一种基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置

摘要

本发明提供了一种基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置，其利用“点动成线，线动成面”的原理，将多彩LED灯珠，即集中一封装的RGB LED灯珠以线的形式排列，即“灯条”。该显示装置包括旋转驱动单元，还包括两组灯臂以及分别连接于所述旋转驱动单元和所述两组灯臂之间的两个连接臂，所述连接臂受所述旋转驱动单元的驱动而带动所述两组灯臂在所述旋转驱动单元的相对两侧旋转，形成3D全息双面显示。

权利要求

1.一种根据基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置的裸眼3D全息双面显示方法，所述基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置包括：旋转驱动单元，其特征在于，所述裸眼3D全息双面显示装置还包括两组灯臂以及分别连接于所述旋转驱动单元和所述两组灯臂之间的两个连接臂，所述连接臂受所述旋转驱动单元的驱动而带动所述两组灯臂在所述旋转驱动单元的相对两侧旋转，形成3D全息双面显示；每组灯条均包括四根灯条，各根灯条均包括多个彼此呈线状排列的RGB LED灯珠，各所述RGB LED灯珠均包括一组红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，且当所述RGB LED灯珠被点亮的部分为需要进行3D显示的部分，没有被点亮的部分在旋转后使背景透出来，从而形成3D全息双面；

所述3D全息双面显示装置还包括：两个固定盘，分别用于连接所述旋转驱动单元和所述两组连接臂之一；

所述旋转驱动单元包括依次串接的电机、减速箱、连轴器和内置有控制器的固定盘，所述固定盘包括彼此间隔一定角度的条状连接槽和设置于所述条状连接槽之间的具有所述控制器的控制电路板，所述控制器用于对所述3D全息双面显示装置内的其他部件进行控制；

所述控制电路板还具有用于一一对应地驱动所述灯条的全彩LED驱动芯片组；

所述固定盘的各个连接槽呈“十”字形设置于所述固定盘且各连接槽的交点为所述固定盘的中心；

所述依次串接的固定盘、伺服电机驱动电路、伺服电机以及减速箱被集成为一体地形成为所述旋转驱动单元；

所述方法包括如下步骤：

(1)将待显示视频划分成多个帧图片，所述帧图片包括多个位图数据块，每一个位图数据块对应于所述RGB LED灯珠；

(2)将所述各个位图数据块构成的帧图片转换成阵列，即转换成使帧图片的右上角对应于该阵列的第一个像素点，帧图片的左下角对应于该阵列的最后一个像素点的格式，令各根灯臂长均为n，其上的RGB LED灯珠宽度为b且灯珠数量为m，则该阵列表示为RGB00，RGB01，RGB02，RGB03……RGB0i……RGB0m……

RGBj0，RGBj1，RGBj2，RGBj3……RGBji……RGBjm……

RGBn0，RGBn1，RGBn2，RGBn3……RGBni……RGBnm其中i为与某组灯臂连接的固定盘的中心点的横坐标，j为与某组灯臂连接的固定盘的中心点的纵坐标；

(3)将该阵列形式的直角坐标系下的数据转化成极坐标系下的数据；

其中r为从所述固定盘到所述灯臂之间的连接臂的长度，令空间一点M的直角坐标是(x,y)，其极坐标是(ρ，θ)，则令ρ2＝x2+y2，且 其中x≠0；

(4)当通过角度或位移传感器检测到任意灯条位移一个灯珠的宽度b时，对各灯条进行一次显示数据的刷新，刷新角度θ＝360/(2r/b)，即灯条每转θ时，灯条刷新一组数据，进行刷新时，向四个灯臂分别分发数据1#LED数据、2#LED数据、3#LED数据和4#LED数据，这些LED数据是由像素点的色度数据被直接应用到各个RGB LED灯珠的灰度数据后得到的LED数据，即发送数据给灯珠的时候，直接发送的是色度信息：发送数据给1#LED灯臂：

发送数据给2#LED灯臂：

发送数据给3#LED灯臂：

发送数据给4#LED灯臂:

2.根据权利要求1所述的裸眼3D全息双面显示方法，其特征在于，所述3D全息双面显示装置的显示器区域大小为2πr2，分辨率为m*t，所述灯条的刷新频率为2πr/b。

3.根据权利要求2所述的裸眼3D全息双面显示方法，其特征在于，所述电机的转速为

360.57转/分，以达到24帧/秒的待显示视频图像刷新率。

说明书

一种基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置

技术领域

[0001] 本发明涉及三维显示技术领域，更具体地，涉及一种基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置。

