一种基于位置匹配的切片式三维图像显示方法及系统

摘要

本发明属于三维图像显示领域，公开了一种基于位置匹配的切片式三维图像显示方法及系统，其中方法包括以下步骤：(S1)提取二维图像切片序列；(S2)修正二维图像切片序列；(S3)将图像切片序列存储至投影控制模块中，并将该投影控制模块切换至工作状态；(S4)设置伺服电机的转速参数；(S5)发送触发信号，成像屏开始转动；(S6)再次发送触发信号，投影控制模块接收到触发信号后将切换投影图像为当前投影图像切片在修正后的二维图像切片序列中的下一张；如此重复，即可基于视觉暂留原理在成像屏上实现三维显示。本发明能够在降低运动控制系统的精度要求情况下，依旧可以呈现较佳的三维图像显示效果，增强系统的鲁棒性。

权利要求

1.一种基于位置匹配的切片式三维图像显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)针对平面状成像屏，对成像屏360°旋转形成的三维成像空间，以成像屏旋转轴为中心轴进行N等分，从而确定成像屏旋转过程中需要投影图像的各个空间位置；接着，将三维图像体数据切成与各个空间位置相对应的一系列二维中心图像切片，记为二维图像切片序列；

其中，N为预先设定的正整数且为偶数；

(S2)根据各个切面对应的投影角，对所述二维图像切片序列中的二维图像进行修正，使得当成像屏法线方法与投影透镜光轴的夹角为非直角时，随着成像屏旋转至不同空间位置，将对应的二维图像进行投影，投影得到的投影图像均位于成像屏上完全相同的区域，从而得到修正后的二维图像切片序列；

(S3)将步骤(S2)得到的修正后的二维图像切片序列传输到投影控制模块内部储存介质中进行存储，然后将该投影控制模块切换至工作状态；处于工作状态下的投影控制模块，能够接收外部触发信号，从而在外部触发信号作用下将内部储存介质中的所述修正后的二维图像切片序列依次投影至所述成像屏；具体的，该投影控制模块能够通过接收外部触发信号进行投影图像的依次切换，每接收一次外部触发信号，则切换为当前投影图像切片在修正后的二维图像切片序列中的下一张；

(S4)设置伺服电机的转速参数，该伺服电机能够带动成像屏以设置的转速进行转动，并且当伺服电机带动成像屏转动预先设定的角度精度间隔时，该伺服电机还能够发送反馈脉冲；其中，所述转速不低于5r/s；

(S5)向所述投影控制模块发送触发信号，使投影控制模块将所述修正后的二维图像切片序列中的某个二维图像切片投影至成像屏，同时驱动伺服电机使所述成像屏由对应的空间位置开始转动；

(S6)判断接收到的、来自伺服电机的反馈脉冲计数是否满足预先设定的要求，若满足则向所述投影控制模块再次发送触发信号，投影控制模块接收到触发信号后将切换投影图像为当前投影图像切片在修正后的二维图像切片序列中的下一张；如此重复判断、发送触发信号、切换投影图像的过程，即可实现修正后的二维图像切片序列的依次投影，基于视觉暂留原理从而在成像屏上实现三维显示。

2.如权利要求1所述基于位置匹配的切片式三维图像显示方法，其特征在于，所述步骤(S6)中，在重复过程开始之前，所述投影控制模块在接收到触发信号后，还发送了反馈信号，通过对比触发信号发送时间与反馈信号接收时间之间的时间差，能够判断所述投影控制模块工作状态是否正常；

当所述时间差不超过预先设定的阈值时，所述投影控制模块工作状态为正常，则开始重复过程；

当所述时间差超过了预先设定的阈值时，所述投影控制模块工作状态为不正常，不开始重复过程。

3.如权利要求1所述基于位置匹配的切片式三维图像显示方法，其特征在于，所述步骤(S3)中，所述投影控制模块设置为所述修正后的二维图像切片序列中的最后一张图像切片与第一张图像切片相接，从而能够实现该修正后的二维图像切片序列的循环投影。

4.如权利要求1所述基于位置匹配的切片式三维图像显示方法，其特征在于，所述步骤(S1)中，N为≥72的偶数。

5.一种基于位置匹配的切片式三维图像显示系统，其特征在于，包括：

平面状成像屏；

二维图像切片序列提取功能模块：用于对成像屏360°旋转形成的三维成像空间，以成像屏旋转轴为中心轴进行N等分，从而确定成像屏旋转过程中需要投影图像的各个空间位置；并将三维图像体数据切成与各个空间位置相对应的一系列二维中心图像切片，记为二维图像切片序列；其中，N为预先设定的正整数且为偶数；

