[发明专利]单空间光调制器实现彩色立体点云裸眼显示系统和方法

说明书

本发明公开了一种单空间光调制器实现彩色立体点云裸眼显示系统和方法。建模制作3D彩色点云模型，分为RGB三通道子模型；进行去遮挡和降采样处理，缩放坐标尺度，控制模型分布和间隔；计算每个点到SLM平面的衍射积分并叠加获得相息图；调节三个配平行光管激光器的光亮度到最低合适，三束不同颜色的光经偏振片后入射楔形分束镜，经楔形分束镜汇聚合束后再经过偏振片入射加载了相息图的空间光调制器，反射后透过透镜组入射到人眼成像裸眼3D显示。本发明利用单个空间光调制器实现彩色立体点云宽视角高清晰度的裸眼3D显示系统，解决了单空间光调制器彩色成像无关像混叠和裸眼观察效果差的问题，为彩色立体裸眼显示设备的小型化提供了一种有效途径。

技术领域

本发明涉及全息显示技术领域的一种3D显示系统和方法，更具体涉及一种单空间光调制器实现彩色立体点云裸眼3D显示系统和方法。

背景技术

彩色裸眼3D显示物深度感的立体视觉信息。能够完整记录和重建三维物体的波前，提供人眼视觉系统所需的全部深度信息，更真实地重现客观世界相同的场景，彩色、大视场角的三维显示裸眼3D显示技术是目前研究热点之一。彩色裸眼3D显示技术分大致为两大类：一类三个SLM：RGB三色光分别照明三片SLM在重构平面进行3D像视场重建，该方案需要复杂的光路设计以保证 RGB三个通道的再现像精确地合在一起，系统成本太高并大大增加了整体的体积；另一类用单一SLM重建3D像视场。目前基于单片空间光调制器的彩色显示方法主要有时分复用方法、空间划分方法、空间叠加方法三种。

时分复用方法：通过周期性地点亮红绿蓝三色光来照明单片SLM，同时在SLM上周期性显示RGB(Red,Green,Blue)三通道的相息图，来实现彩色投影。时分复用法对系统同步性的要求很高，该方案要求空间光调制器有较高的帧频速率，当速率达到一定程度后，人眼通过积分效应感觉到一个时间合成的彩色图像。在该方案原理中，对于一种颜色分量来说，其在时间轴上是有能量损失的，故其成像效果会受到一定的影响。该方法需要精确地控制RGB光源的工作时间与加载对应RGB颜色分量全息图的同步性，这对加载全息图的硬件在响应速度上有较高的要求。

空间划分方法：将单片SLM平面划分三块区域，分别加载RGB三通道的相息图，三色光分别照明三块区域，需要光束整形系统来确保照明光波前和划分的区域匹配，提升了复杂度，且单片调制器件的利用率不高。

空间叠加方法：将RGB三通道的图像编码在同一幅相息图中，像素利用率高，也不需要分时系统，是单片SLM彩色投影中结构较简单的一种。但当 RGB三色光之一单独照射时，除复原自己颜色通道的像之外，还会再现其他颜色通道的像，这些像会在像面重叠，产生较严重的噪声和无关像问题，故需要在不阻挡有效信号的同时，对无关信号加小孔滤波消除。空间叠加方法光路和系统比其他方法简单，为彩色立体裸眼显示设备的小型化提供具有较大的潜在优势。目前基于该方法在空间叠加法中降低像面噪声和消除无关像的研究不多，该方法目前并没有发挥出其应有的优势。

发明内容

为了要解决背景技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题就是提供一种调节复杂度低、可裸眼观察的彩色立体点云的单空间光调制器裸眼显示系统和方法，改善视角小和制作相息图计算量大、速度慢的问题。

本发明采用的技术方案是：

一、一种单空间光调制器实现彩色立体点云裸眼显示系统，即单空间光调制器实现彩色立体点云裸眼3D显示系统：

包括空间光调制器、配平行光管激光器、偏振片、楔形分束镜和透镜组；三个配平行光管激光器发出不同颜色的光束分别经各自的偏振片后入射到楔形分束镜，经楔形分束镜汇聚合束后再经过一个偏振片入射到空间光调制器，经空间光调制器反射后透过透镜组入射到人眼成像。

三个配平行光管激光器分别为绿光配平行光管激光器、红色配平行光管激光器和蓝光配平行光管激光器；具体实施中，三个配平行光管激光器分别为配平行光管波长520nm(绿色)固体激光器、配平行光管波长635nm(红色)半导体激光器和配平行光管波长450nm(蓝色)半导体激光器。