一种基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置转让专利
申请号 : CN201310127191.3
文献号 : CN103197426B
文献日 : 2015-02-18
发明人 : 王琼华 , 吴非 , 邓欢
申请人 : 四川大学
摘要 :
本发明提出了一种基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置。该装置包括2D显示装置和渐变孔径针孔阵列，渐变孔径针孔阵列放置在2D显示装置前方。在渐变孔径针孔阵列中，任意一列的针孔的水平孔径宽度相同，任意一行的针孔的垂直孔径宽度相同，且渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从边缘到中心逐渐增大。该装置的水平观看视角仅仅与渐变孔径针孔阵列第一列针孔的水平孔径宽度有关，而光学效率则与渐变孔径针孔阵列所有针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度有关。由于渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从边缘到中心逐渐增大，因此本发明在不减小水平观看视角的前提下，实现了高亮度集成成像3D立体显示。
权利要求 :
1.一种基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置，该装置包括2D显示屏和渐变孔径针孔阵列，渐变孔径针孔阵列放置在2D显示屏前方；其特征在于，在渐变孔径针孔阵列中，任意一列的针孔的水平孔径宽度相同，任意一行的针孔的垂直孔径宽度相同，且渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从边缘到中心逐渐增大；渐变孔径针孔阵列中单个针孔的节距为p，观看距离为L，2D显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距为g，微图像阵列与渐变孔径针孔阵列均包含M×N个单元，其中，水平方向上M个单元,垂直方向上N个单元,位于渐变孔径针孔阵列中心位置的针孔的最大水平和最大垂直孔径宽度分别为HMAX和VMAX，则渐变孔径针孔阵列上第i列针孔的水平孔径宽度Hi和第j行针孔的垂直孔径宽度Vj分别由下式计算得到：
其中i是小于或等于M的正整数,j是小于或等于N的正整数。
说明书 :
一种基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置
技术领域
[0001] 本发明涉及集成成像3D立体显示技术，更具体地说，本发明涉及一种基于渐变孔径针孔阵列的3D立体显示技术。
背景技术
[0002] 集成成像3D立体显示技术是一种无需任何助视设备的真3D立体显示技术。该技术具有裸眼观看的特点，其记录和显示的过程相对简单，且能显示全视差和全真色彩的立体图像，是目前3D立体显示技术中的热点技术之一。
[0003] 集成成像3D立体显示装置利用了光路可逆原理，通过针孔阵列或者微透镜阵列将3D场景的立体信息记录到图像记录设备上，生成微图像阵列，然后把该微图像阵列显示于2D显示屏上，透过针孔阵列或者微透镜阵列重建出原3D场景的立体图像。基于针孔阵列的集成成像3D立体显示装置相比基于微透镜阵列的集成成像3D立体显示装置具有成本低、重量小、器件厚度薄和节距不受制作工艺限制等优点。但是，基于针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的亮度明显小于基于微透镜阵列的集成成像3D立体显示装置，从而限制了它的实际应用。传统针孔阵列的孔径宽度均相同，如附图1所示。若单纯的增大针孔阵列的孔径宽度来增大立体图像的亮度，观看视角则会随之减小。
发明内容
[0004] 本发明提出了一种基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置。该装置包括2D显示屏和渐变孔径针孔阵列，渐变孔径针孔阵列放置在2D显示屏前方，如附图2所示。在渐变孔径针孔阵列中，任意一列的针孔的水平孔径宽度相同，任意一行的针孔的垂直孔径宽度相同，且渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从边缘到中心逐渐增大，如附图3所示。如附图4和5所示，渐变孔径针孔阵列中单个针孔的节距为p，观看距离为L，2D显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距为g，微图像阵列与渐变孔径针孔阵列均包含M×N 个单元，其中，水平方向上M个单元,垂直方向上N个单元,位于渐变孔径针孔阵列中心位置的针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度分别为HMAX和VMAX，则渐变孔径针孔阵列上第i列针孔的水平孔径宽度Hi和第j行针孔的垂直孔径宽度Vj分别由下式计算得到：
[0005] （1）
[0006] （2）
[0007] 其中i 是小于或等于M 的正整数,j 是小于或等于N 的正整数。
[0008] 本发明所述的基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的水平观看视角 和光学效率 的计算如下：
[0009] （3）
[0010] （4）
[0011] 由式（3）和（4）看出，基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的水平观看视角仅仅与渐变孔径针孔阵列第一列针孔的水平孔径宽度有关，而基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的光学效率则与渐变孔径针孔阵列所有针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度有关。由于渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从边缘到中心逐渐增大，因此本发明在不减小水平观看视角的前提下，实现了高亮度集成成像3D立体显示。
