸出去，負責接收的3D眼鏡在刷新同步實現左右眼觀看對應的圖像，並且保持與2D視像相同的幀數，觀眾的兩隻眼睛看到快速切換的不同畫面，並且在大腦中產生立體縱深感， 便觀看到立體影像。快門式3D技術在電腦和投影機行業已經成了 3D技術的代名詞。但是快門式3D 技術需要刷新率至少達120HZ，及紅外信號同步裝置，使整個顯示設備價格上升，技術難度也大增；而且3D快門眼鏡是兩個液晶板，價格昂貴，很多消費者難以接受。三、偏光式偏光式3D也叫偏振式3D技術，屬於被動式3D技術，眼鏡價格也較為便宜，目前3D電影院、3D等大多採用的是偏光式3D技術。和快門式3D技術一樣，偏光式 3D也細分出了很多種類，比如應用於投影機行業的偏光式3D需要兩臺以上性能參數完全相同的投影機才能實現3D效果，而應用於電視行業的偏光式3D技術則需要畫面具有240Hz 或者480Hz以上的刷新率，從實現的方式二者也存在很多差別。偏光式眼鏡價格低廉，3D效果出色，市場份額大，但是觀看時頭的左右擺動，會出現重影。安裝調試繁瑣，影院投資成本大；在電視應用技術難度太大，成本高。四、裸眼式3D技術裸眼式3D技術大多處於研發階段，並且主要應用在工業商用顯示市場，所以大眾消費者接觸的不多。有鑑於此，有必要提供一種新型的3D成像系統。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明解決的技術問題是提供一種分光更純的3D成像系統及3D成像方法。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是這樣實現的一種3D成像系統，包括彩色顯示裝置和3D眼鏡，其中，所述3D眼鏡包括第一鏡片和第二鏡片，所述第一鏡片和第二鏡片上均設有幹涉濾光片，所述第一鏡片上的幹涉濾光片只能透過RGB的1色，所述第二鏡片上的幹涉濾光片只能透過RGB其餘的1色或2色。進一步地，所述第一鏡片上的幹涉濾光片允許第一波長範圍的光透過，所述第二鏡片上的幹涉濾光片允許第二波長範圍的光透過，所述第一波長範圍和第二波長範圍無重疊。進一步地，所述3D成像系統還包括立體攝像機，所述立體攝像機上設有幹涉濾光片，所述幹涉濾光片可將RGB三色分色成至少兩段波長範圍無重疊的光。進一步地，所述3D成像系統還包括立體攝像機，所述立體攝像機包括第一影像攝像機和第二影像攝像機，所述第一影像攝像機和第二影像攝像機上均設有幹涉濾光片，所述第一影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過RGB中1色，所述第二影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過其餘RGB中1色或2色。進一步地，所述彩色顯示裝置上設有幹涉濾光片，所述幹涉濾光片可將RGB三色分色成至少兩段波長範圍無重疊的光。進一步地，所述彩色顯示裝置包括立體投影機，所述立體投影機包括第一投影機和第二投影機，所述第一投影機和第二投影機上均設有幹涉濾光片，所述第一投影機上的幹涉濾光片只允許透過RGBl色，所述第二投影機上的幹涉濾光片只允許透過其餘RGBl色或2色進一步地，所述彩色顯示裝置包括立體投影機，所述立體投影機設有可以轉動的帶通色輪，所述帶通色輪上設有允許不同波長範圍光透過的至少兩片幹涉濾光片。所述帶通色輪為設有六片幹涉濾光片的六帶通色輪，所述六片幹涉濾光片分別可透過波長範圍無重疊的光，包括2片相鄰且允許透過不同波長範圍紅光的幹涉濾光片、2片相鄰且允許透過不同波長範圍綠光的幹涉濾光片以及2片相鄰且允許透過不同波長範圍藍光的幹涉濾光片。本發明還可以這樣實現一種合成分色3D影像的方法，其步驟包括第一步，第一影像攝像機以第一視角擷取影像，第二影像攝像機以第二視角擷取影像；第二步，第一影像攝像機擷取的影像經過幹涉濾光片過濾後存儲為RGBl色的左影像，第二影像攝像機擷取的影像經過幹涉濾光片過濾後存儲為其餘RGBl色或2色的右影像；第三步，左影像和右影像疊加成分色3D影像。
