真三维显示装置和系统、真三维显示控制方法和装置制造方法
【专利摘要】提供了一种真三维显示装置和系统、真三维显示控制方法和装置，真三维显示控制方法包括：根据预设视场确定目标光线，所述目标光线具体为：由光源生成的、可依次透过N个透光层后投射至所述预设视场中的光线，N为大于1的整数；根据各目标光线在各透光层上的坐标信息调整各透光层的光处理参数，以在各透光层上显示用于组成对应所述预设视场的真三维图像的断层图像。本发明能够提升真三维显示的清晰度、分辨率亮度等性能。
【专利说明】真三维显示装置和系统、真三维显示控制方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像显示技术，尤其涉及一种真三维显示装置和系统、真三维显示控 制方法和装置。
【背景技术】
[0002] 所谓"真三维显示"是指被显示的三维物体之间的相对位置关系也被真实地体现， 构成真正意义上的三维空间图像，具有真实物理深度和图像质量的表面特性，观察者不需 要任何辅助设备就可以从多个方向任意观察被显示物体，感知最真实、完整的三维信息。真 三维显示技术从根本上更新了图像显示的概念，使显示的图像栩栩如生，向观看者提供了 完备的心理和生理上的三维感知信息，为理解三维图像和其中物体之间的空间关系提供了 独特的手段。
[0003] 当前的双目立体眼镜技术、平行遮挡光栅技术、柱面镜技术以及集成显示技术都 存在着各种缺陷，比如显示尺寸不大、视场数量少、分辨率低、亮度低、清晰度不足等。而多 投影仪的光场真三维显示系统虽然有获得大视场的潜质，但其存在着投影仪间校准困难以 及价格昂贵等固有的缺陷。
【发明内容】
[0004] 在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理 解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关 键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念， 以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0005] 本发明的一个主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种满足大尺寸显示、提 升视场数量、分辨率、亮度和清晰度的真三维显示装置、真三维显示控制方法和装置以及真 三维显示系统。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种真三维显示装置，
[0007]光源；
[0008] 沿所述光源的光传播方向依次设置的N个透光层，N为大于1的整数，各所述透光 层用于显示对应预设视场的断层图像，各透光层显示的对应预设视场的断层图像用于组成 对应所述预设视场的真三维图像。
[0009] 为实现上述目的，本发明还提供一种真三维显示控制方法，包括
[0010] 根据预设视场确定目标光线，所述目标光线具体为：由光源生成的、可依次透过N 个透光层后投射至所述预设视场中的光线，N为大于1的整数；
[0011] 根据各目标光线在各透光层上的坐标信息调整各透光层的光处理参数，以在各透 光层上显示用于组成对应所述预设视场的真三维图像的断层图像。
[0012] 为实现上述目的，本发明还提供一种真三维显示控制装置，包括：
[0013] 目标光线确定模块，用于根据预设视场确定目标光线，所述目标光线具体为：由所 述光源生成的、可依次透过第N个透光层后投射至所述预设视场中的光线，N为大于1的整 数；
[0014] 参数调整模块，用于根据各目标光线在各透光层上的坐标信息调整各透光层的光 处理参数，以在各透光层上显示用于组成对应所述预设视场的真三维图像的断层图像。
[0015] 为实现上述目的，本发明还提供一种真三维显示系统，包括上述真三维显示装置 以及真三维显示控制装置。
[0016] 本发明的真三维显示装置通过在光源的光传播方向依次设置多层透光层，各透光 层能够显示对应预设视场的断层图像，多个透光层显示的断层图像对应组成对应预设视场 的真三维图像，使得处于预设视场中的观察者能够观看到对应的真三维图像，且能够实现 大尺寸显示、能够提升真三维显示的分辨率、亮度、清晰度等。
[0017] 本发明的真三维显示控制方法和装置以及真三维显示系统可根据预设视场确定 目标光线，根据各目标光线在各透光层上的坐标信息调整各透光层的光处理参数，以在各 透光层上显示所需的断层图像，最终形成对应预设视场的真三维图像，这种控制方式能够 实现大尺寸显示、能够提升真三维显示的分辨率、亮度、清晰度等，同时避免采用多投影仪 进行真三维显示时产生的校准难度低的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其 它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似 的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0019] 图1为本发明的真三维显示装置的实施例1的结构示意图。
