CN109870820B - 针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置及方法，包括2D显示屏和针孔反射镜阵列，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面平行；2D显示屏用于显示集成成像3D片源；针孔反射镜阵列由镜面反射区和透射孔组成，镜面反射区对真实物体成像，透射孔对集成成像3D片源发出的光线透射，重构出虚拟3D图像，实现了增强现实的3D显示功能。

Description

针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置及方法

技术领域

本发明涉及集成成像技术和增强现实显示技术，特别涉及针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置及方法。

背景技术

增强现实以同时显示真实物体和虚拟图像为特点，是近年来的发展潮流，但目前现有的增强现实产品都是头戴式的，如Magic Leap，HoloLens等，且都是基于双目视差原理，分别为用户的左右眼提供不同的2D图像内容，需要大脑的融合产生立体感，具有立体视疲劳问题。集成成像技术是一种裸眼真3D显示技术，具有无立体观看视疲劳、全真3D再现等优点。将集成成像技术应用于增强现实是一个发展趋势，能为用户提供更好的观看体验，且可以实现裸眼的增强现实3D显示效果。但常规的集成成像显示设备采用透镜阵列或针孔阵列进行虚拟3D图像的重建，其中透镜阵列和针孔阵列阻挡了外界的光线，无法观看到外界真实的物体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置及方法，基于该方法的显示装置可以同时显示真实物体像和虚拟3D图像，获得增强现实3D显示效果。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置，如附图1所示，该装置包括2D显示屏和针孔反射镜阵列，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面平行。

所述2D显示屏用于显示集成成像3D片源，集成成像3D片源发出的光线通过所述针孔反射镜阵列，重构出虚拟3D图像。

所述针孔反射镜阵列，如附图2所示，由镜面反射区和透射孔组成，其中镜面反射区具有光线反射作用，透射孔具有光线透射作用，透射孔等间距周期性排列，透射孔形状可以是圆形、方型、多边形等。

所述镜面反射区对外界真实物体的光线进行反射，在所述针孔反射镜阵列后方对真实物体成像。

所述透射孔，对2D显示屏上显示的集成成像3D片源发出的光线透射，同名点的光线将在空中相交或同名点光线的延长线相交，重构出虚拟3D图像。

如附图3所示，相邻同名点之间的间距为△x，相邻透射孔中心间距为p，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面间距为g，虚拟3D像点的深度d为

(1)

当△x＞p时，d＞0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列前方，当△x＜p时，d＜0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列后方。

本发明装置能同时对真实物体成像和重构出虚拟3D图像，如附图4所示，实现了增强现实的3D显示功能。

针孔反射镜阵列集成成像增强现实方法，包括2D显示屏和针孔反射镜阵列，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面平行，2D显示屏用于显示集成成像3D片源，所述针孔反射镜阵列由镜面反射区和透射孔组成，其中镜面反射区具有光线反射作用，对外界真实物体的光线进行反射，并在所述针孔反射镜阵列后方对真实物体成像，透射孔等间距周期性排列，透射孔形状可以是圆形、方型、多边形等，透射孔对2D显示屏上显示的集成成像3D片源发出的光线透射，同名点的光线将在空中相交或同名点光线的延长线相交，重构出虚拟3D图像，相邻同名点之间的间距为△x，相邻透射孔中心间距为p，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面间距为g，虚拟3D像点的深度d由公式（1）计算得出，当△x＞p时，d＞0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列前方，当△x＜p时，d＜0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列后方。

优选地，透射孔占整个针孔反射镜阵列面积的比例应小于10%，以避免相邻透射孔光线的串扰。

本发明方法能同时对真实物体成像和重构出虚拟3D图像，如附图4所示，实现了增强现实的3D显示功能。

附图说明

附图1为本发明的针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置示意图。

附图2为本发明的针孔反射镜阵列结构示意图。

附图3为同名点重构虚拟3D图像示意图。

附图4为本发明的增强现实3D显示效果示意图。

上述附图中的图示标号为：

1 2D显示屏，2针孔反射镜阵列，3 镜面反射区，4透射孔，5 同名点，6像素光线，7像素光线的反向延长线，8虚拟3D图像，9虚拟3D像点，10真实3D物体，11真实3D物体的像。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面详细说明本发明的针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置及方法的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置，如附图1所示，该装置包括2D显示屏和针孔反射镜阵列，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面平行。