二维图像切片序列修正功能模块：用于根据各个切面对应的投影角，对所述二维图像切片序列中的二维图像进行修正，使得当成像屏法线方法与投影透镜光轴的夹角为非直角时，随着成像屏旋转至不同空间位置，将对应的二维图像进行投影，投影得到的投影图像均位于成像屏上完全相同的区域，从而得到修正后的二维图像切片序列；

投影控制模块：用于存储修正后的二维图像切片序列，并能够在工作状态下接收外部触发信号，从而在外部触发信号作用下将内部储存介质中的所述修正后的二维图像切片序列依次投影至所述成像屏；具体的，该投影控制模块能够通过接收外部触发信号进行投影图像的依次切换，每接收一次外部触发信号，则切换为当前投影图像切片在修正后的二维图像切片序列中的下一张；

参数控制模块：用于设置伺服电机的转速参数；

伺服电机：用于带动成像屏以设置的转速进行转动，并且当伺服电机带动成像屏转动预先设定的角度精度间隔时，还能够发送反馈脉冲；其中，所述转速不低于5r/s；

微处理器：用于向所述投影控制模块发送触发信号，使投影控制模块将所述修正后的二维图像切片序列中的某个二维图像切片投影至成像屏，同时驱动伺服电机使所述成像屏由对应的空间位置开始转动；并且，用于判断接收到的、来自伺服电机的反馈脉冲计数是否满足预先设定的要求，若满足则向所述投影控制模块再次发送触发信号，投影控制模块接收到触发信号后将切换投影图像为当前投影图像切片在修正后的二维图像切片序列中的下一张，如此重复判断、发送触发信号、切换投影图像的过程，即可实现修正后的二维图像切片序列的依次投影，基于视觉暂留原理从而在成像屏上实现三维显示。

6.如权利要求5所述基于位置匹配的切片式三维图像显示系统，其特征在于，所述预先设定的角度精度间隔由伺服运动系统编码器自身决定，所述反馈脉冲是通过伺服运动系统编码器发送的。

7.如权利要求5所述基于位置匹配的切片式三维图像显示系统，其特征在于，所述参数控制模块为计算机。

8.如权利要求5－7任意一项所述基于位置匹配的切片式三维图像显示系统，其特征在于，所述微处理器为单片机。

9.如权利要求5－8任意一项所述基于位置匹配的切片式三维图像显示系统，其特征在于，所述投影控制模块为DMD数字微镜阵列。

说明书

一种基于位置匹配的切片式三维图像显示方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于三维图像显示领域，更具体地，涉及一种基于位置匹配的切片式三维图像显示方法及系统。

背景技术

[0002] 近年来，三维视觉显示领域一直是热门研究领域。各类三维图像显示技术也是层出不穷。目前常见的两种三维图像显示技术，一种是基于双目视觉原理的立体显示技术，另一种基于视觉暂留原理的切片式三维显示技术。

[0003] 前一种基于双目视觉的三维显示技术，其原理在于人类双眼瞳孔间距会导致观察物体时，左右眼在视网膜上所呈的像也会有所差别，这种现象称为双目视觉，也称双目视差。双目视觉这种现象会使人在大脑中产生立体感，这种视觉深度感也是立体感的重要来源之一。目前常见的很多三维视觉显示技术都是基于此原理，如偏光式技术、图像分时技术等需辅助设备的立体显示技术，以及光栅技术、透镜分光技术等。此种技术缺陷在于，上述所提及的所有三维视觉显示技术，最终均为在二维平面上呈现效果。只能提供心理景深、虽然有着不错的效果，但在实际空间中依旧丢失了三维的景深信息，与真实三维空间依旧存在较大的差距。