本發明還可以這樣實現一種實現3D成像的方法，其步驟包括第一步，第一投影機和第二投影機分別對3D影像進行投影；第二步，第一投影機上的幹涉濾光片對3D影像過濾並投影出RGBl色的左影像，第二投影機上的幹涉濾光片對3D影像過濾並投影出其餘RGBl色或2色的右影像；第三步，左影像和右影像被3D眼鏡接收，其中，左影像波段透過3D眼鏡的第一鏡片進入左眼，並在第二鏡片處截止，右影像波段透過3D眼鏡的第二鏡片進入右眼，並在第一鏡片處截止。第四步，左影像和右影像在人腦中疊加合成，呈現3D效果。與現有技術相比，本發明的有益效果是3D成像系統中設有幹涉濾光片，亮度高， 無重影，成本低。
圖1所示為利用本發明3D成像系統合成分色3D影像的流程圖；圖2所示為本發明將分色3D影像投影的示意圖；圖3所示為利用本發明3D成像系統實現3D成像的流程圖；圖4所示為利用本發明3D成像系統實現真彩色3D成像的流程圖；圖5所示為本發明六帶通色輪的示意圖；圖6所示為本發明六帶通色輪在整個可見光區域的濾色曲線；圖7所示為本發明利用設有幹涉濾光片的LCD液晶投影機實現3D影像投影示意圖。
具體實施例方式本發明涉及一種3D成像系統，包括彩色顯示裝置和3D眼鏡。在拍攝3D影像中還需要立體攝像機，立體攝像機包括第一影像攝像機和第二影像攝像機兩臺攝像機，3D眼鏡上設有濾色裝置。所述兩臺攝像機在拍攝3D影像時分別從不同視角進行拍攝，其中第一影像攝像機拍攝獲得的影像被存儲為左影像，第二影像攝像機拍攝獲得的影像被存儲為右影像，左影像和右影像被疊加後便合成為一幅3D的影像。所述3D影像經過立體投影機投影被3D眼鏡接收，3D眼鏡通過濾色裝置使得左影像透過設於左眼前方的濾色裝置，右影像透過設於右眼前方的濾色裝置，從而使得人的左眼和右眼分別接收到不同的左影像和右影像並在人的腦中呈現3D效果。本發明的3D成像系統，在立體攝像機、彩色顯示裝置和3D眼鏡中至少一個設有幹涉濾光片的濾色裝置，幹涉濾光片分色更純，並且可通過對波長截止點的控制使其只能透過RGB特定波段的顏色，立體攝像機上設置幹涉濾光片，可以選擇透過至少兩段波長範圍無重疊的光，使得分色更獨立。3D眼鏡包括第一鏡片和第二鏡片，在第一鏡片和第二鏡片上分別設有幹涉濾光片，其中第一鏡片上的幹涉濾光片可以透過RGB的1色，第二鏡片上的幹涉濾光片可以透過 RGB其餘的1色或2色。所述第一鏡片上的幹涉濾光片可允許第一波長範圍的光透過，所述第二鏡片上的幹涉濾光片可允許第二波長範圍的光透過，第一波長範圍與第二波長範圍相互獨立無重疊。立體拍攝中，需要第一影像攝像機和第二影像攝像機兩臺攝像機，兩臺立體攝像機的鏡頭上均設有幹涉濾光片，其中第一影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過RGB中1 色，第二影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過RGB其餘的1色或2色。在彩色顯示裝置的顯示屏上設置幹涉濾光片，可對圖像的RGB三色的波長進行選擇截取和透過，並使得透過的光至少為兩段無重疊的波長範圍，即可以使得透過的光為3 段波長範圍無重疊的R、G、B三色；也可以使得透過的光為分屬於兩波長範圍無重疊的波段，其中一波段截取RGBl色，另一波段截取其餘RGBl色或2色。彩色顯示裝置中還包括立體投影機，在投影機的光源前方設置只能透過RGB的1 色或2色的幹涉濾光片，可以將3D影像經過幹涉濾光片過濾投影出2D的影像。