背景技术

[0002] 相比平板LED显示技术，三维(3D)立体图像显示器具有信息量大、能将实际场景的三维信息全部再现出来的特点，使观看者可以从显示器上直接看出图像中各物体的远近、纵深，因此观看者能获得更加全面而直观的信息。以往人们通常可以借助于3D眼镜的方式实现三维信息的观察。这种方式主要是利用视差原理，在观看者观看画面时，只要提供拍摄位置稍微错开的两组图像，分别供左右眼观看，造成景深的差异，便可以看到一组具有立体感的画面。常用的实现视差原理的方法主要有分色、分光、分时、和光栅等。佩带眼镜的立体显示技术，尽管具有很好的立体显示效果，但在许多场合并不适用。

[0003] 随着3D技术的发展，裸眼三维LED技术在虚拟现实技术、3D游戏、3D广告、航空航天、核技术、生物分子等领域有广泛的应用前景。然而，在LED显示器方面，目前国内现有的LED显示器仍然主要基于平面LED显示器，其中将多彩灯珠(即RGB三个LED)集中于一个封闭的器件内并将该器件按矩阵形式排列，通过逐行或者隔行扫描的形式显示画面。目前的裸眼3D自由立体显示器主要是基于双目视差而开发出的光栅式3D自由立体显示器。

[0004] 现有技术中，申请号为CN201510627595的中国发明专利申请公开了一种全向裸眼3D显示设备，包括转轴以及驱动转轴转动的电机，转轴侧壁设有复数个均匀分布的像素发光点，并且处于同一高度的多个围绕与转轴侧壁设置的所述像素发光点与转轴中心之间的距离不一。申请号为CN201620046587的中国实用新型专利公开了一种裸眼3D显示装置，包括LED显示板、防风罩、底座、转盘、导电滑环、空心轴电机，所述的导电滑环安装在空心轴电机上，导电滑环与空心轴电机位于底座内；所述的转盘安装在导电滑环上，转盘位于底座上方；所述的防风罩安装在转盘上侧；所述的LED显示板套在圆柱形的防风罩内，并固定在转盘上。申请号为CN201120442036公开了也一种类似的裸眼三维显示装置。

[0005] 然而，上述裸眼3D显示技术制造的显示装置都存在这样的缺点：由于显示时依靠的是构成面板式的显示器件，随着显示面积的扩大，显示器包括的显示器件数量将逐渐增多，成本将越来越高，严重制约了当前普遍希望观赏大屏幕显示器的期望。另外，随着显示面板面积的增大，其重量、器件的数量等方面将带来安装困难、搬运困难的不便，尤其是当其发生转动时，大体积的面板的旋转将容易使面板内部沿旋转径向方向的离心作用显著增强，使得显示面板的内部应力发生变化，不但加速了面板的衰老，而且容易造成面板的内部液晶结构或电路的损坏。此外，面板旋转时间过长时，面板产生的风阻噪声、风力和热量将在旋转过程中不断扩散出来，影响3D显示画面观赏体验。

发明内容

[0006] 为了克服现有的裸眼3D显示面板存在的弊端，本发明提供了一种基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置。

[0007] 本发明是利用“点动成线，线动成面”的原理，将多彩LED灯珠，即集中一封装的RGB LED灯珠以线的形式排列，即“灯条”。整个系统可由四根灯条组成，让灯条以一定的速度旋转；即形成一个显示的柱面显示器。通过透视背景，实现3D。

[0008] 灯条按一定的轨迹运动后，会形成一个轨迹面，每一个RGB灯珠会形成轨迹线，在灯条旋转的周期内(此周期小于画面在人眼停留的时间)，每一个RGB灯珠在它的轨迹线上都会有一个相应的时刻对应，再把灯条形成的轨迹面与需要显示的画面一一对应，根据画面所需点亮运动的灯条所形成的轨迹面所对应的像素点(RGB灯珠)，就可以显示画面，由于是通过灯条旋转，现实的背景可以通过灯条运动的轨迹面“透”出来，将显示的画面主题浮显于现实的环境之中，而达到一种3D的显示效果。

[0009] 根据本发明的一方面，本发明的基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置包括：旋转驱动单元，还包括两组灯臂以及分别连接于所述旋转驱动单元和所述两组灯臂之间的两个连接臂，所述连接臂受所述旋转驱动单元的驱动而带动所述两组灯臂在所述旋转驱动单元的相对两侧旋转，形成3D全息双面显示。

[0010] 进一步地，所述每组灯条均包括四根灯条，各根灯条均包括多个彼此呈线状排列的RGB LED灯珠，各所述RGB LED灯珠均包括一组红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，且当所述RGB LED灯珠被点亮的部分为需要进行3D显示的部分，没有被点亮的部分在旋转后使背景透出来，从而形成3D全息双面。

