本发明专利技术公开了基于高速投影机的真彩色360°三维显示装置，包括：LED光源组、照明光学系统、空间光调制器、合色棱镜、投影镜头、定向散射屏、转动装置、转动检测模块和光源驱动控制模块。本发明专利技术还公开了基于高速投影机的真彩色360°三维显示方法。本发明专利技术通过光源驱动控制模块对LED光源的光强进行灰度二进制编码并与定向散射屏的转动保持同步，高速投影机将不同灰阶的二值图像序列时序投影到旋转的定向散射屏上来实现360°视场三维显示，实现了供多人多视角裸眼同时观看的真彩色空间三维显示，提高了三维显示图像的质量，降低了对空间光调制器帧频的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于三维显示
，具体涉及ー种基于高速投影机的真彩色360°视场三维显示装置和方法。
技术介绍
视觉是人类认识世界、认识自然的主要途径，人类获得的信息大多数来自视觉。而长期以来，表达可视信息的主要手段仍然是ニ维的。传统ニ维显示技术遗失了真实物理世界的深度信息，严重地阻碍了人类对客观世界的感知。人类是天生的空间思维者，如何实现真实空间三维显示一直是人们孜孜以求的目标。目前，三维显示技术主要分为四类体视三维显示技术、自体视三维显示技术、体三维显示技术、光场三维显示技术以及全息三维显示技术等。空间三维显示是一种能够在ー个真正具有宽度、高度和深度的真实三维空间内进行图像信息再现的技术，可供多个观察者同时环绕观看，是目前的研究热点。体三维显示技术是通过适当方式来激励位于透明显示体积内的物质，利用可见辐射的产生、吸收或散射而形成体素来实现三维显示。光场三维显示技术通过再现三维物体向各个方向发射的光线的方式将要显示三维场景的各个侧面的图像准确地成像到相应的方位。采用这种技术重建三维图像，众多观看者能以其习惯的观看方式同时观看到空间三维场景360°的各个侧面，犹如ー个在现实空间的三维物体一祥，能自动满足多种生理和心理深度暗示，可多人、多角度、同时、裸眼观察，无需任何助视仪器，符合人类在视觉观察及深度感知方面的自然生理习惯。目前，高速投影机在 体三维显示和光场三维显示中均有比较重要的应用，但实现的三维显示目前多数采用高速投影ニ值图像来实现，没有实现真彩色的三维显示。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于高速投影机的真彩色360°视场三维显示装置和显示方法，利用了 LED的快速响应特性，通过对LED亮度的时序调制降低了实现真彩色360°视场三维显示所需要高速投影机投影ニ值图像的帧频，实现了可供多人多视角裸眼同时观看的真彩色360°视场三维显示，提高了三维显示的图像质量，从而克服现有技术的不足。一种基于高速投影机的真彩色360°三维显示装置，其特征在干，包括LED光源组、第一照明光学系统、第二照明光学系统、第三照明光学系统、第一高速空间光调制器、第ニ高速空间光调制器、第三高速空间光调制器、合色棱镜、投影镜头、定向散射屏、转动装置、转动检测模块和光源驱动控制模块，其中LED光源组，包括红色LED光源、绿色LED光源和蓝色LED光源，作为高速投影机的照明光源，与光源驱动控制模块连接；第一照明光学系统，将红色LED光源发出的光线进行收集并作为照明光会聚到第一高速空间光调制器上；第二照明光学系统，将绿色LED光源发出的光线进行收集并作为照明光会聚到第ニ高速空间光调制器上；第三照明光学系统，将蓝色LED光源发出的光线进行收集并作为照明光会聚到第三高速空间光调制器上；第一高速空间光调制器，被红色照明光束照亮，将需要显示红色分量的ニ值图像加载其上并按顺序高速显示出来；第二高速空间光调制器，被緑色照明光束照亮，将需要显示绿色分量的ニ值图像加载其上并按顺序高速显示出来；第三高速空间光调制器，被蓝色照明光束照亮，将需要显示蓝色分量的ニ值图像加载其上并按顺序高速显示出来；合色棱镜，将分别带有图像信息的红色光束、绿色光束、蓝色光束合成为具有相同光轴方向的光束；投影镜头，将合成后的具有相同光轴方向的光束投影到定向散射屏上；定向散射屏，对投影其上的光束的出射角度进行控制，保证观察区域的观察者的双眼看到具有视差的图像；转动装置，与定向散射屏连接，并带动定向散射屏转动；转动检测模块，检测转动装置的转速信号和角度位置并传输给光源驱动控制模块；光源驱动控制模块，根据转动装置的转速信号和角度位置控制驱动LED光源的电流大小，同时根据转速信号 和角度位置控制第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器以及第三高速空间光调制器上需要加载的ニ值图像的同步更新。