3D成像系統中的濾光裝置採用幹涉濾光片可以將顯示系統的光源及分光系統調整的更純更獨立，以利於分色3D影像的左右影像信息的獨立加載，而且可以在任一波長處進行截至/導通，對分色3D影像的左右影像色彩獨立的導通/截至，不僅減少/消除重影現象，而且增加了亮度。如圖1所示為本發明利用立體攝像機合成分色3D影像的流程圖，包括通過不同視角對實景進行拍攝的第一影像攝像機和第二影像攝像機兩臺攝像機，本發明中在兩臺立體攝像機的鏡頭上均設有幹涉濾光片，其中第一影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過RGB 中1色，第二影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過RGB其餘的1色或2色(也可以第二影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過RGB中1色，第一影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過RGB其餘的1色或2色)。利用設有幹涉濾光片的第一影像攝像機和第二影像攝像機進行合成3D影像的方法如下第一步，第一影像攝像機以第一視角擷取影像，第二影像攝像機以第二視角擷取影像；第二步，第一影像攝像機擷取的影像經過幹涉濾光片過濾後存儲為RGBl色的左影像，第二影像攝像機擷取的影像經過幹涉濾光片過濾後存儲為其餘RGBl色或2色的右影像；第三步，左影像和右影像疊加成分色3D影像。立體攝影機的濾色裝置為幹涉濾光片，可以使透過的色彩亮度更好，色彩更純。如圖2所示為將所述分色3D影像投影的示意圖，包括一個高速旋轉的RGB三色輪，所述高速旋轉的RGB三色輪可對RGB三色獨立完全分開，即可透過3個波長範圍無重疊的光。將分色3D影像投影的方法如下第一步，分色3D影像經光源投影至高速旋轉的RGB三色輪；第二步，高速旋轉的RGB三色輪將3D影像過濾成波長範圍無重疊的左影像和右影像；第三步，DMD微鏡將左影像和右影像輸出至鏡頭。彩色顯示裝置中的幹涉濾光片，通過對截止點的選取，使得RGB3色的光顯示控制為波長範圍獨立的光，這樣就左右影像的色彩不串線，避免了重影。
如圖3所示為利用所述立體投影機投影3D影像的流程圖。所述立體投影機包括投影3D影像的第一投影機和第二投影機，在兩臺立體投影機鏡頭上分別設置有幹涉濾光片，其中第一投影機上的幹涉濾光片只允許透過RGB中1色，第二投影機上的幹涉濾光片只允許透過RGB其餘的1色或2色(也可以第二投影機上的幹涉濾光片只允許透過RGB中1 色，第一投影機上的幹涉濾光片只允許透過RGB其餘的1色或2色)。立體投影機上的幹涉濾光片，可將3D影像過濾成2D的左影像或右影像。利用設有幹涉濾光片的第一投影機和第二投影機投影3D影像的方法如下第一步，第一投影機和第二投影機分別對3D影像進行投影，所述3D影像包括RGB3 色的左影像和RGB3色的右影像；第二步，第一投影機上的幹涉濾光片對3D影像過濾並投影出RGBl色的左影像，第二投影機上的幹涉濾光片對3D影像過濾並投影出其餘RGBl色或2色的右影像；第三步，左影像和右影像被3D眼鏡接收，其中，左影像透過3D眼鏡第一鏡片的幹涉濾光片進入左眼，並被第二鏡片上的幹涉濾光片截止，右影像波段透過3D眼鏡第二鏡片的幹涉濾光片進入右眼，並被第一鏡片的幹涉濾光片截止。第四步，左影像和右影像在人腦中疊加合成，呈現3D效果。如圖4所示為利用所述立體投影機投影真彩色3D影像的流程圖，真彩色3D影像包括RGB3色的左影像和RGB3色的右影像，RGB3色的左影像包括左紅、左藍和左綠三色， RGB3色的右影像包括右紅、右藍和右綠三色。