一种三维大视角光场的生成装置及生成方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种三维大视角光场的生成装置及生成方法，该装置包括：在光路上依次设置的投影仪阵列、微透镜阵列和全息功能屏；投影仪阵列用于作为信息输入端，将携带有完整三维光场信息的光场光线向微透镜阵列投射；微透镜阵列用于对经过的光场光线进行调整后，投射至全息功能屏；全息功能屏用于对调整后的光场光线进行优化显示，生成三维大视角光场。本发明专利技术实施例提供的光场的生成装置及生成方法，在光学结构中引入了投影仪阵列作为光学系统的信息输入端。光线从投影仪出射，经过微透镜阵列调整光场光线分布，到达全息功能屏进行显示效果的优化，使得进入人眼的三维图像屏蔽了全息功能屏后的光学结构信息，形成逼真细腻的大视角三维光场。

【技术实现步骤摘要】
一种三维大视角光场的生成装置及生成方法
本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种三维大视角光场的生成装置及生成方法。
技术介绍
光场三维显示技术可以模拟真实光场光线分布，再现的图像生动细腻，具有强大的生命力。目前三维显示技术主要有立体三维显示(Stereo3D)、光场三维显示(Volumetric3D)和全息三维显示(Holographic3D)。其中，全息三维技术能够完整地再现物体的波光场的振幅和相位信息，但由于太大的海量数据传输和存储，全息动态显示在目前的技术水平上还不现实；立体三维显示是基于人的双眼双画面的立体视觉原理，借助眼镜或斜光栅屏幕的立体三维显示能提供有限的三维视觉，但人眼在观察时，画面没有真实的景深，聚焦和调节不能匹配。光场三维显示技术在真实的三维空间显示，是一种直接可视、全角度可视、真实景深可视和多人可视的三维空间显示技术。相较于立体三维显示和全息三维技术，具有真彩色、全视差、视角细腻的良好特性。由于光场三维技术的优良特性，其在医学、军事、工业、教育等方面都有独特的应用价值。目前主流的光场三维显示技术主要包括基于微透镜阵列和全息功能屏的集成成像显示技术和基于投影仪和高速旋转屏的投影显示技术。其中，基于微透镜阵列和全息功能屏的集成成像显示技术主要是利用微透镜阵列中的单位圆透镜作为控光元件，能够将透镜一侧的入射光线按照透镜的光学特性在透镜另一侧重新排布。在集成成像中，单位圆透镜下覆盖的子图像通过圆形凸透镜的空间光调制，使放在焦面上的不同空间位置排列的像素发出的发散光线都以光心的连线方向射出，汇聚在全息功能屏上，经过全息功能屏的扩散实现了全视差的三维立体图像。但现有的集成成像显示技术均采用二维显示面板(LCD)进行信息输入，再通过透镜阵列和全息功能屏来记录和再现三维场景。由于集成成像的视角由单位透镜下覆盖子图像大小和透镜到显示面板的距离决定，基于三维图像的分辨率、立体感和视角之间的制衡关系，集成成像虽然能够提供平滑的连续视差，但是相对而言，难免会造成分辨率低视角小的固有缺陷。基于投影仪和高速旋转屏的投影显示技术，例如Perspecta3D系统，虽然显示效果良好，但是由于旋转屏幕的应用占用体积过大，高速投影仪造价过于昂贵，系统光路过于复杂等缺点，难以具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种三维大视角光场的生成装置及生成方法，用以解决或部分解决现有技术中在声场三维光场时存在的不足，所形成的三维大视角光场既具有体空间三维显示技术的体素化特点，又拥有类似自由立体成像的图像视角化特点。一方面，本专利技术实施例提供一种三维大视角光场的生成装置，其特征在于，包括：在光路上依次设置的投影仪阵列、微透镜阵列和全息功能屏；投影仪阵列用于作为信息输入端，将携带有完整三维光场信息的光场光线向微透镜阵列投射；微透镜阵列用于对经过的光场光线进行调整后，投射至全息功能屏；全息功能屏用于对调整后的光场光线进行优化显示，生成三维大视角光场。作为可选地，投影仪阵列包括多个呈K*T矩形阵列排布的投影仪；其中K>T>1。作为可选地，微透镜阵列由多个紧贴排列的微透镜组成；微透镜的半径是由约束关系确定的；约束关系包括视点数与三维大视角光场的空间分辨率之间的约束关系。作为可选地，微透镜为双胶合非球面透镜。作为可选地，微透镜阵列与全息功能屏之间的距离为微透镜阵列的焦距。第二方面，本专利技术实施例提供一种三维大视角光场的生成方法，包括：利用投影仪阵列作为信息输入端，将携带有完整三维光场信息的光场光线向微透镜阵列投射；利用微透镜阵列对经过的光场光线进行调整后，投射至全息功能屏；利用全息功能屏对调整后的光场光线进行优化显示，生成三维大视角光场；投影仪阵列、微透镜阵列和全息功能屏在光路上依次排布。作为可选地，在利用微透镜阵列对经过的所述光场光线进行调整后，投射至全息功能屏之前，还包括：确定视点数与三维大视角光场的空间分辨率之间的约束关系；根据约束关系确定组成所述微透镜阵列的每个微透镜的半径。作为可选地，本专利技术实施例提供的三维大视角光场的生成方法，还可以包括：编码获取携带有完整三维光场信息的所述光场光线，具体为：根据所述投影仪阵列的阵列排布方式，构建拍摄相机矩阵；根据投影仪阵列中的投影仪数量，将拍摄相机矩阵划分为多个拍摄相机子区域，拍摄相机子区域的个数与投影仪数量相等；构建每个投影仪和拍摄相机子区域之间的映射；根据所述映射，将每个拍摄相机子区域内的视差图合成一张合成图，合成图为与拍摄相机子区域相对应的投影仪的合成图；投影仪基于合成图，生成光场光线。作为可选地，上述根据映射，将每个拍摄相机子区域内的视差图合成一张合成图，包括：根据拍摄相机子区域内的视差图的第p行第g列像素点，确定合成图第i行第j列像素点；遍历每个拍摄相机子区域内的视差图上的所有像素点，获取合成图。作为可选地，上述根据拍摄相机子区域内的视差图的第p行第g列像素点，确定合成图第i行第j列像素点，包括：其中，M*N为拍摄相机子区域内相机的矩形阵列排布方式，M为水平排布个数、N为竖直排布个数；mod为求余函数。本专利技术实施例提供的光场的生成装置及生成方法，在光学结构中引入了投影仪阵列作为光学系统的信息输入端。光线从投影仪出射，经过微透镜阵列调整光场光线分布，到达全息功能屏进行显示效果的优化，使得进入人眼的三维图像屏蔽了全息功能屏后的光学结构信息，形成逼真细腻的大视角三维光场。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中基于微透镜阵列和全息功能屏的集成成像显示装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的三维大视角光场的生成装置的结构示意图；图3为现有技术中基于微透镜阵列和全息功能屏的集成成像方法获取的三维图像与本专利技术实施例提供的三维大视角光场的视区对比示意图；图4为本专利技术实施例提供的三维大视角光场的光场体素示意图；图5为本专利技术实施例提供的三维大视角光场的生成装置的微透镜阵列的占空比示意图；图6为本专利技术实施例提供的三维大视角光场的生成方法的流程示意图；图7为在本专利技术实施例提供的三维大视角光场的生成方法中，拍摄相机阵列与投影仪映射关系示意图；图8为在本专利技术实施例提供的三维大视角光场的生成方法中，投影仪合成图的像素编码示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维大视角光场的生成装置，其特征在于，包括：/n在光路上依次设置的投影仪阵列、微透镜阵列和全息功能屏；/n所述投影仪阵列用于作为信息输入端，将携带有完整三维光场信息的光场光线向所述微透镜阵列投射；/n所述微透镜阵列用于对经过的所述光场光线进行调整后，投射至所述全息功能屏；/n所述全息功能屏用于对调整后的光场光线进行优化显示，生成三维大视角光场。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维大视角光场的生成装置，其特征在于，包括：
在光路上依次设置的投影仪阵列、微透镜阵列和全息功能屏；
所述投影仪阵列用于作为信息输入端，将携带有完整三维光场信息的光场光线向所述微透镜阵列投射；
所述微透镜阵列用于对经过的所述光场光线进行调整后，投射至所述全息功能屏；
所述全息功能屏用于对调整后的光场光线进行优化显示，生成三维大视角光场。


