基于多屏平动扫描的体积显示系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于多屏平动扫描的体积显示系统，包括系统支架、平动体扫描显示装置、显示控制装置、实时检测装置和专为各装置供电的电源。平动体扫描显示装置固定安装在系统支架上方，平动体扫描显示装置包括位置固定安装的投影机、可连续平移的投影幕布、驱动投影幕布移动的电机和控制电机运行的电机控制器，投影幕布包括至少2片互相平行的成像屏，任意相邻的两个成像屏之间的空间位置关系为均匀循环布局。该系统搭载多片投影幕布，可以提高显示刷新率，降低电机转速和机械运动所产生的噪声，构成完整的裸视三维成像系统，实现均匀、逼真的立体图像显示。本实用新型专利技术成本较低，实现容易，运行可靠，体像素分布均匀，显示稳定性高。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种三维图像显示系统，特别是一种动态多屏体积显示系统，用于立体图像的显示。
技术介绍
客观世界是存在三维尺寸的立体空间，为了可以真实地再现客观世界，人们从未间断对于立体显示技术的研究，人类对理性的追求推动了显示设备的诞生。人们通过显示设备显示画面感知的图像包括平面显示和立体显示图像，所谓平面显示是指能显示图像的二维效果，所谓立体显示是指能显示图像深度效果，也称为三维效果，就像我们看真实世界一样，是立体的。立体显示技术按是否添加立体眼镜的角度来说可分为裸眼立体显示技术和非裸眼立体显示技术。真三维显示技术(True 3D Volumetric Display ^Technique)是目前最新的三维立体显示技术之一，基于这种显示技术，可以直接观察到具有物理景深的三维图像，它无需配戴任何立体眼镜就能呈现视差图像从而获得深度信息。根据成像空间构成方式的不同， 可以把真三维立体显示技术分为静态成像技术和动态体扫描技术两种，静态体成像技术的成像空间是一个静止不动的立体空间，而动态体扫描技术的成像空间是一个依靠显示设备的周期性运动构成的。静态成像技术是在一个由特殊材料制造的透明立体空间里，一个激励源把两束激光照到成像空间上，经过折射，两束光相交到一点，便形成了组成立体图像的具有自身物理景深的最小单位一体素，每个体素点对应构成真实物体的一个实际的点，当这两束激光束快速移动时，在成像空间中就形成了无数交叉点，这样，无数个体素点就构成了具有真正物理景深的真三维立体图像。基于静态成像技术的显示系统对成像空间介质材料的设计和选取要求较高，由于体素是在充满均勻介质的成像空间内生成，体素是由两束光源交叉生成， 光源在入射角度和位置上的较小的误差会使生成体素的位置误差被明显放大，使得生成的图像产生较大的变形，降低了真三维显示效果。动态体扫描技术是依靠显示设备的周期性运动构成成像空间，例如屏幕的平移、 旋转等运动来形成立体的成像空间。在该技术中，通过一定方式把显示的立体图像用二维切片的方式投影到一个屏幕上，该屏幕同时做高速的平移或旋转运动，由于人眼的视觉暂留，从而在人眼观察到的不是离散的二维图片，而是由它们组成的三位立体图像。因此，使用动态体扫描技术的立体系统可以更好地实现图像的真三维显示。动态体扫描技术中根据屏幕的运动方式分为平移体扫描技术和旋转体扫描技术。在旋转体扫描显示系统中，由于屏幕要绕中心轴进行旋转，中心轴的存在会产生死区，而且屏幕上生成的体素会由于距离中心轴的不同生成的体素密度有所不同，会使得生成的图像的均勻度和清晰度较差。现有的动态体扫描显示系统主要部件包括系统支架、由投影机、电机、单个投影幕布组成的平动体扫描显示装置、显示控制器和供电电源等，投影机每秒在漫射屏上输出截面画面，随着屏幕的旋转，最终可产生体像素填充区域，其体象素可达到1亿个。虽然现有的动态体扫描显示系统能实现了体三维显示，但其单个屏幕以20转每秒运行，转速高噪音大，每秒20次刷新空间画面仍不能满足稳定显示的要求，显示将出现闪烁，单幕旋转显示的体像素内部密集外部稀疏，体像素在空间内的分布不均勻，影响三维显示效果。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于多屏平动扫描的体积显示系统，该系统搭载多片投影幕布，可以提高显示刷新率，降低电机转速和机械运动所产生的噪声，构成完整的裸视三维成像系统，实现均勻、逼真的立体图像显示。