其中立體投影機中的幹涉濾光片由六片幹涉濾光片組成，並設置在一可轉動的六帶通色輪上，所述六片幹涉濾光片分別可透過波長範圍無重疊的光，包括2片相鄰且允許透過不同波長範圍紅光的幹涉濾光片、2片相鄰且允許透過不同波長範圍綠光的幹涉濾光片以及2片相鄰且允許透過不同波長範圍藍光的幹涉濾光片。如圖5所示為本發明六帶通色輪的示意圖，六片幹涉濾光片在六帶通色輪上設置為一圈，並只允許分別透過左紅、左藍、左綠、右紅、右藍和右綠六個不同波段的影像。圖 6所示六帶通色輪在整個可見光區域的濾色曲線，在轉動過程中六帶通色輪可依序透過左紅、右紅、左藍、右藍、左綠和右綠的波段顏色。本發明還提供一種配合所述六帶通色輪的左右三帶通分色3D眼鏡，包括第一鏡片和第二鏡片，其中第一鏡片上設有僅透過左紅、左藍和左綠三個不同波長範圍的幹涉濾光鏡，第二鏡片上設有僅透過右紅、右藍和右綠三個不同波長範圍的幹涉濾光鏡，即第一鏡片只能透過左影像，第二鏡片只能透過右影像。所述左右三帶通分色3D眼鏡可將透過六帶通色輪的6個不同波長範圍的影像通過第一鏡片和第二鏡片上的幹涉濾光片進行篩選透過，最終在腦中合成並呈現真彩色3D效果。所述左紅、左藍、左綠、右紅、右藍和右綠所屬的波長範圍無重疊。利用設有六帶通色輪的立體投影機投影真彩色3D影像的方法如下第一步，用六帶通色輪將真彩色3D影像分成兩組波段獨立的紅綠藍，一組顯示真彩色3D影像的左影像，另一組顯示真彩色3D影像的右影像。第二步，然後通過兩片三帶通的分光3D眼鏡接收，第一鏡片的三帶通讓顯示左影像的一組紅綠藍波段通過，顯示右影像的一組紅綠藍波段截止；同樣第二鏡片的三帶通分光設計，讓顯示右影像的一組紅綠藍波段通過，顯示左影像的一組紅綠藍波段截止；
真彩色3D成像方法也可以這樣實現光源為六色的雷射光源，分別將RGB三色的左影像和RGB三色的右影像直接輸出至左右三帶通分色3D眼鏡。如圖7所示為利用設有幹涉濾光片的LCD液晶投影機進行3D影像投影示意圖，所述IXD液晶投影機包括光源1、幹涉濾光片3和6、反射鏡2、4、7和8以及彩色顯示裝置5， 幹涉濾光片可投射完全獨立波段的光。利用設有幹涉濾光片的LCD液晶投影機的3D影像投影方法如下第一步，反射鏡2將光源1投影的3D影像反射到幹涉濾光片3 ；第二步，幹涉濾光片3將RGB的1色透過並通過反射鏡4反射至彩色顯示裝置5， 其餘RGB的2色被幹涉濾光片3反射到幹涉濾光片6 ；第三步，幹涉濾光片6將其餘RGB的2色中的1色透過並傳輸至彩色顯示裝置5， 將另1色反射到反射鏡7並最終通過反射鏡8反射至彩色顯示裝置5。進一步地，本發明也可在LCD液晶投影機光源1出射的前方設置六帶通色輪或者兩個三帶通色輪，所述兩個三帶通色輪由兩部分組成，每部分呈半圓形並可分別通過含 RGB3色的左影像和RGB3色的右影像，兩個三帶通色輪依序可透過左紅、左藍、左綠、右紅、 右藍和右綠。幹涉濾光片在3D設備中應用，可將顯示系統的光源及分光系統調整的更純更獨立，以利於分色3D影像的左右影像信息的獨立加載；幹涉濾光片也可以在任一波長處進行截至/導通，對分色3D影像的左右影像色彩獨立的導通/截至，不僅減少/消除重影現象， 而且提高了亮度，保持原圖像真彩色色彩不變，而且應用幹涉濾光片的3D設備成本便宜， 觀看時頭無需左右擺動。以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種3D成像系統，包括彩色顯示裝置和3D眼鏡，其特徵在於所述3D眼鏡包括第一鏡片和第二鏡片，所述第一鏡片和第二鏡片上均設有幹涉濾光片，所述第一鏡片上的幹涉濾光片只能透過RGB的1色，所述第二鏡片上的幹涉濾光片只能透過RGB其餘的1色或 2色。
