基于离散式复合图像元阵列的3D显示方法

本发明涉及3d显示，更具体地说，本发明涉及基于离散式复合图像元阵列的3d显示方法。

背景技术：

集成成像3d显示具有裸眼观看的特点，其拍摄与显示的过程相对简单，且能显示全视差和全真色彩的3d图像，是目前3d显示的主要方式之一。与基于微透镜阵列的集成成像3d显示相比，基于针孔阵列的集成成像3d显示具有成本低、重量小、器件厚度薄和节距不受制作工艺限制等优点。但是，3d分辨率不足的瓶颈问题严重影响了观看者的体验。现有的技术方案采用复合针孔阵列和复合图像元阵列解决上述问题。但是，现有的技术方案存在以下问题：

（1）每个一维图像元通过与该一维图像元对应的一维针孔重建一维3d图像。但是，与一维该图像元相邻的二维图像元发出的一部分光线也通过该一维针孔，而且干扰了该一维图像元重建的一维3d图像。

（2）每个二维图像元通过与该二维图像元对应的二维针孔重建二维3d图像。但是，与二维该图像元相邻的一维图像元发出的一部分光线也通过该二维针孔，而且干扰了该二维图像元重建的二维3d图像。

（3）光学效率仍然较低。

因此，现有的技术方案的观看视角θ和光学效率φ分别为

其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，m是水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和。

技术实现要素：

本发明提出了基于离散式复合图像元阵列的3d显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现3d显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏和复合针孔阵列；复合针孔阵列位于显示屏前方，如附图1所示；复合针孔阵列的中心与显示屏的中心对应对齐；显示屏用于显示离散式复合图像元阵列，如附图2所示；离散式复合图像元阵列包括多个离散排列的一维图像元和二维图像元；一维图像元和二维图像元在水平和垂直方向上分隔交替排列；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图3所示；一维针孔和二维针孔在水平和垂直方向上交替排列；一维图像元的中心与对应的一维针孔的中心对应对齐；一维图像元透过对应的一维针孔重建出一维3d图像，与该一维图像元相邻的二维图像元发出的光线不会干扰该一维图像元重建的一维3d图像；二维图像元的中心与对应的二维针孔的中心对应对齐；二维图像元透过对应的二维针孔重建出二维3d图像，与该二维图像元相邻的一维图像元发出的光线不会干扰该二维图像元重建的二维3d图像；一维3d图像与二维3d图像在观看区域合并成一个3d图像。

优选的，一维图像元和二维图像元的宽度均相同；一维针孔和二维针孔的节距均相同；相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度均相同；一维针孔和二维针孔的孔径宽度均相同；相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度a满足下式：

（1）

其中，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距。

优选地，一维图像元的宽度q和相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度a分别为：

（2）

（3）

其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距。

优选地，集成成像3d显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：

（4）

（5）

其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，q是一维图像元的宽度，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，l是观看距离，m是水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和。

优选地，一维图像元的宽度q和相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度a分别为：

（6）

（7）

其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距。

优选地，集成成像3d显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：

（8）

（9）

其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，q是一维图像元的宽度，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，l是观看距离，m是水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和。

附图说明

附图1为本发明的示意图

附图2为本发明的离散式复合图像元阵列的示意图

附图3为本发明的复合针孔阵列的示意图

上述附图中的图示标号为：

1.显示屏，2.复合针孔阵列，3.一维图像元，4.二维图像元，5.一维针孔，6.二维针孔，7.相邻一维图像元与二维图像元的间隔。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面详细说明本发明的基于离散式复合图像元阵列的3d显示方法的一个典型实施例，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。

本发明提出了基于离散式复合图像元阵列的3d显示方法，该方法通过集成成像显示设备实现3d显示；其特征在于，集成成像显示设备包括显示屏和复合针孔阵列；复合针孔阵列位于显示屏前方，如附图1所示；复合针孔阵列的中心与显示屏的中心对应对齐；显示屏用于显示离散式复合图像元阵列，如附图2所示；离散式复合图像元阵列包括多个离散排列的一维图像元和二维图像元；一维图像元和二维图像元在水平和垂直方向上分隔交替排列；复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔，如附图3所示；一维针孔和二维针孔在水平和垂直方向上交替排列；一维图像元的中心与对应的一维针孔的中心对应对齐；一维图像元透过对应的一维针孔重建出一维3d图像，与该一维图像元相邻的二维图像元发出的光线不会干扰该一维图像元重建的一维3d图像；二维图像元的中心与对应的二维针孔的中心对应对齐；二维图像元透过对应的二维针孔重建出二维3d图像，与该二维图像元相邻的一维图像元发出的光线不会干扰该二维图像元重建的二维3d图像；一维3d图像与二维3d图像在观看区域合并成一个3d图像。

优选的，一维图像元和二维图像元的宽度均相同；一维针孔和二维针孔的节距均相同；相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度均相同；一维针孔和二维针孔的孔径宽度均相同；相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度a满足下式：

（1）

其中，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距。

优选地，一维图像元的宽度q和相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度a分别为：

（2）

（3）

其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距。

优选地，集成成像3d显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：

（4）

（5）

其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，q是一维图像元的宽度，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，l是观看距离，m是水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和。

优选地，一维图像元的宽度q和相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度a分别为：

（6）

（7）

其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与复合针孔阵列的间距。

优选地，集成成像3d显示的观看视角θ和光学效率φ分别为：

（8）

（9）

其中，p是一维针孔和二维针孔的节距，w是一维针孔和二维针孔的孔径宽度，q是一维图像元的宽度，g是显示屏与复合针孔阵列的间距，l是观看距离，m是水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和。

一维针孔和二维针孔的节距为10mm，一维针孔和二维针孔的孔径宽度为2mm，显示屏与复合针孔阵列的间距为10mm，观看距离为500mm，水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和为10，则由式（2）和（3）计算得到一维图像元的宽度、相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度分别为7.96mm、2.04mm；由式（4）和（5）计算得到集成成像3d显示的观看视角和光学效率分别为44°、15.7%；基于上述参数的现有的技术方案的观看视角和光学效率分别为34°、12%。

一维针孔和二维针孔的节距为10mm，一维针孔和二维针孔的孔径宽度为2mm，显示屏与复合针孔阵列的间距为10mm，观看距离为500mm，水平方向上一维针孔和二维针孔的数目之和为10，则由式（6）和（7）计算得到一维图像元的宽度、相邻一维图像元与二维图像元的间隔宽度分别为5.96mm、4.04mm；由式（8）和（9）计算得到集成成像3d显示的观看视角和光学效率分别为34°、22.4%；基于上述参数的现有的技术方案的观看视角和光学效率分别为34°、12%。