[发明专利]基于模块化拼接的空间三维显示装置及校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间三维显示装置及校正方法，尤其涉及一种基于模块化拼接的空间三维显示装置及校正方法。

背景技术

三维显示区别于传统二维显示就是通过各种方法给观看者带来视觉上的深度感知，使其自然与不自然地获得画面中的第三维度信息。国内外众多三维显示技术一般可分为全息三维显示和非全息三维显示两种。全息三维显示因其是真三维的信息记录和显示而被誉为未来理想的三维显示方式，但在动态显示方面需要高分辨的空间光调制器以及超高速的数据处理系统，这两个因素极大地限制了这种技术的进步使其不能很好地进入实际应用。因此非全息三维显示是目前的主流显示技术，而实现非全息三维显示技术一般又可分为体三维显示、集成成像三维显示、体视三维显示等。体三维显示和体视三维显示目前都已有较好的显示设备出现，然而基于这两种方法的显示装置大都依靠转动屏幕来满足全视角观看的需求，所以显示装置结构相对复杂造价也较高。传统的集成成像三维显示技术则在视角数目、图像串扰、显示区域深度和大小等方面存在很多需要解决的问题。现有的体视三维显示装置大都依据在横向或者纵向通过视场拼接的方式提供足够多的观察视角，让观察者两只眼睛横跨不同的视角以获得细腻的三维感知。目前已经开发出的投影式裸眼三维显示装置大都结构复杂，需要大量的投影机和控制电路，因此缺乏具体的实际应用。并且单个裸眼立体显示器显示的图像分辨率低、视角少而不连续、纵深感不够等问题，更使其在虚拟现实领域应用缺乏创新。另一方面，现有的三维显示系统往往需要采用多个显示或光学机构，系统像差和装配误差将会大大影响三维显示的图像质量，业界缺乏一种有效、快速的图像校正方法。

本发明的主要目的在于构建一个拓展性强、成本可控，并且具有很大视角范围的空间三维显示装置，且满足多人多视角观看的诉求。其优点在于可以产生高图像分辨率、高视角分辨率，并且可以在弧形屏幕前观看到具备细腻的横向视差的三维图像悬浮效果。另一方面，成功的三维显示装置需要综合考虑图像分辨率、三维显示效果、计算成本等诸多方面，探求一种综合了考虑了系统成像像差和装置精度等问题的图像校正方法具有很大实际应用价值。该校正方法具备较高拓展性的投影式三维显示装置及图像采集识别系统，其初衷在于综合了考虑了系统成像像差和装置精度的问题下实现模块化拼接空间三维显示迅速自校正与图像显示，可广泛用于基于多投影显示或分时显示拼接原理的体视三维显示技术。一言以蔽之，相较于现有技术方案，基于模块化拼接的空间三维显示装置及校正方法可以在更短的时间内、以更集成化的系统结构实现大尺寸空间三维显示的图像校正与显示。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中显示装置和校正方法的不足，提供一种基于模块化拼接的空间三维显示装置及校正方法。

所述的三维显示装置包括多个沿同心圆弧布置呈模块化拼接的投影三维显示单元、紧贴设置的电光开关调光屏和弧形定向散射屏，其中，投影显示单元包括依次设置的二维显示单元阵列、透镜阵列和孔阑阵列，图像采集系统设置于二维显示单元阵列上方并保证对准电光开关调光屏拍摄，计算机分别与图像采集系统和二维显示单元阵列相连接；所有投影显示单元中所有显示单元显示的图像通过对应的透镜阵列、孔阑阵列均投影到电光开关调光屏和弧形定向散射屏圆心O点处成像。

所述的二维显示单元阵列是单个二维显示器或多个二维显示器组成的阵列，其中，二维显示器是LCD、LCOS、PDP、LED、CRT、OLED或投影机。

所述的电光开关调光屏是PDLC屏或具有相似功能的可弯曲的屏幕结构。

所述的投影显示单元中的图像采集系统是CCD或CMOS拍摄器件。

所述的校正方法步骤如下：

1)每个投影三维显示单元中的图像采集系统均设置于二维显示单元阵列上方系统对称中心线上，并对准电光开关调光屏拍摄；

2)电光开关调光屏断开电源，呈现不透光的漫射特性；

3)二维显示单元阵列中的显示单元显示一个坐标点（X₀,Y₀），该坐标点透过成像系统会在电光开关调光屏上投射出一个漫射亮斑；

4)图像采集系统捕获电光开关调光屏的漫射亮斑，分别记录下捕获的漫射亮斑在二维图像显示单元阵列中的坐标点信息（X₀,Y₀）和在图像采集系统中的坐标点信息（X₁,Y₁），送入与二者相连的计算机生成相应的映射关系；循环扫描记录坐标点映射信息直至二维显示单元阵列中的显示单元所有显示点扫描结束；