[0011] 进一步地，所述3D全息双面显示装置还包括：两个固定盘，分别用于连接所述旋转驱动单元和所述两组连接臂之一。

[0012] 进一步地，所述旋转驱动单元包括依次串接的电机、减速箱、连轴器和内置有控制器的固定盘，所述固定盘包括彼此间隔一定角度的条状连接槽和设置于所述条状连接槽之间的具有所述控制器的控制电路板，所述控制器用于对所述3D全息双面显示装置内的其他部件进行控制。

[0013] 进一步地，所述控制电路板还具有用于一一对应地驱动所述灯条的全彩LED驱动芯片组。

[0014] 进一步地，所述固定盘的各个连接槽呈“十”字形设置于所述固定盘且各连接槽的交点为所述固定盘的中心。

[0015] 进一步地，所述依次串接的固定盘、伺服电机驱动电路、伺服电机以及减速箱被集成为一体地形成为所述旋转驱动单元。

[0016] 根据本发明的另一方面，根据上述基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置，本发明提供了一种基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示方法，包括如下步骤：

[0017] (1)将待显示视频划分成多个帧图片，所述帧图片包括多个位图数据块，每一个位图数据块对应于所述RGB LED灯珠；

[0018] (2)将所述各个位图数据块构成的帧图片转换成阵列，即转换成使帧图片的右上角对应于该阵列的第一个像素点，帧图片的左下角对应于该阵列的最后一个像素点的格式，令各根灯臂长均为n，其上的RGB LED灯珠宽度为b且灯珠数量为m，则该阵列表示为[0019] RGB00,RGB01,RGB02,RGB03……RGB0i……RGB0m

[0020] ……

[0021] RGBj0,RGBj1,RGBj2,RGBj3……RGBji……RGBjm

[0022] ……

[0023] RGBn0,RGBn1,RGBn2,RGBn3……RGBni……RGBnm

[0024] 其中i为与某组灯臂连接的固定盘的中心点的横坐标，j为与某组灯臂连接的固定盘的中心点的纵坐标；

[0025] (3)将该阵列形式的直角坐标系下的数据转化成极坐标系下的数据；

[0026]

[0027] 其中r为从所述固定盘到所述灯臂之间的连接臂的长度，令空间一点M的直角坐标是(x,y)，其极坐标是(ρ，θ)，则令ρ2＝x2+y2，且 其中x≠0；

[0028] (4)当通过角度或位移传感器检测到任意灯条位移一个灯珠的宽度b时，对各灯条进行一次显示数据的刷新，刷新角度θ＝360/(2r/b)，即灯条每转θ时，灯条刷新一组数据，进行刷新时，向各组灯条内的所述四个灯臂分别分发数据1#LED数据、2#LED数据、3#LED数据和4#LED数据，这些LED数据是由像素点的色度数据被直接应用到各个RGB LED灯珠的灰度数据后得到的LED数据，即发送数据给灯珠的时候，直接发送的是色度信息：

[0029] 发送数据给1#LED灯臂：

[0030]

[0031] 发送数据给2#LED灯臂：

[0032]

[0033] 发送数据给3#LED灯臂：

[0034]

[0035] 发送数据给4#LED灯臂:

[0036]

[0037] 进一步地，所述3D全息双面显示装置的显示器区域大小为2πr2，分辨率为m*t，所述灯条的刷新频率为2πr/b。

[0038] 进一步地，所述电机的转速为360.57转/分，以达到24帧/秒的待显示视频图像刷新率。

[0039] 本发明是以完全不同于传统led显示原理，来实现一种3D显示，解决背景为显示画面背景，让背景画面成为一种现实的背景，也就是显示器所处环境的背景，让显示的主题浮现于现实的环境之中。此显示器可实现全景360度显示，显示器前后通透，可让显示的内容浮现于现实场景之中，给观看者一种真实3D的效果。

[0040] 本发明的有益效果包括：

[0041] (1)站在此显示器的前后两面，都可以观看，即可以看到显示器的显示内容，也可以通过显示器看到对面，给观看者一种真实3D的效果；

[0042] (2)本发明以完全不同于现有技术中的裸眼3D LED显示原理，来实现一种3D显示，能够从根本上避免现有的裸眼3D LED显示器在安装和使用期间给用户带来的安装和使用体验差的问题；

[0043] (3)本发明不会出现现有裸眼3D LED显示器在旋转过程中离心作用对其面板内部产生的应力影响，从根本上提高了裸眼3D LED显示器的寿命。

[0044] (4)本发明能够让背景画面成为一种现实的背景，也就是显示器所处环境的背景，让显示的主题浮现于现实的环境之中。此显示器可实现全景360度显示，显示器前后通透，可让显示的内容浮现于现实场景之中，给观看者一种全新的、真实的3D效果。