所述LED光源组为红色、绿色和蓝色三色分离的三块高亮度LED芯片或LED芯片阵列。所述第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器和第三高速空间光调制器为反射型的高速数字微镜器件。所述定向散射屏为反射式偏折型散射屏，该反射式偏折型散射屏底面与电机转轴垂直，由光栅方向互相平行的反射式锯齿型光栅和柱面光栅构成。所述定向散射屏为斜面定向散射屏，由柱面光栅构成，光栅方向与电机转轴的径向方向垂直，斜面定向散射屏底面与电机转轴成ct角，ct 一般为30 60°。所述转动检测模块为基于现场可编程门阵列为核心的控制模块或基于数字信号处理器为核心的控制模块。所述光源驱动控制模块为基于现场可编程门阵列为核心的恒流源控制模块或基于单片机为核心的恒流源控制模块，用于时序控制点亮LED光源的电流。本专利技术还提供了一种基于高速投影机的真彩色360°三维显示方法，包括(I)计算机根据三维模型、高速投影机的视场角和距离定向散射屏的距离、定向散射屏的尺寸、观察者位置、色彩深度等參数计算需要投影的三通道图像序列信息；(2)计算机将需要显示的三通道图像序列信息分别传入第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器和第三高速空间光调制器以供显示；(3)定向散射屏安装在转动装置上并由其带动旋转，转动检测模块检测转动装置的转速信号和角度位置并传输给光源驱动控制模块，光源驱动控制模块与高速投影机相连接，并将传入的转动装置的转速和角度位置信号传送给高速投影机；(4)定向散射屏每旋转ー圈，光源驱动控制模块改变一次驱动LED光源的电流来改变LED光源的亮度以适应相应的灰阶；(5)定向散射屏每旋转ー圈的过程中，第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器和第三高速空间光调制器分别显示相应的单个灰阶的M幅图像，并通过合色棱镜合成为彩色图像，经投影镜头投影到定向散射屏上；(6)定向散射屏旋转N圏，第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器和第三高速空间光调制器分别显示了 NXM幅图像并顺序投影到定向散射屏上，通过定向散射屏对出射光线的限制，每个视点可观察到图像为3X2N色，位于周围的观察者均可以观察到真彩色的空间三维场景。所述的M为100-2000，所述的N为1-8。本专利技术将LED的亮度调制和现有帧频的高速空间光调制器结合起来，并采用定向散射屏控制出射光线的出射角度，实现了真彩色360°视场空间三维显示，提高了空间三维显示的图像分辨率、色深度以及刷新频率。附图说明图1是本专利技术的基于高速投影机的真彩色360°三维显示装置的实施例1的示意图。图2是本专利技术的基于高速投影机的真彩色360°三维显示装置的实施例1中反射式偏折型散射屏的结构示意图。图中1为LED光源组、21为第一照明光学系统、22为第二照明光学系统、23为第三照明光学系统、31为第一高速空间光调制器、32为第二高速空间光调制器、33为第三高速空间光调制器、4为合色棱镜、5为投影镜头、6为反射式偏折型散射屏、7为转动装置、8为转动检测模块、9为光源驱动控制模块、为斜面定向散射屏。具体实施例方式下面结合实施例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术并不仅限于此。实施例1如图1所示，一种基于高速投影机的真彩色360°视场三维显示装置，包括LED光源组1、第一照明光学系统21、第二照明光学系统22、第三照明光学系统23、第一高速空间光调制器31、第二高速空间光调制器32、第三高速空间光调制器33、合色棱镜4、投影镜头5、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于高速投影机的真彩色360°三维显示装置，其特征在于，包括：LED光源组、第一照明光学系统、第二照明光学系统、第三照明光学系统、第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器、第三高速空间光调制器、合色棱镜、投影镜头、定向散射屏、转动装置、转动检测模块和光源驱动控制模块，其中：LED光源组，包括红色