[0020] 图2为本发明的真三维显示装置的实施例2的结构示意图。
[0021] 图3为本发明的真三维显示装置的实施例3的结构示意图。
[0022] 图4为本发明的真三维显示控制方法的一种实施例的流程图。
[0023] 图5以图例的形式描述透光率函数的三阶张量的示意图。
[0024] 图6表示本发明的真三维显示控制方法应用在图1所示的真三维显示装置中时， 根据预设视场确定目标光线的示意图。
[0025] 图7为以图例的形式描述旋转率函数的三阶张量的示意图。
[0026] 图8表示本发明的真三维显示控制方法应用在图2所示的真三维显示装置中时， 根据预设视场确定目标光线的示意图。
[0027] 图9为本发明真三维显示控制装置的一种实施例的方框图。
【具体实施方式】
[0028] 下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描 述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应 当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知 的部件和处理的表示和描述。
[0029] 真三维显示装置的实施例1
[0030] 参考图1，本发明的真三维显示装置的实施例1包括光源10以及沿光源10的光传 播方向依次设置的第1个透光层至第N个透光层12, N为大于1的整数，各透光层12用于 显示对应预设视场的断层图像，各透光层12显示的对应该预设视场的断层图像用于组成 对应该预设视场的真三维图像。
[0031] 上述预设视场的个数可为多个，如图1所示，本发明的真三维显示装置可形成多 个视场VI、V2……VR，R为大于1的整数，透过各透光层12投射至各视场中的光线在各透 光层上具有确定的坐标信息。各透光层12可通过其光处理参数的调整来显示对应多个视 场的断层图像。
[0032] 光源10可为背光模组，其可用于生成均匀光或者结构光。
[0033] 光源10紧贴第一个透光层12设置。
[0034] 上述各透光层12具体为空间光调制器（SLM，Spatial light modulator),其光处 理参数具体为透光率函数。各空间光调制器用于接收外部的控制信息以控制其各个显示单 元(像素单元）的透光率函数值，进而显示出所需的图像信息(断层图像)。
[0035] 上述各空间光调制器可为，例如，可以显示彩色、黑白和/或灰度图像的液晶面 板。
[0036] 如图1所示，本实施例中，部分或全部空间光调制器的截面为平面。
[0037] 真三维显示装置的实施例2
[0038] 参考图2,本发明的真三维显示装置的实施例2包括光源20以及沿光源20的光传 播方向设置的N个透光层22,本实施例的真三维显示装置的与实施例1的真三维显示装置 的结构基本相同，区别在于：
[0039] 各透光层22为极性光旋转器，其光处理参数具体为旋转率函数。各极性光旋转器 用于接收外部的控制信息以控制其各个显示单元的对光线的旋转率函数值，进而显示出所 需的图像信息(断层图像)。
[0040] 可选地，当光源发射的光线为发散光，在光源和第一个极性光旋转器之间还设置 有第一极性光调制器24,用于将光源发射的光线转换为极性光，并且，本实施例还设置有第 二极性光调制器26,其具体可设置在第N个极性光旋转器面向预设视场的一侧，用于将极 性光转换为可见光后投射至对应的预设视场。
[0041] 本实施例中，可通过外部的控制装置将需要显示的真三维图像数据转化为各透光 层22的旋转率图像数据，分别输送到各极性光旋转器上，光源20产生的均匀光或结构光经 第一极性光调制器24产生特定方向的极性光，每条光线的极性经过各极性光旋转器上各 显示单元的逐级旋转，形成具有特定旋转方向的极性光，该极性光经第二极性光调制器26 的调制，转换为可见光，在预设视场形成光场分布。
[0042] 各极性光旋转器22也可选用可显示彩色、黑白和/或灰度图像的液晶面板。
[0043] 部分或全部极性光旋转器32的截面可为平面。
[0044] 真三维显示装置的实施例3
[0045] 参考图3,本发明的真三维显示装置的实施例3包括光源（图中未示出）以及沿光 源〇的光传播方向设置的第N个透光层32,各透光层32可为空间光调制器、极性光旋转器 或者其它可调整断层图像的显示内容的器件，当各透光层32为极性光旋转器时，本实施例 的真三维显示装置还包括第一极性光调制器和第二极性光调制器，具体在实施例2中已进 行了描述，不再赘述。
[0046] 本实施例的真三维显示装置和实施例1或实施例2的真三维显示装置的结构或工 作方式基本相同，区别在于，如图3所示，本实施例的各透光层32的截面可为曲面。即各透 光层可以为任意的三维曲面形状。将全部或部分透光层设置为任意的三维曲面形状，可获 取更广泛的视场范围。
[0047] 真三维显示控制方法的实施例
[0048] 参考图4,本发明真三维显示控制方法的一种实施例包括以下步骤：
[0049] 步骤S401 :根据预设视场确定目标光线，该目标光线具体为：由光源生成的、可依 次透过第（1-N)个透光层后投射至该预设视场中的光线，N为大于1的整数；以及
