[实用新型]基于混合屏的真三维显示系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及显示系统,尤其涉及一种基于混合屏的真三维显示系统。

背景技术

传统平面显示技术只限于二维图像，并不能让观察者获得真实的三维深度信息和完整的表面特性。二维平面成像与显示“强迫”我们用“二维窗口”来观察丰富生动的三维世界，不仅遗失了重要的深度信息（Depth Cue），无法准确表达三维空间关系，而且只能体现某个角度上的物体的表面特性。传统二维平面成像和显示技术的这一根本缺陷严重地阻碍了人类对客观世界的感知，影响了人类对信息获取、处理、传递、人机交互和决策的准确度、深度、速度和效率。

在人眼感知的最真实的完整的三维内容信息中，不仅包含了物体的三维几何尺度特性（长、宽和深度），而且还包含了物体表面的色彩亮度和散射属性等表面特性，以及由于相对位置关系造成的遮挡和阴影等信息。真三维显示技术试图构造新型显示装置，最大限度地展示三维物体的真实三维信息。所谓“真三维显示”是指被显示图像每个三维像点(又称“体元”（voxel)）具有真实的表面特性，体元之间相对位置关系也被真实地体现在三维显示装置中,组成真正意义上的三维空间图像,具有真实物理深度和照片质量的表面特性。观察者不需要任何辅助设备，就可以从360度方向任意观察被显示物体，感知最真实的完整的三维内容信息。真三维显示技术从根本上更新了信息显示的概念，使被显示图像栩栩如生，向观看者提供了完备的心理和生理的三维感知信息，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。

当今三维显示领域，多种三维显示技术并存，在众多的真三维显示模式中，体三维显示（Volumetric3D Display）模式与光场三维显示(Optical Field3D Display)模式受到比较多的关注，取得了相当不错的显示效果。

一，体三维显示技术

真三维显示系统目前主要通过体元空间绘制而实现。其中体三维显示包括基于发光介质的三维显示、基于旋转屏或移动屏并配合高速显示器的三维显示两大类。第一类是利用发光介质（包括特殊玻璃，气体，液体以及空间排布的光纤等固定结构）配合激发光束的扫描与寻址，产生真三维显示效果；第二类主要是通过快速转动或移动各种形状的屏幕，配合以高速的投影显示器或其它高速显示器，实现空间三维体素寻址，形成真三维显示效果。

目前，研制出样机的真三维显示系统与技术主要有可发光介质的空间激发扫描、基于旋转屏、空间调制光扫描以及基于发光体旋转的真三维显示。

1，基于可发光介质的空间激发扫描

1996年Downing采用三对高功率红外激光束激励掺杂了镨、铒、铥的氟化物玻璃以对应产生红、绿、蓝色体素，最终在厘米级小立方体范围内实现了彩色三维显示。这类显示的缺点在于，缺乏合适的激励源和具有充分光转换效率的发光介质，体素被串行激活，体素总数不超过五十万，无法表述复杂的图像信息或活动的光点信息，诸多的物理和技术限制使建成了的实验装置显示范围小、分辨率低、局限于简单的字母或图形静态显示，近期内不可能实现大尺度、高分辨率、高亮度的真三维显示。

2，基于旋转屏、空间调制光扫描

1996年德国D.Bahr等利用三色激光器作为光学系统，扫描一个快速旋转的螺旋屏，通过调制器和扫描器作为空间光调制手段，分别控制激光的强度和偏转角度，以便在螺旋屏表面上产生一个瞬时光点，随着激光器的偏转和螺旋屏的旋转，就能在圆柱状的真实三维空间内产生许多光点，观察者将因为视觉暂留而感知到一幅三维图像。

美国NEOS Technologies公司曾与美国海军指挥、控制及海洋监视中心合作，建立类似的实验装置，可以产生8万个大小为0.7mm体素的红、绿、黄三色图像；德州仪器公司与美国空军合作开发的OmniView^TM显示设备，也在螺旋屏结合激光投影技术的三维显示上进行了尝试。这类显示的主要缺点是体素总数少，不超过五十万，无法表述复杂动态信息。

2002年美国Actuality Systems公司研究的Perspecta3D System系统利用高速DLP（Digital Light Procession，数字光处理）投影仪，将二维截面序列投射到一个快速旋转的散射屏上，利用视觉暂留而融合到空间三维图像。如图7所示，Perspecta真三维显示器采用了结合倾斜光学器件的非常规的离轴投影方案，以便维持贯穿投影屏扫掠范围的良好聚焦。高压汞弧灯经积分棒和聚光透镜后，照在3-SLM（Spatial LightModulator,空间光调制器）投影仪上。SLM上的图像被投射穿过一个敞口直流电机的中心，该电机带动折叠镜、旋转镜组和投影屏幕旋转。