LED光源、绿色LED光源和蓝色LED光源，作为高速投影机的照明光源，与光源驱动控制模块连接；第一照明光学系统，将红色LED光源发出的光线进行收集并作为照明光会聚到第一高速空间光调制器上；第二照明光学系统，将绿色LED光源发出的光线进行收集并作为照明光会聚到第二高速空间光调制器上；第三照明光学系统，将蓝色LED光源发出的光线进行收集并作为照明光会聚到第三高速空间光调制器上；第一高速空间光调制器，被红色照明光束照亮，将需要显示红色分量的二值图像加载其上并按顺序高速显示出来；第二高速空间光调制器，被绿色照明光束照亮，将需要显示绿色分量的二值图像加载其上并按顺序高速显示出来；第三高速空间光调制器，被蓝色照明光束照亮，将需要显示蓝色分量的二值图像加载其上并按顺序高速显示出来；合色棱镜，将分别带有图像信息的红色光束、绿色光束、蓝色光束合成为具有相同光轴方向的光束；投影镜头，将合成后的具有相同光轴方向的光束投影到定向散射屏上；定向散射屏，对投影其上的光束的出射角度进行控制，保证观察区域的观察者的双眼看到具有视差的图像；转动装置，与定向散射屏连接，并带动定向散射屏转动；转动检测模块，检测转动装置的转速信号和角度位置并传输给光源驱 动控制模块；光源驱动控制模块，根据转动装置的转速信号和角度位置控制驱动LED光源的电流大小，同时根据转速和角度位置信号控制第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器以及第三高速空间光调制器上需要加载的二值图像的同步更新。...
【技术特征摘要】
1.一种基于高速投影机的真彩色360°三维显示装置，其特征在于，包括LED光源组、第一照明光学系统、第二照明光学系统、第三照明光学系统、第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器、第三高速空间光调制器、合色棱镜、投影镜头、定向散射屏、转动装置、转动检测模块和光源驱动控制模块，其中 LED光源组，包括红色LED光源、绿色LED光源和蓝色LED光源，作为高速投影机的照明光源，与光源驱动控制模块连接； 第一照明光学系统，将红色LED光源发出的光线进行收集并作为照明光会聚到第一高速空间光调制器上； 第二照明光学系统，将绿色LED光源发出的光线进行收集并作为照明光会聚到第二高速空间光调制器上； 第三照明光学系统，将蓝色LED光源发出的光线进行收集并作为照明光会聚到第三高速空间光调制器上； 第一高速空间光调制器，被红色照明光束照亮，将需要显示红色分量的ニ值图像加载其上并按顺序高速显示出来； 第二高速空间光调制器，被緑色照明光束照亮，将需要显示绿色分量的ニ值图像加载其上并按顺序高速显示出来； 第三高速空间光调制器，被蓝色照明光束照亮，将需要显示蓝色分量的ニ值图像加载其上并按顺序高速显示出来； 合色棱镜，将分别带有图像信息的红色光束、緑色光束、蓝色光束合成为具有相同光轴方向的光束； 投影镜头，将合成后的具有相同光轴方向的光束投影到定向散射屏上； 定向散射屏，对投影其上的光束的出射角度进行控制，保证观察区域的观察者的双眼看到具有视差的图像； 转动装置，与定向散射屏连接，并带动定向散射屏转动； 转动检测模块，检测转动装置的转速信号和角度位置并传输给光源驱动控制模块；光源驱动控制模块，根据转动装置的转速信号和角度位置控制驱动LED光源的电流大小，同时根据转速和角度位置信号控制第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器以及第三高速空间光调制器上需要加载的ニ值图像的同步更新。2.根据权利要求1所述的基于高速投影机的真彩色360°三维显示装置，其特征在干，所述LED光源组为红色、绿色和蓝色三色分离的三块高亮度LED芯片或LED芯片阵列。3.根据权利要求1所述的基于高速投影机的真彩色360°三维显示装置，其特征在干，所述第一高速空间光调制器、第二高速空间光调制器和第三高速空间光调制器为反射型的高速数字微镜器件。4.根据权利要求1所述的基于高速投影机的真彩色360°三维显示装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，夏新星，李海峰，苏忱，郑臻荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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