为达到上述专利技术目的，本技术采取如下技术方案一种基于多屏平动扫描的体积显示系统，包括系统支架、平动体扫描显示装置、显示控制装置和专为各装置供电的电源。平动体扫描显示装置固定安装在系统支架上方，平动体扫描显示装置包括位置固定安装的投影机、可连续平移的投影幕布、驱动投影幕布移动的电机和控制电机运行的电机控制器，电机固定安装在系统支架上，投影幕布包括至少2 个互相平行的成像屏，任意相邻的两个成像屏之间的空间位置关系为均勻循环布局。显示控制装置的电机驱动通讯信号输出端与电机控制器的信号接收端相连接，显示控制装置的图像信号输出端与投影机的图像信号接收端相连接；本技术还可包括在观众的当前视野中的检测成像屏位置的实时检测装置，实时检测装置固定安装在系统支架上，实时检测装置的信号输出端与显示控制装置的信号接收端相连接。具体地，垂直于上述电机的传动主轴的传动端固定连接一片可同步转动的风叶， 有2 6个互相平行的成像屏均勻分布于风叶上，各成像屏皆垂直于风叶的表面。风叶和投影幕布之间加装行星轮系机构，包括太阳轮、从动的行星轮和行星架，行星架与风叶固定连接，传动主轴通过太阳轮的固定中轴驱动太阳轮转动，太阳轮的齿数和行星轮的齿数相同， 行星轮系机构包括2 6组行星轮组，相邻的行星轮组之间的相位差相同；行星轮具有与其固定连接的芯轴，每个芯轴和与其同轴的一个转轮连接棒固定连接，电机通过行星轮系机构间接传动转轮连接棒，投影幕布固定在转轮连接棒上，转轮连接棒形成投影幕布的一个刚性固定边，转轮连接棒均勻地分布在同一圆周上，并在此圆周上平动。上述实时检测装置为红外检测装置，由固定安装于系统支架上的红外线发射器和红外线接收器组成，投影幕布的每一片成像屏旋转至投影机的正投射方向时，红外线发射器向红外线接收器发射红外信号，红外线接收器的信号输出端与显示控制装置的信号接收端相连接。上述显示控制装置为一个同步控制器，红外光接收器的信号线与同步控制器相连接，同步控制器还通过一条信号线与电机控制器的信号接收端相连接，同步控制器还通过另一条视频信号线连接投影机。上述同步控制器由现场可编程门阵列芯片、SDRAM、存储芯片、电源管理模块和I/O 端口组成。上述现场可编程门阵列芯片可具体选用Cycl0neII2C35 FPGA芯片，存储芯片可选用NAND flash芯片，I/O端口至少包括进行外联通信的USB接口、向投影机传输图像的VGA 接口、输入红外线接收器的采集信号的红外信号接收接口和向电机控制器输出指令信号的电机驱动信号接口。本技术优选的技术方案中，最好有3个互相平行的成像屏均勻分布于风叶上，行星轮系机构包括三组行星轮组，相邻的行星轮组之间的相位差为120°。对应上述投影幕布的最低位置处还可安装红外检测装置，红外检测装置优选安装在系统支架上面并靠近风叶。作为技术的改进，上述同步控制器还能通过信号电缆连接微机，微机为同步控制器的上位机。本技术与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点1.本技术与基于单屏投影的真三维显示系统相比，由于采用多片投影幕布， 其单个旋转周期可刷新多次立体画面。以具有3片成像屏的技术方案推算，当电机转速降低一半，减少大部分系统噪音时，立体影像的刷新率仍可提高1. 5倍。2.投影幕布平移运动，运动方式简单，位置误差较小，不存在图像投影的死区。3.本技术成本较低、实现容易、运行可靠、显示稳定性高、体像素在空间内的分布均勻。附图说明图1是本技术第--个实施例的系统结构示意图。图2是本技术第--个实施例的行星轮系机构的结构示意图。图3是本技术第二二个实施例的系统结构示意图。图4是本技术第二二个实施例的行星轮系机构的结构示意图。图5是本技术第三三个实施例的系统结构示意图。图6是本技术第四个实施例的系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田丰，田晶，蔡文，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：实用新型
国别省市：