[0004] 另一种基于视觉暂留原理的切片式三维显示技术，是近年来出现的一种新型三维图像显示技术。视觉暂留指的是光对人类视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍会保留一段时间的现象。也就是说，如果一副图像在同个空间位置快速闪烁播放，由于视觉暂留现象，人眼中会感知此图像为连续播放，而不会有快速亮灭的闪烁感。根据上述现象，将三维图像体数据切成一系列二维图像切片,通过高速投影镜头，将一系列二维切片循环投影到做高速同心旋转的成像屏幕上，成像屏处于空间中各个位置时,均承载对应当前角度的投影图像,当图像投影频率及成像屏转速达到一定程度时,人眼会感知到成型屏幕旋转形成的空间内具有真实物理深度的三维立体图像。

[0005] 此原理实现的真三维显示技术优势在于，真实保留了物体的三维信息，将物体表面及内部的信息都呈现到三维屏幕上。三维显示效果更佳细腻、更具视觉层次感、具备真实物理景深。但此种三维显示技术，对系统整体要求更高，更具体的，对屏幕转速稳定性以及投影图像及屏幕空间位置的匹配精度要求极高。此类系统中屏幕在高速转动(一般在600rpm及以上)时要保持非常平稳的转速，微小的偏差也可能导致整个投影图像的扭曲变形，因此对运动电机、成像屏幕及基座设计等要求极高，设计及构建成本极高。

发明内容

[0006] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于位置匹配的切片式三维图像显示方法及系统，其中通过对方法整体流程设计、相应系统的各组件及它们的配合工作方式等进行改进，基于位置匹配的原理(位置包括成像屏转动的角度位置)，能够在降低运动控制系统的精度要求情况下，依旧可以呈现较佳的三维图像显示效果，增强系统的鲁棒性。

[0007] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于位置匹配的切片式三维图像显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0008] (S1)对成像屏360°旋转形成的三维成像空间，以成像屏旋转轴为中心轴进行N等分，从而确定成像屏旋转过程中需要投影图像的各个空间位置；接着，将三维图像体数据切成与各个空间位置相对应的一系列二维中心图像切片，记为二维图像切片序列；

[0009] 其中，N为预先设定的正整数且为偶数；

[0010] (S2)根据各个切面对应的投影角，对所述二维图像切片序列中的二维图像进行修正，使得当成像屏法线方法与投影透镜光轴的夹角为非直角时，随着成像屏旋转至不同空间位置，将对应的二维图像进行投影，投影得到的投影图像均位于成像屏上完全相同的区域，从而得到修正后的二维图像切片序列；

[0011] (S3)将步骤(S2)得到的修正后的二维图像切片序列传输到投影控制模块内部储存介质中，然后将该投影控制模块切换至工作状态；处于工作状态下的投影控制模块，能够接收外部触发信号，从而在外部触发信号作用下将内部储存介质中的所述修正后的二维图像切片序列依次投影至所述成像屏；具体的，该投影控制模块能够通过接收外部触发信号进行投影图像的依次切换，每接收一次外部触发信号，则切换为当前投影图像切片在修正后的二维图像切片序列中的下一张；

[0012] (S4)设置伺服电机的转速参数，该伺服电机能够带动成像屏以设置的转速进行转动，并且当伺服电机带动成像屏转动预先设定的角度精度间隔时，该伺服电机还能够发送反馈脉冲；其中，所述转速不低于5r/s；

[0013] (S5)向所述投影控制模块发送触发信号，使投影控制模块将所述修正后的二维图像切片序列中的某个二维图像切片投影至成像屏，同时驱动伺服电机使所述成像屏由对应的空间位置开始转动；

[0014] (S6)判断接收到的、来自伺服电机的反馈脉冲计数是否满足预先设定的要求，若满足则向所述投影控制模块再次发送触发信号，投影控制模块接收到触发信号后将切换投影图像为当前投影图像切片在修正后的二维图像切片序列中的下一张；如此重复判断、发送触发信号、切换投影图像的过程，即可实现修正后的二维图像切片序列的依次投影，基于视觉暂留原理从而在成像屏上实现三维显示。

[0015] 作为本发明的进一步优选，所述步骤(S6)中，在重复过程开始之前，所述投影控制模块在接收到触发信号后，还发送了反馈信号，通过对比触发信号发送时间与反馈信号接收时间之间的时间差，能够判断所述投影控制模块工作状态是否正常；

[0016] 当所述时间差不超过预先设定的阈值时，所述投影控制模块工作状态为正常，则开始重复过程；

[0017] 当所述时间差超过了预先设定的阈值时，所述投影控制模块工作状态为不正常，不开始重复过程。

[0018] 作为本发明的进一步优选，所述步骤(S3)中，所述投影控制模块设置为所述修正后的二维图像切片序列中的最后一张图像切片与第一张图像切片相接，从而能够实现该修正后的二维图像切片序列的循环投影。

