[发明专利]基于多投影机旋转屏三维影像可触摸的真三维显示方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真三维显示技术，特别的，涉及一种基于旋转屏可触摸的真三维显示方法以及系统，属于三维图像显示技术领域。

背景技术

三维显示能够提供直观、自然的交流模式，有助于人们在综合运用各种深度暗示之后，获得真实、丰富、可靠的感知体验，是显示技术的必然发展趋势。借助于眼镜或者斜光栅的体视三维显示只能提供有限的体视对，显示效果有限，且人眼在观察时，会聚和调节不能匹配，长期观看对眼睛有害。全息动态显示需海量的数据传输和存储，目前的技术水平尚不足以实现。体三维显示技术因其能够满足“直接可视、全角度可视及群视”等一系列要求，而成为目前在技术实现和显示效果两方面均较有优势的技术。

现有的体三维显示方案，主要为体积静止型和体积扫掠型两大类型。

体积静止型的体显示是通过适当的方式来激励或寻址静止体积内的显示介质，并以高于人眼闪烁融合频率的速度进行刷新，以便在每一个指定的空间位置产生体像素，由此构成真实地加载于三维实空间内的体图像。这类体显示根据显示介质不同，又可以分为以下三种类型。1)基于光活性介质的体积静止型显示，这种显示通常基于双频两步激励过程，要求光活性介质具有三个递增能级，能展示出两个不同波长的双光子吸收，在交汇处串行地发出基态-中间态，中间态-激发态的转换。这样，从激发态返回基态时的衰减将伴随着可见光子的发射。缺点是缺乏合适激励源和具有充分光转化效率的显示介质；2)基于无源矩阵的体积静止型显示，利用多层液晶来构成显示体积，将原始三维图像分解成多个二维截面图像，然后分别用多个液晶层来表述对应的二维图像信息。由于液晶的相应时间过长，显示装置极其复杂，可操作性不高；3)基于有源矩阵的体积静止型显示，这种方案利用发光元件在物理空间中构成均匀的、各向同性的三维阵列，每个元件对应于一个自发光的物理体积元，可被选择性地寻址而形成体像素。缺点是三维阵列的大小与图像空间的范围直接相关，元件本身尺寸和间隔决定了所显示图像的细腻程度，电气连接复杂，体像素密度难以满足应用要求。

体积扫掠型的体显示是根据屏幕的形状、运动方式和位置，将三维物体切片解析成二维图像，当屏幕运动时，在指定位置将解析的图像显示在屏幕上，利用人眼视觉暂留重构出三维图像。目前已经公开报道的有如下四种：1)基于平面屏直线往复运动的真三维显示系统，通过投影屏幕的直线运动来重构出三维图像；2)基于二维LED屏旋转的真三维显示系统；3)基于旋转平面屏加高帧频DLP投影机的真三维显示系统；4)基于螺旋屏加高帧频DLP投影机的真三维显示系统；5)基于多投影机旋转屏的真三维显示系统。

基于平面屏直线运动的真三维显示装置由于很难制造出达到大的实用尺度的高频机械驱动系统，系统运作机理限制了目标屏的移动幅度，导致这种基于平面屏直线往复移动的真三维显示方案无法推广。

基于二维LED屏旋转的体三维显示装置存在以下几个缺点：1)图像产生装置在旋转屏上，给数据传输带来了困难；2)LED发光管芯的尺寸比较大，屏幕显示的分辨率不可能很高，适于大尺寸显示；3)图像灰阶少，色彩不丰富；4)转动惯量大。

基于旋转平面屏加高帧频DLP投影机的真三维显示装置在目前的真三维显示装置中显示效果是最好的，但同时它也存在如下几个缺点：1)即使采用了代表当代科技发展水平的软、硬件设施，也仅能实现体分辨率Ф768×198，体刷新率30Hz，8种颜色，全屏幕显示时图像颜色不丰富；2)需对图像进行旋转和校正处理，运算量庞大；3)部分投影光学系统随屏幕旋转，机械噪声大；4)受DMD帧频的限制，提高角分辨率的空间不大。

基于螺旋屏加高帧频DLP投影机的真三维显示系统除了由于使用单个高帧频DLP投影机具有基于旋转平面屏加高帧频DLP投影机的真三维显示装置的第1)和第4)条问题外，还具有由于使用螺旋屏而引起的三个缺点：1)三维图像具有中空现象；2)三维图像切片算法复杂；3)用单投影机景深范围小。

基于多投影机旋转屏的真三维显示系统，如本申请人已申请的专利，申请号200710107887.4，采用多投影机多角度投影方式，通过屏幕旋转，由投影机投射的一系列对应角度的截面图像在三维空间中构建出物体的三维图像。该系统相比上述四种真三维显示系统，具有下述优点：1)突破了分辨率、灰阶和帧频的相互制约瓶颈；2)投影机可用价格低廉的LCD或LCOS做光学引擎；3)采用频闪照明，对投影机的响应时间要求降低；4)采用数据并行传输技术，使刷新率和分辨率有很大的提升空间。