[0050] 步骤S405 :根据各目标光线在各透光层上的坐标信息调整各透光层的光处理参 数，以在各透光层上显示用于组成对应该预设视场的真三维图像的断层图像。
[0051] 作为可选方案，如图1所示，本发明的真三维显示控制方法在步骤S401和步骤 S405之间还包括步骤S403 :
[0052] 根据各目标光线在任意两个透光层上的坐标信息获取各目标光线在其余各透光 层上的坐标信息。
[0053] 也可以其它方式、如预测等方式获取目标光线在各透光层上的坐标信息。
[0054] 可选地，步骤S405中获取的光处理参数具体为：使得透过各透光层的光线与目标 光线之间的误差最小的光处理参数。通过这种方式，能够获取显示在各透光层上与目标图 像最接近的断层图像，可进一步提升三维显示的质量。
[0055] 参考图1、图5和图6,本发明的真三维显示控制方法具体可应用于上述真三维显 示装置的各实施例中。当应用在图1所示的真三维显示装置中时，各透光层具体为空间光 调制器，各透光层的光处理参数具体为空间光调制器的透光率函数值
[0056] 在步骤S405中，可根据以下公式获取各个透光层的透光率函数值
【权利要求】
1. 一种真三维显示装置，其特征在于，包括： 光源； 沿所述光源的光传播方向依次设置的N个透光层，N为大于1的整数，各所述透光层用 于显示对应预设视场的断层图像，各透光层显示的对应预设视场的断层图像用于组成对应 所述预设视场的真三维图像。
2. 根据权利要求1所述的真三维显示装置，其特征在于，各所述透光层具体为空间光 调制器。
3. 根据权利要求1所述的真三维显示装置，其特征在于，各所述透光层具体为极性光 旋转器，所述光源与第一个透光层之间还设有用于将光源产生的光线转换为极性光的第一 极性光调制器，所述真三维显示装置还包括用于将透过第N个透光层的极性光转换为可见 光的第二极性光调制器。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的真三维显示装置，其特征在于，各所述透光层的截 面为平面形或曲面形。
5. 根据权利要求1-3任一项所述的真三维显示装置，其特征在于，所述空间光调制器 具体为液晶面板。
6. -种真三维显示控制方法，其特征在于，包括： 根据预设视场确定目标光线，所述目标光线具体为：由光源生成的、可依次透过N个透 光层后投射至所述预设视场中的光线，N为大于1的整数； 根据各目标光线在各透光层上的坐标信息调整各透光层的光处理参数，以在各透光层 上显示用于组成对应所述预设视场的真三维图像的断层图像。
7. 根据权利要求6所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述"根据预设视场确定 目标光线"和"根据各目标光线在各透光层上的坐标信息调整各透光层的光处理参数"的步 骤之间还包括： 根据各目标光线在任意两个透光层上的坐标信息获取目标光线在其余各个透光层上 的坐标信息。
8. 根据权利要求6所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述"根据各目标光线在 各透光层上的坐标信息调整各透光层的光处理参数"中获取的光处理参数为：使得透过各 所述透光层的光线与所述目标光线之间的误差最小的光处理参数。
9. 根据权利要求8所述的真三维显示控制方法，其特征在于，各所述透光层具体为空 间光调制器，各所述透光层的光处理参数具体为空间光调制器的透光率函数值。
10. 根据权利要求9所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述真三维显示控制方 法根据以下公式获取各个透光层的透光率函数值
函数值，1〇是所述光源的亮度，T(im，jm，in，jn)为目标光线，m、n表示所述多个透光层中的任 意两个的序号，（im，jm，in，jn)为目标光线在第m个透光层和第η个透光层上的坐标信息。
11. 根据权利要求10所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述真三维显示控制 方法通过最速下降法，共轭梯度法，牛顿法，变尺度法，鲍威尔法，单形替换法，随机方向法， 复合形法，可行方向法，惩罚函数法，线性规划，遗传算法，神经网络或专家系统，对各所述 透光层的透光率函数值进行求解。
12. 根据权利要求10所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述真三维显示控制 方法根据第k个透光层的透光率函数值，求解第k+Ι个透光层的透光率函数，以迭代求解各 透光层的透光率函数值，其中1 < k〈N。
13. 根据权利要求10所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述真三维显示控制 方法通过对以下公式两边取对数，求解线性方程的方式获取各个透光层的透光率函数值
其中，T(im，jm，in，jn)为目标光线，L是所述光源的亮度，aQu 为第1个透光层 上、与所述目标光线对应的像素单元处的透光率函数值。
14. 根据权利要求8所述的真三维显示控制方法，其特征在于，各所述透光层具体为极 性光旋转器，各所述透光层的光处理参数具体为极性光旋转器的旋转率函数值。