[0019] 作为本发明的进一步优选，所述步骤(S1)中，N为≥72的偶数。

[0020] 按照本发明的另一方面，本发明提供了一种基于位置匹配的切片式三维图像显示系统，其特征在于，包括：

[0021] 二维图像切片序列提取功能模块：用于对成像屏360°旋转形成的三维成像空间，以成像屏旋转轴为中心轴进行N等分，从而确定成像屏旋转过程中需要投影图像的各个空间位置；并将三维图像体数据切成与各个空间位置相对应的一系列二维中心图像切片，记为二维图像切片序列；其中，N为预先设定的正整数且为偶数；

[0022] 二维图像切片序列修正功能模块：用于根据各个切面对应的投影角，对所述二维图像切片序列中的二维图像进行修正，使得当成像屏法线方法与投影透镜光轴的夹角为非直角时，随着成像屏旋转至不同空间位置，将对应的二维图像进行投影，投影得到的投影图像均位于成像屏上完全相同的区域，从而得到修正后的二维图像切片序列；

[0023] 投影控制模块：用于存储修正后的二维图像切片序列，并能够在工作状态下接收外部触发信号，从而在外部触发信号作用下将内部储存介质中的所述修正后的二维图像切片序列依次投影至所述成像屏；具体的，该投影控制模块能够通过接收外部触发信号进行投影图像的依次切换，每接收一次外部触发信号，则切换为当前投影图像切片在修正后的二维图像切片序列中的下一张；

[0024] 参数控制模块：用于设置伺服电机的转速参数；

[0025] 伺服电机：用于带动成像屏以设置的转速进行转动，并且当伺服电机带动成像屏转动预先设定的角度精度间隔时，还能够发送反馈脉冲；其中，所述转速不低于5r/s；

[0026] 微处理器：用于向所述投影控制模块发送触发信号，使投影控制模块将所述修正后的二维图像切片序列中的某个二维图像切片投影至成像屏，同时驱动伺服电机使所述成像屏由对应的空间位置开始转动；并且，用于判断接收到的、来自伺服电机的反馈脉冲计数是否满足预先设定的要求，若满足则向所述投影控制模块再次发送触发信号，投影控制模块接收到触发信号后将切换投影图像为当前投影图像切片在修正后的二维图像切片序列中的下一张，如此重复判断、发送触发信号、切换投影图像的过程，即可实现修正后的二维图像切片序列的依次投影，基于视觉暂留原理从而在成像屏上实现三维显示。

[0027] 作为本发明的进一步优选，所述预先设定的角度精度间隔由伺服运动系统编码器自身决定，所述反馈脉冲是通过伺服运动系统编码器发送的。

[0028] 作为本发明的进一步优选，所述参数控制模块为计算机。

[0029] 作为本发明的进一步优选，所述微处理器为单片机。

[0030] 作为本发明的进一步优选，所述投影控制模块为DMD数字微镜阵列。

[0031] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于采用了基于位置匹配的投影模式，以成像屏转动的角度位置控制为例，当伺服电机带动成像屏转动预先设定的角度精度间隔时，伺服电机将发送反馈脉冲，通过对来自伺服电机的反馈脉冲进行计数，即可判断成像屏空间转动的角度位置(不论成像屏是在加速、还是在减速)，有效确保成像屏位置与图像序列保持对应；同时将待投影的图像序列采用内部储存的方式存储在投影控制模块内部储存介质中、具有高的数据读写速度，降低了投影系统的设计难度和运动控制要求，仅需要将转速控制使其满足人眼视觉暂留的最低帧数要求，即可基于视觉暂留原理在成像屏上实现三维显示。

[0032] 基于本发明方法对应得到的系统，其中的各个组件(即各个模块)功能独立，尤其可优选双向通讯的系统设计(即，优选利用与触发信号相对应的反馈信号)，避免了对计算能力、数据传输带宽的高要求，提高了系统鲁棒性。