附图说明
[0012] 附图1为传统针孔阵列的示意图
[0013] 附图2为本发明提出的一种基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的示意图
[0014] 附图3为本发明的渐变孔径针孔阵列的示意图
[0015] 附图4为本发明的渐变孔径针孔阵列的水平孔径宽度原理图
[0016] 附图5为本发明的渐变孔径针孔阵列的垂直孔径宽度原理图
[0017] 上述附图中的图示标号为：
[0018] 1. 2D显示屏，2. 渐变孔径针孔阵列，3. 观看者。
[0019] 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
[0020] 下面详细说明利用本发明一种基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体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。
[0021] 本发明提出了一种基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置。该装置包括2D显示屏和渐变孔径针孔阵列，渐变孔径针孔阵列放置在2D显示屏前方，如附图2所示。在渐变孔径针孔阵列中，任意一列的针孔的水平孔径宽度相同，任意一行的针孔的垂直孔径宽度相同，且渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从边缘到中心逐渐增大，如附图3所示。如附图4和5所示，渐变孔径针孔阵列中单个针孔的节距为p，观看距离为L，2D显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距为g，微图像阵列与渐变孔径针孔阵列均包含M×N 个单元，其中，水平方向上M个单元,垂直方向上N个单元,位于渐变孔径针孔阵列中心位置的针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度HMAX和VMAX，则渐变孔径针孔阵列上第i列针孔的水平孔径宽度Hi和第j 行针孔的垂直孔径宽度Vj分别由下式计算得到：
[0022] （1）
[0023] （2）
[0024] 其中i 是小于或等于M 的正整数,j 是小于或等于N 的正整数。
[0025] 本发明所述的基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的水平观看视角 和光学效率 的计算如下：
[0026] （3）
[0027] （4）
[0028] 由式（3）和（4）看出，基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的水平观看视角仅仅与渐变孔径针孔阵列第一列针孔的水平孔径宽度有关，而基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的光学效率则与渐变孔径针孔阵列所有针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度有关。由于渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从边缘到中心逐渐增大，因此本发明在不减小水平观看视角的前提下，实现了高亮度集成成像3D立体显示。
[0029] 某微图像阵列共包含32×20个图像元，单个图像元的节距为p=1.25mm，观看距离为L=720mm，微图像阵列与渐变孔径针孔阵列的间距为g =3.6mm，位于渐变孔径针孔阵列中心位置的针孔的水平孔径宽度HMAX和垂直孔径宽度VMAX均为0.25mm。渐变孔径针孔阵列的孔径宽度计算过程为：首先由公式（1）计算出第1~32列针孔的水平孔径宽度分别为 0.0625mm、0.075mm、0.0875mm、0.1mm、0.1125mm、0.125mm、0.1375mm、0.15mm、0.1625mm、0.175mm、0.1875mm、0.2mm、0.2125mm、0.225mm、0.2375mm、0.25mm、0.25mm、0.2375mm、
0.225mm、0.2125mm、0.2mm、0.1875mm、0.175mm、0.1625mm、0.15mm、0.1375mm、0.125mm、
0.1125mm、0.1mm、0.0875mm、0.075mm、0.0625mm，然后由公式（2）计算出第1~20行针孔的垂直孔径宽度分别为0.1375mm、0.15mm、0.1625mm、0.175mm、0.1875mm、0.2mm、0.2125mm、
0.225mm、0.2375mm、0.25 mm、0.25mm、0.2375mm、0.225mm、0.2125mm、0.2mm、0.1875mm、
0.175mm、0.1625mm、0.15mm、0.1375mm，如附图2所示。
0.225mm、0.2125mm、0.2mm、0.1875mm、0.175mm、0.1625mm、0.15mm、0.1375mm、0.125mm、
0.1125mm、0.1mm、0.0875mm、0.075mm、0.0625mm，然后由公式（2）计算出第1~20行针孔的垂直孔径宽度分别为0.1375mm、0.15mm、0.1625mm、0.175mm、0.1875mm、0.2mm、0.2125mm、
0.225mm、0.2375mm、0.25 mm、0.25mm、0.2375mm、0.225mm、0.2125mm、0.2mm、0.1875mm、
0.175mm、0.1625mm、0.15mm、0.1375mm，如附图2所示。
[0030] 根据公式（3）和（4）可以求得基于上述参数的渐变孔径针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的水平观看视角为15.5°，光学效率为1.94%；而基于针孔宽度为0.0625mm的传统针孔阵列的集成成像3D立体显示装置的水平观看视角为15.5°，光学效率为0.25%。因此，本发明在不减小水平观看视角的前提下，实现了高亮度集成成像3D立体显示。