2.根据权利要求1所述的三维大视角光场的生成装置，其特征在于，所述投影仪阵列包括多个呈K*T矩形阵列排布的投影仪；其中K>T>1。


3.根据权利要求1所述的三维大视角光场的生成装置，其特征在于，所述微透镜阵列由多个紧贴排列的微透镜组成；
所述微透镜的半径是由约束关系确定的；
所述约束关系包括视点数与所述三维大视角光场的空间分辨率之间的约束关系。


4.根据权利要求3所述的三维大视角光场的生成装置，其特征在于，所述微透镜为双胶合非球面透镜。


5.根据权利要求1所述的三维大视角光场的生成装置，其特征在于，所述微透镜阵列与所述全息功能屏之间的距离为所述微透镜阵列的焦距。


6.一种三维大视角光场的生成方法，其特征在于，包括：
利用投影仪阵列作为信息输入端，将携带有完整三维光场信息的光场光线向微透镜阵列投射；
利用微透镜阵列对经过的所述光场光线进行调整后，投射至全息功能屏；
利用全息功能屏对调整后的光场光线进行优化显示，生成三维大视角光场；
所述投影仪阵列、微透镜阵列和全息功能屏在光路上依次排布。


7.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑新柱，王越笛，戴任翔，葛凡，于迅博，高鑫，颜玢玢，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11