[0033] 具体说来，本发明能够取得以下有益效果：

[0034] (1)本发明中采用了基于位置匹配的方式，通过保持成像屏空间位置与图像切片的一一对应关系，大大降低了投影显示系统的设计难度及运动系统的要求。本发明通过对编码器发送的脉冲进行计数，定位成像屏在空间中的各个位置，即使在电机加减速过程、或者转速不稳的情况下，依旧可以保持成像屏空间位置与图像切片的一一对应关系，大大降低了投影显示系统的设计难度及运动系统的要求。

[0035] (2)本发明中，预先将二维图像切片序列数据传输到投影控制模块的储存介质中，避免由主机实时传输图像数据到投影模块这种方式所带来的对数据传输带宽及主机计算能力的高要求。

[0036] (3)本发明优选采用微处理器控制投影控制模块切换图像，实时性好；同时优选利用反馈信号，使得本发明系统中的计算主机、微处理器及投影控制模块三者之间均具备双向通讯的能力，且各个模块之间功能独立，有效提升整个系统的鲁棒性。

附图说明

[0037] 图1是本发明实施例中基于位置匹配的切片式三维图像显示方法及系统工作流程图。

[0038] 图2是本发明实施例中基于位置匹配的切片式三维图像显示系统功能模块框架图。

[0039] 图3是本发明实施例中基于位置匹配的切片式三维图像显示系统具体实例实物图。

具体实施方式

[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0041] 实施例1

[0042] 如附图1所示，本发明基于位置匹配的切片式三维图像显示方法及系统，具体工作流程可以如下：

[0043] (1)对三维成像屏高速旋转形成的三维成像空间进行沿N等分(N可调整)，即确定三维成像屏旋转过程中需要投影图像的各个空间位置。将三维图像体数据切成对应各个位置的一系列二维中心图像切片。

[0044] (2)当投影角(解释为投影透镜与成像屏所在平面的夹角)不为0时，由于线性投影的原理，投射到成像屏上的图像会出现形变及成像区域偏移等现象，且不同投影角时图像形变及偏移程度不同。所以对步骤(1)所述二维图像切片序列，根据各个切面对应的投影角，需进行不同程度的修正，以达到如下投影效果：成像屏与投影透镜在排除垂直的任意夹角下的图像修正结果(垂直对应于旋转角度为90度的情形，此时，投影图像必然是一条直线)，成像屏在不同旋转位置时，投影图像均位于成像屏完全相同的区域。

[0045] (3)主机对步骤(1)中所得修正后的二维图像切片序列传输到投影控制模块内部储存介质中；将投影控制模块切换至工作状态，具体为通过接收外部触发信号进行投影图像的切换，每接收一次触发信号，则切换为当前投影图像切片在图像切片序列中的下一张，设置最后一张图像切片与第一张图像切片相接。

[0046] (4)主机设置电机转速等参数，并发送相关指令到传输到微处理器中，切换微处理器运行状态，使其驱动伺服电机带动三维成像屏转动。

[0047] (5)系统运行过程中满足条件时，通过微处理器对向投影控制模块发送触发信号；

[0048] 例如，伺服电机内部置有均匀刻度的编码器盘，每经过一个刻度，就会发送一个脉冲。故通过脉冲计数，即可定位成像屏高速转动过程中经过需要投影图像的各个空间位置。具体操作为将按步骤(1)中提及的对编码器盘同样进行N等分，设编码器盘总刻度数为M。通过微处理器对编码器盘发出的脉冲进行计数，当脉冲计数等于M/N时，即成像屏此时空间位置移动到下一标定位置，微处理器立即向投影控制模块发送触发信号，使其投影对应此空间位置的图像切片，当前脉冲计数置零。

[0049] 也就是说，对成像屏(电机)运动过程中伺服运动系统编码器盘发送的反馈脉冲进行计数，同样对编码器盘进行N等分，设编码器盘总刻度为M，则反馈脉冲计数为M/N时，视为满足条件。

[0050] (6)投影控制模块接收到触发信号后，切换投影图像为图像序列中的下一张，切换后发送反馈信号到微处理器中，微处理器内部判断投影模块是否正常工作，具体做法可以为计算微处理器同一组发送触发信号的时刻及接收到反馈信号时刻的时间差，与先验值进行对比，误差超过10％则视为工作状态异常。

[0051] (7)每当脉冲计数等于M/N时，重复步骤(5)～(6)，即可实现图像切片序列的连续切换，并设置最后一张图像切片与第一张图像切片相接，即可实现投影图像序列的循环投影，三维成像屏周而复始的在各个空间位置承载对应的图像切片，基于视觉暂留的原理，完成裸眼三维图像显示功能。