15. 根据权利要求14所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述真三维显示控制 方法根据以下公式获取各个透光层的旋转率函数
数值，1〇是所述光源的亮度，T(im，jm，in，jn)为目标光线，m、n表示所述多个透光层中的任意 两个的序号，（im，jm，in，jn)为目标光线在第m个透光层和第η个透光层上的坐标信息。
16. 根据权利要求15所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述真三维显示控制 方法通过最速下降法，共轭梯度法，牛顿法，变尺度法，鲍威尔法，单形替换法，随机方向法， 复合形法，可行方向法，惩罚函数法，线性规划，遗传算法，神经网络或专家系统，对所述各 个透光层的旋转率函数值进行求解。
17. 根据权利要求15所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述真三维显示控制 其中，T(im，jm，in，jn)为目标光线，l是所述光源的亮度，ba^ 为第1个透光层 上、与所述目标光线对应的像素单元处的透光率函数，k为透光层的序号，其中1彡k〈N。 方法根据第k个透光层的旋转率函数值，求解第k+Ι个透光层的透光率函数旋转率函数值， 以迭代求解各透光层的旋转率函数值，其中1 < k〈N。 18.根据权利要求15所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述真三维显示控制
19. 根据权利要求6所述的真三维显示控制方法，其特征在于，所述光源产生的光线转 换为极性光后依次透过各所述透光层，透过第N个透光层的极性光转换为可见光后投射至 所述预设视场。
20. -种真三维显示控制装置，其特征在于，包括： 目标光线确定模块，用于根据预设视场确定目标光线，所述目标光线具体为：由所述光 源生成的、可依次透过第N个透光层后投射至所述预设视场中的光线，N为大于1的整数； 参数调整模块，用于根据各目标光线在各透光层上的坐标信息调整各透光层的光处理 参数，以在各透光层上显示用于组成对应所述预设视场的真三维图像的断层图像。
21. 根据权利要求20所述的真三维显示控制装置，其特征在于，还包括坐标信息获取 模块，用于根据各目标光线在任意两层透光层上的坐标信息获取各目标光线在其余各个透 光层上的坐标信息。
22. 根据权利要求20所述的真三维显示控制装置，其特征在于，所述参数调整模块获 取的光处理参数为：使得透过各所述透光层的光线与所述目标光线之间的误差最小的光处 理参数。
23. 根据权利要求22所述的真三维显示控制装置，其特征在于，各所述透光层具体为 空间光调制器，各所述透光层的光处理参数具体为空间光调制器的透光率函数值。
24. 根据权利要求23所述的真三维显示控制装置，其特征在于，所述参数调整模块根 据以下公式获取各个透光层的透光率函数值:
值，1〇是所述光源的亮度，T(im，jm，in，jn)为目标光线，m、n表示所述多个透光层中的任意两 个的序号，（im, jm, in, jn)为目标光线在第m个透光层和第η个透光层上的坐标信息。 25.根据权利要求24所述的真三维显示控制装置，其特征在于，所述参数调整模块通 过最速下降法，共轭梯度法，牛顿法，变尺度法，鲍威尔法，单形替换法，随机方向法，复合形 法，可行方向法，惩罚函数法，线性规划，遗传算法，神经网络或专家系统，对所述各个透光
26. 根据权利要求24所述的真三维显示控制装置，其特征在于，所述参数调整模块根 据第k个透光层的旋转率函数值，求解第k+Ι个透光层的透光率函数旋转率函数值，以迭代 求解各透光层的旋转率函数值，其中1 < k〈N。 27. 根据权利要求24所述的真三维显示控制装置，其特征在于，所述参数调整模 块通过对以下公式两边取对数，求解线性方程的方式获取各个透光层的透光率函数值
值，1〇是所述光源的亮度，T(im，jm，in，jn)为目标光线，m、n表示所述多个透光层中的任意两 个的序号，（im, jm, in, jn)为目标光线在第m个透光层和第η个透光层上的坐标信息。
30. 根据权利要求29所述的真三维显示控制装置，其特征在于，所述参数调整模块通 过最速下降法，共轭梯度法，牛顿法，变尺度法，鲍威尔法，单形替换法，随机方向法，复合形 法，可行方向法，惩罚函数法，线性规划，遗传算法，神经网络或专家系统，对上述各个透光 层的旋转率函数值力^'^^'^进行求解。
31. 根据权利要求29所述的真三维显示控制装置，其特征在于，所述参数调整模块根 据第k个透光层的旋转率函数值，求解第k+Ι个透光层的透光率函数旋转率函数值，以迭代 求解各透光层的旋转率函数值，其中1 < k〈N。
33. 一种真三维显示系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的真三维显示装 置以及权利要求20-32任一项所述的真三维显示控制装置。
【文档编号】H04N13/00GK104049451SQ201310077396
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】耿征 申请人:耿征