附图说明

[0045] 图1示出了根据本发明的基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置的组成框图。

[0046] 图2示出了根据本发明的基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示方法的流程图。

具体实施方式

[0047] 如图1所示，根据本发明的一方面，本发明提供了一种基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置包括：旋转驱动单元2，还包括两组灯臂以及分别连接于所述旋转驱动单元2和所述两组灯臂之间的两个连接臂3，所述连接臂3受所述旋转驱动单元2的驱动而带动所述两组灯臂在所述旋转驱动单元2的相对两侧旋转，形成3D全息双面显示。

[0048] 优选地，所述每组灯条均包括四根灯条，各根灯条均包括多个彼此呈线状排列的RGB LED灯珠，各所述RGB LED灯珠均包括一组红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，且当所述RGB LED灯珠被点亮的部分为需要进行3D显示的部分，没有被点亮的部分在旋转后使背景透出来，从而形成3D全息双面。

[0049] 优选地，所述3D全息双面显示装置还包括：两个固定盘4，分别用于连接所述旋转驱动单元2和所述两组连接臂3之一。

[0050] 优选地，所述旋转驱动单元2包括依次串接的电机、减速箱、连轴器和内置有控制器的固定盘4，所述固定盘4包括彼此间隔一定角度的条状连接槽和设置于所述条状连接槽之间的具有所述控制器的控制电路板，所述控制器用于对所述3D全息双面显示装置内的其他部件进行控制。根据本实施例，控制器采用ARM，其作为灯臂1的控制器，用作处理数据、电机以及整个系统的电源控制，以及安全检测。

[0051] 上述具有RGB LED灯珠的灯条被封装成PCBA并被进一步封装在型材内，然后这四根型材被一一对应地嵌入所述固定盘4内的各连接槽并被通过螺丝固定于相对应的所述连接槽内。

[0052] 优选地，所述控制电路板还具有用于一一对应地驱动所述灯条的全彩LED驱动芯片组。

[0053] 优选地，所述固定盘4的各个连接槽呈“十”字形设置于所述固定盘4且各连接槽的交点为所述固定盘4的中心。

[0054] 优选地，所述依次串接的固定盘4、伺服电机驱动电路、伺服电机以及减速箱被集成为一体地形成为所述旋转驱动单元2。所述减速箱是直接配合电机使用的，属于机械配合。

[0055] 如图2所示，根据上述基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示装置，本发明提供了一种基于视觉暂留效应的裸眼3D全息双面显示方法，包括如下步骤：

[0056] (1)将待显示视频划分成多个帧图片，所述帧图片包括多个位图数据块，每一个位图数据块对应于所述RGBLED灯珠；

[0057] (2)将所述各个位图数据块构成的帧图片转换成阵列，即转换成使帧图片的右上角对应于该阵列的第一个像素点，帧图片的左下角对应于该阵列的最后一个像素点的格式，令各根灯臂1长均为n，其上的RGB LED灯珠宽度为b且灯珠数量为m，则该阵列表示为[0058] RGB00,RGB01,RGB02,RGB03……RGB0i……RGB0m

[0059] ……

[0060] RGBj0,RGBj1,RGBj2,RGBj3……RGBji……RGBjm

[0061] ……

[0062] RGBn0,RGBn1,RGBn2,RGBn3……RGBni……RGBnm

[0063] 其中i为与某组灯臂连接的固定盘4的中心点的横坐标，j为与某组灯臂连接的固定盘4的中心点的纵坐标；

[0064] (3)将该阵列形式的直角坐标系下的数据转化成极坐标系下的数据；

[0065]

[0066] 其中r为从所述固定盘4到所述灯臂1之间的连接臂3的长度，令空间一点M的直角坐标是(x,y)，其极坐标是(ρ，θ)，则令ρ2＝x2+y2，且 其中x≠0；

[0067] (4)当通过角度或位移传感器检测到任意灯条位移一个灯珠的宽度b时，对各灯条进行一次显示数据的刷新，刷新角度θ＝360/(2r/b)，即灯条每转θ时，灯条刷新一组数据，进行刷新时，向各组灯条内的所述四个灯臂1分别分发数据1#LED数据、2#LED数据、3#LED数据和4#LED数据，这些LED数据是由像素点的色度数据被直接应用到各个RGB LED灯珠的灰度数据后得到的LED数据，即发送数据给灯珠的时候，直接发送的是色度信息：

[0068] 发送数据给1#LED灯臂：

[0069]

[0070] 发送数据给2#LED灯臂：

[0071]

[0072] 发送数据给3#LED灯臂：

[0073]

[0074] 发送数据给4#LED灯臂:

[0075]

[0076] 优选地，所述3D全息双面显示装置的显示器区域大小为2πr2，分辨率为m*t，所述灯条的刷新频率为2πr/b。

[0077] 优选地，所述电机的转速为360.57转/分，以达到24帧/秒的待显示视频图像刷新率。

[0078] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。