[0052] 如附图2所示，本发明中的系统可以划分为以下功能模块：

[0053] (1)主控PC模块：本模块为三维显示系统的主要控制模块，控制整个系统的运行，其特征在于，具备以下功能：

[0054] (1‑1)三维体数据切割：对三维图像体数据，获取各个投影角度对应的中心切片，得到高速投影所需的图像切片序列。

[0055] (1‑2)投影图像修正：故本模块具备对(1‑1)提及的图像切片序列，即各个角度对应的图像切片进行相应修正的功能。

[0056] (1‑3)与微处理器模块双向通讯：本模块与模块(2)中所示微处理器模块具备双向通讯能力。设置伺服电机的运动参数并传输到微处理器中；设置微处理器模块控制(3)中所示投影控制投影模块需满足的条件和时机；接收于微处理器模块返回的反馈信号，监控微处理器模块的工作状态。

[0057] (1‑4)与投影控制模块双向通讯：本模块与模块(3)中所示投影控制模块具备双向通讯能力。能控制投影控制模块的工作状态；将(1‑2)所提及的经过图像修正的图像切片序列传输到投影控制模块的储存介质中；分别设置每张图像切片的各类参数，如图像位深、曝光时间、黑暗时间，触发方式等；接收于投影控制投影模块返回的反馈信号，监控投影控制模块的工作状态。

[0058] (2)从控微处理器模块：本模块为系统的从属控制模块，其特征在于，具备以下功能：

[0059] (2‑1)与主控PC模块双向通讯：本模块与模块(1)中所示主控PC模块具备双向通讯能力。能接收由上位PC机发送的指令并执行相应的命令；能将执行命令后的结果反馈到上位PC机中。

[0060] (2‑2)与投影控制模块形成闭环控制：本模块与模块(3)中所示投影控制模块能够形成闭环控制。能够通过发送信号切换投影控制模块的图像切片；能够接收图像切片切换时的反馈信号；通过发送信号及反馈信号的时间差及数量于本模块内部判断投影控制模块的工作状态是否正常。

[0061] (2‑3)与伺服运动系统形成闭环控制：本模块与模块(4)中所示三维显示模块中伺服运动系统能够形成闭环控制。能够通过发送信号，控制伺服电机的运行状态；对运动中的电机，能够通过伺服驱动器，对编码器脉冲信号进行计数及判断，从而实现高速旋转的三维成像屏在空间中各个投影角位置的精准定位。

[0062] (3)投影控制模块：本模块为系统的核心功能模块。其特征在于，具备以下功能：

[0063] (3‑1)与主控PC模块双向通讯：本模块与模块(1)中所示主控PC模块具备双向通讯能力。能接收来自上位PC机发送的指令，调整投影控制模块的工作状态及参数；接收来自上位PC机发送的图像切片序列并置于储存介质中；能将执行命令的结果及当前工作状态反馈到上位PC机中。

[0064] (3‑2)与投影控制模块形成闭环控制：本模块与模块(2)中所示从控微处理器模块能够形成闭环控制。能够接收由微处理器发送的触发信号；能将图像切片切换时的反馈信号发送到微处理器中。

[0065] (4)三维显示模块：本模块为系统的最终效果显示模块，三维图像显示结果最终在此模块呈现。主要由伺服运动系统(伺服电机及其驱动器)，以及由伺服电机带动转动的三维成像屏。其特征在于，具备以下功能：

[0066] (4‑1)三维成像屏与伺服电机同轴同转速，由伺服电机高速运行带动的成像屏在空间中高速转动，形成视觉上的三维成像空间。

[0067] (4‑2)与从控微处理器模块形成闭环控制：本模块通过伺服驱动器与模块(2)中所示微处理器模块形成闭环控制。能够接收由微处理器发送的控制电机运行状态的脉冲、方向以及使能信号；能够将编码器信号反馈到微处理器中。

[0068] 以下结合具体型号的组件，对本实施例进行详细说明。

[0069] 本实施例中构建的切片式三维图像显示系统，整体系统结构实物图如附图3所示，其组成模块如下：

[0070] (1)主控PC模块：主机系统为Windows 10x64专业版；中央处理器Inter(R)Core(TM)i7‑8700；人机交互界面开发软件：Qt5.14.2；与微处理器通讯方式：串口通讯；与投影控制模块通讯方式：通用串行总线(USB)通讯。上述配置仅为本实施例的示例，并不代表系统所需最低配置。