2.根據權利要求1所述的3D成像系統，其特徵在於所述第一鏡片上的幹涉濾光片允許第一波長範圍的光透過，所述第二鏡片上的幹涉濾光片允許第二波長範圍的光透過，所述第一波長範圍和第二波長範圍無重疊。
3.根據權利要求1所述的3D成像系統，其特徵在於所述3D成像系統還包括立體攝像機，所述立體攝像機上設有幹涉濾光片，所述幹涉濾光片可將RGB三色分色成至少兩段波長範圍無重疊的光。
4.根據權利要求1所述的3D成像系統，其特徵在於所述3D成像系統還包括立體攝像機，所述立體攝像機包括第一影像攝像機和第二影像攝像機，所述第一影像攝像機和第二影像攝像機上均設有幹涉濾光片，所述第一影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過RGB中 1色，所述第二影像攝像機上的幹涉濾光片只允許透過其餘RGB中1色或2色。
5.根據權利要求1所述的3D成像系統，其特徵在於所述彩色顯示裝置上設有幹涉濾光片，所述幹涉濾光片可將RGB三色分色成至少兩段波長範圍無重疊的光。
6.根據權利要求1所述的3D成像系統，其特徵在於所述彩色顯示裝置包括立體投影機，所述立體投影機包括第一投影機和第二投影機，所述第一投影機和第二投影機上均設有幹涉濾光片，所述第一投影機上的幹涉濾光片只允許透過RGBl色，所述第二投影機上的幹涉濾光片只允許透過其餘RGBl色或2色
7.根據權利要求1所述的3D成像系統，其特徵在於所述彩色顯示裝置包括立體投影機，所述立體投影機設有可以轉動的帶通色輪，所述帶通色輪上設有允許不同波長範圍光透過的至少兩片幹涉濾光片。
8.根據權利要求7所述的3D成像系統，其特徵在於所述帶通色輪為設有六片幹涉濾光片的六帶通色輪，所述六片幹涉濾光片分別可透過波長範圍無重疊的光，包括2片相鄰且允許透過不同波長範圍紅光的幹涉濾光片、2片相鄰且允許透過不同波長範圍綠光的幹涉濾光片以及2片相鄰且允許透過不同波長範圍藍光的幹涉濾光片。
9.一種利用權利要求4所述的3D成像系統合成分色3D影像的方法，其步驟包括第一步，第一影像攝像機以第一視角擷取影像，第二影像攝像機以第二視角擷取影像；第二步，第一影像攝像機擷取的影像經過幹涉濾光片過濾後存儲為RGBl色的左影像， 第二影像攝像機擷取的影像經過幹涉濾光片過濾後存儲為其餘RGBl色或2色的右影像；第三步，左影像和右影像疊加成分色3D影像。
10.一種利用權利要求6所述的3D成像系統實現3D成像的方法，其步驟包括第一步，第一投影機和第二投影機分別對3D影像進行投影；第二步，第一投影機上的幹涉濾光片對3D影像過濾並投影出RGBl色的左影像，第二投影機上的幹涉濾光片對3D影像過濾並投影出其餘RGBl色或2色的右影像；第三步，左影像和右影像被3D眼鏡接收，其中，左影像波段透過3D眼鏡的第一鏡片進入左眼，並在第二鏡片處截止，右影像波段透過3D眼鏡的第二鏡片進入右眼，並在第一鏡片處截止。第四步，左影像和右影像在人腦中疊加合成，呈現3D效果。
全文摘要
本發明涉及一種3D成像系統和方法，包括彩色顯示器和3D眼鏡，所述3D眼鏡包括第一鏡片和第二鏡片，所述第一鏡片和第二鏡片上均設有幹涉濾光片，所述第一鏡片上的幹涉濾光片只能透過RGB的1色，所述第二鏡片上的幹涉濾光片只能透過RGB其餘的1色或2色。通過幹涉濾光片在3D成像系統的應用，可以將顯示系統的光源及分光系統調整的光色彩更純、更獨立，以利於分色3D影像的左右影像信息的獨立加載與分離，本發明方法所需成本低。
文檔編號G03B35/20GK102279467SQ20101019980
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月13日 優先權日2010年6月13日
發明者陳小軍 申請人:陳小軍