所述2D显示屏用于显示集成成像3D片源，集成成像3D片源发出的光线通过所述针孔反射镜阵列，重构出虚拟3D图像。

所述针孔反射镜阵列，如附图2所示，由镜面反射区和透射孔组成，其中镜面反射区具有光线反射作用，透射孔具有光线透射作用，透射孔等间距周期性排列，透射孔形状可以是圆形、方型、多边形等，在本实施例中，透射孔为圆形。

所述镜面反射区对外界真实物体的光线进行反射，并在所述针孔反射镜阵列后方对真实物体成像。

所述透射孔，对2D显示屏上显示的集成成像3D片源发出的光线透射，同名点的光线将在空中相交或同名点光线的延长线相交，重构出虚拟3D图像。

例如，相邻同名点之间的间距为△x=8.5mm，相邻透射孔中心间距为p=10mm，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面间距为g=7mm，虚拟3D像点的深度d由公式(1)计算得出，d=-46.67mm，该3D像点位于针孔反射镜阵列后方。

本发明装置能同时对真实物体成像和重构出虚拟3D图像，如附图4所示，实现了增强现实的3D显示功能。

针孔反射镜阵列集成成像增强现实方法，包括2D显示屏和针孔反射镜阵列，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面平行，2D显示屏用于显示集成成像3D片源，所述针孔反射镜阵列由镜面反射区和透射孔组成，其中镜面反射区具有光线反射作用，对外界真实物体的光线进行反射，并在所述针孔反射镜阵列后方对真实物体成像，透射孔等间距周期性排列，透射孔形状可以是圆形、方型、多边形等，在本实施例中，透射孔为圆形，透射孔对2D显示屏上显示的集成成像3D片源发出的光线透射，同名点的光线将在空中相交或同名点光线的延长线相交，重构出虚拟3D图像，相邻同名点之间的间距为△x，相邻透射孔中心间距为p，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面间距为g，虚拟3D像点的深度d由公式（1）计算得出，当△x＞p时，d＞0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列前方，当△x＜p时，d＜0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列后方。

本实施例中，为避免相邻透射孔光线的串扰，透射孔占整个针孔反射镜阵列面积的比例为5%。

本发明方法能同时对真实物体成像和重构出虚拟3D图像，如附图4所示，实现了增强现实的3D显示功能。

Claims (4)

1.针孔反射镜阵列集成成像增强现实装置，其特征在于，包括2D显示屏和针孔反射镜阵列，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面平行；所述2D显示屏用于显示集成成像3D片源，集成成像3D片源发出的光线通过所述针孔反射镜阵列，重构出虚拟3D图像；所述针孔反射镜阵列，由镜面反射区和透射孔组成，其中镜面反射区具有光线反射作用，透射孔具有光线透射作用，透射孔等间距周期性排列，透射孔形状为圆形、方型或多边形，透射孔占整个针孔反射镜阵列面积的比例应小于10%，以避免相邻透射孔光线的串扰；所述镜面反射区对外界真实物体的光线进行反射，在所述针孔反射镜阵列后方对真实物体成像；所述透射孔，对2D显示屏上显示的集成成像3D片源发出的光线透射，同名点的光线将在空中相交或同名点光线的延长线相交，重构出虚拟3D图像；相邻同名点之间的间距为△x，相邻透射孔中心间距为p，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面间距为g，虚拟3D像点的深度为，实现了增强现实的3D显示功能；当△x＞p时，d＞0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列前方，当△x＜p时，d＜0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列后方。

2.针孔反射镜阵列集成成像增强现实方法，其特征在于，包括2D显示屏和针孔反射镜阵列，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面平行，2D显示屏用于显示集成成像3D片源，所述针孔反射镜阵列由镜面反射区和透射孔组成，其中镜面反射区具有光线反射作用，对外界真实物体的光线进行反射，并在所述针孔反射镜阵列后方对真实物体成像，透射孔等间距周期性排列，透射孔形状为圆形、方型或多边形，透射孔对2D显示屏上显示的集成成像3D片源发出的光线透射，同名点的光线将在空中相交或同名点光线的延长线相交，重构出虚拟3D图像，相邻同名点之间的间距为△x，相邻透射孔中心间距为p，2D显示屏平面与针孔反射镜阵列平面间距为g，虚拟3D像点的深度d由公式计算得出，实现了增强现实的3D显示功能。

3.根据权利要求2所述的针孔反射镜阵列集成成像增强现实方法，其特征在于，当△x＞p时，d＞0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列前方，当△x＜p时，d＜0，虚拟3D像点位于针孔反射镜阵列后方。

4.根据权利要求2所述的针孔反射镜阵列集成成像增强现实方法，其特征在于，透射孔占整个针孔反射镜阵列面积的比例应小于10%，以避免相邻透射孔光线的串扰。