[0071] (2)从控微处理器模块：单片机型号选择为Arduino Nano；晶振频率16MHz；微处理器Atmega328P；触发投影控制模块为脉冲信号；通过外部中断方式进行编码器脉冲计数。

[0072] (3)投影控制模块：选择美国TI公司的DMD(数字微镜阵列)作为投影核心；投影图像分辨率1080p；投影极限频率根据图像位深为247～2880Hz。

[0073] (4)投影显示模块：伺服运动系统选用为和创伺服电机60ST‑H00630(2500线)；三维成像屏是参照现有技术的通用要求自主加工的(当然，也可以直接采用市售三维成像屏组件)。

[0074] 本实施例中为说明三维图像显示效果，在三维成像空间中投影一个球体。具体流程如下：

[0075] (1)设定成像屏每转3.6°投影一张图像切片，则将三维成像空间100等分。对于成像屏而言，每圈中0～180°与180～360°投影图像序列完全相同，所以需要生成长度为50的二维图像切片序列(不论待投影的是何种形状，均可相似设置)。

[0076] (2)对步骤(1)所述二维图像切片序列，根据各个图像切片对应的投影角大小进行修正(例如，可参考中国专利申请CN112911270中记载的修正方式进行处理)。

[0077] (3)将步骤(1)中所得修正后的二维图像切片序列，通过USB传输到DMD模块中的内部储存介质，并切换DMD投影模块至工作状态等待成像屏运动，具体功能为通过DMD接收外部触发信号进行投影图像的切换，信号类型为脉冲信号，每接收一次脉冲信号，则切换为当前投影图像切片在图像切片序列中的下一张。同时在下一张图像开始曝光的那一刻反馈一个反馈信号，若为最后一张图像，则下一张切换至图像序列第一张。本实施例中，设定转速为10r/s(即成像屏每秒钟转10圈)，每圈需投影一百张图像切片，故每张图像切片最大曝光理论时间为1000us。

[0078] (4)主机设置电机转速等参数，通过串口通讯将指令发送到微处理器Arduino Nano中，本实施例中设置转速为600r/min，即10r/s(成像屏每转动一圈，图像切片序列投影两轮，即10r/s相当于图像帧率为20帧，超过人眼视觉暂留效应最低要求10帧)。控制微处理器切换至工作状态，驱动伺服电机运行。

[0079] (5)伺服电机运行过程中，对编码器脉冲进行计数来获取成像屏当前空间位置。本实施例中，所选伺服电机系统为2500线，即编码器盘为2500个刻度，对编码器盘进行100等分，即微处理器每计数25个脉冲，即发送触发信号使DMD投影模块切换至下一张图像。

[0080] (6)DMD模块接收触发信号后立即切换投影图像，并在下一张图像开始曝光的时刻反馈一个反馈信号给微处理器，微处理器通过计算触发信号与反馈信号的时间差，判断DMD模块是否处于正常工作状态。

[0081] (7)微处理器每计数25个脉冲时，即重复步骤(5)～(6)，设置最后一张图像切换后为序列第一张图像切片。实现对二维图像切片序列进行循环投影，即可得到三维图像显示效果。

[0082] 简而言之，本发明基于位置匹配的切片式三维图像显示方法及系统，其工作流程如下：(1)将三维图像数据切割成一系列二维图像切片序列并进行修正；(2)将修正后的二维图像传送到投影模块内部储存介质中，同时设置电机转速等参数到微处理器中；(3)系统运行时，通过伺服运动系统反馈信号满足条件时，微处理器发送触发信号控制投影模块的投影图像切换；(4)重复步骤(3)的过程，实现二维图像切片序列的高速循环投影，最终达到三维图像显示效果。

[0083] 上述实施例仅为示例，可根据实际情况进行调整；例如，也可采用其他转速(当然，为达到视觉暂留最低要求的10帧，转速最低为5r/s)；又例如，N主要决定三维图像质量，一般来说N取值越大，图像细分数越多，三维像越细腻，出于这一考虑N可以取N≥72的其他偶数(当然N的上限要根据系统的最大性能来调整)。

[0084] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。