本申請(qǐng)涉及光場(chǎng)顯示，具體涉及一種用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)和亮度調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、物理世界中，人的視覺感知是三維的，然而傳統(tǒng)顯示技術(shù)提供的圖像只有兩個(gè)維度，不能完全調(diào)動(dòng)人眼的立體視覺特性。立體顯示技術(shù)能夠提供物體遠(yuǎn)近和空間位置等深度信息，還原的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景更加真實(shí)，從而給人以更好的視覺體驗(yàn)。其中，光場(chǎng)顯示技術(shù)由于具有顯示畫面深度廣、視點(diǎn)連續(xù)、立體感良好等優(yōu)勢(shì)成為下一代立體顯示技術(shù)的焦點(diǎn)。

2、光場(chǎng)顯示從全光函數(shù)的角度再現(xiàn)光，通過(guò)重建物體發(fā)出的光線在空間中的完整分布，實(shí)現(xiàn)無(wú)需輔助設(shè)備的裸眼三維視覺效果。該技術(shù)的核心在于精確控制光線的方向與強(qiáng)度，以重建真實(shí)的三維光場(chǎng)信息。

3、由于需要同時(shí)記錄空間和角度信息，光場(chǎng)顯示對(duì)像素密度的要求遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)二維顯示。傳統(tǒng)顯示屏受限于單屏物理像素密度，難以滿足光場(chǎng)顯示對(duì)高像素?cái)?shù)的要求。通常使用多屏拼接的方法實(shí)現(xiàn)高分辨率，但拼接時(shí)相鄰顯示單元間的黑邊框會(huì)導(dǎo)致像素連續(xù)性中斷，形成視覺斷層，嚴(yán)重影響光場(chǎng)重建的視差連續(xù)性。同時(shí)，光場(chǎng)顯示對(duì)光強(qiáng)分布的均勻性要求極為嚴(yán)格。拼接引起的顯示子區(qū)域亮度差異，特別是相鄰區(qū)域間光耦合效應(yīng)引發(fā)的亮度梯度突變，會(huì)導(dǎo)致重建光束的相位一致性破壞，影響光場(chǎng)顯示的立體視覺效果。

4、針對(duì)高分辨率光場(chǎng)顯示領(lǐng)域目前存在的問(wèn)題，亟需一種能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度均勻性的無(wú)縫拼接系統(tǒng)，以滿足光場(chǎng)顯示對(duì)視覺質(zhì)量與系統(tǒng)性能的嚴(yán)苛要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)針對(duì)高分辨率光場(chǎng)顯示領(lǐng)域目前存在的問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)和亮度調(diào)節(jié)方法，目的是通過(guò)模塊化拼接架構(gòu)實(shí)現(xiàn)超高分辨率的同時(shí)保證顯示的像素連續(xù)性和亮度均勻性，提供畫面質(zhì)量更高，立體感更好的光場(chǎng)顯示效果。

2、根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)，包括：發(fā)光單元，用于產(chǎn)生多個(gè)指標(biāo)可調(diào)控的入射光線，其中，多個(gè)指標(biāo)包括亮度、功耗和/或發(fā)散角；調(diào)光單元，用于對(duì)所述入射光線進(jìn)行調(diào)控，得到高亮度均勻性的矩形光場(chǎng)；顯示拼接單元，用于對(duì)所述矩形光場(chǎng)進(jìn)行光學(xué)擴(kuò)展，得到視差連續(xù)的顯示平面，顯示平面用于展示媒體內(nèi)容，媒體內(nèi)容是通過(guò)顯示拼接單元內(nèi)的顯示屏輸入的光場(chǎng)顯示信號(hào)。

3、進(jìn)一步地，所述發(fā)光單元包括陣列光源和驅(qū)動(dòng)模塊；所述陣列光源用于通過(guò)緊密排列發(fā)光源，得到n根光線，其中，n≥107；所述驅(qū)動(dòng)模塊用于實(shí)現(xiàn)輸出電流和電壓的匹配控制，保證所述陣列光源具有穩(wěn)定的亮度。

4、優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)模塊是恒流驅(qū)動(dòng)，并提供過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和錯(cuò)誤檢測(cè)功能。

5、進(jìn)一步地，所述調(diào)光單元包括消光模塊和動(dòng)態(tài)均光模塊；所述消光模塊用于產(chǎn)生預(yù)設(shè)尺寸的光場(chǎng)區(qū)域，預(yù)設(shè)尺寸是常規(guī)顯示屏面積大小，通過(guò)多級(jí)楔形結(jié)構(gòu)消除雜散光，降低串?dāng)_，其中，所述預(yù)設(shè)尺寸＝a≥6.1英寸；所述動(dòng)態(tài)均光模塊實(shí)時(shí)采集亮度數(shù)據(jù)，用于調(diào)控所述光場(chǎng)區(qū)域的亮度均勻性。

6、進(jìn)一步地，所述動(dòng)態(tài)均光模塊包括亮度傳感電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、微控制器、復(fù)位電路和亮度調(diào)控模塊；所述亮度傳感電路實(shí)時(shí)采集亮度數(shù)據(jù)并回傳所述控制器；所述電壓轉(zhuǎn)換電路為各電路模塊提供穩(wěn)定的電壓；所述微控制器用于接收所述亮度數(shù)據(jù)，產(chǎn)生調(diào)光控制信號(hào)；所述復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)所述動(dòng)態(tài)均光模塊的復(fù)位；所述亮度調(diào)控模塊用于接收調(diào)光控制信號(hào)，通過(guò)改變光源強(qiáng)度和透光率實(shí)現(xiàn)高亮度均勻性。

7、進(jìn)一步地，所述亮度調(diào)控模塊包括光源驅(qū)動(dòng)電路和透光率調(diào)節(jié)電路；所述調(diào)光控制信號(hào)包括光源調(diào)節(jié)子信號(hào)和透光率調(diào)節(jié)子信號(hào)；所述光源驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述光源調(diào)節(jié)子信號(hào)控制所述發(fā)光單元的驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)低照度區(qū)域進(jìn)行亮度補(bǔ)償；所述透光率調(diào)節(jié)電路根據(jù)所述透光率調(diào)節(jié)子信號(hào)改變所述光場(chǎng)區(qū)域的光線強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)像素級(jí)亮度均勻性調(diào)控。

8、進(jìn)一步地，所述顯示拼接單元包括聚光透鏡、顯示屏和菲涅爾透鏡；所述聚光透鏡設(shè)置于所述發(fā)光單元的前端，用于聚焦所述矩形光場(chǎng)中各個(gè)像素的光線，調(diào)整發(fā)散角實(shí)現(xiàn)成像面軸向位移；所述顯示屏設(shè)置在所述聚光透鏡的前端，具有高分辨率和窄物理邊框，通過(guò)像素矩陣的光學(xué)擴(kuò)展消除物理拼縫；所述菲涅爾透鏡通過(guò)預(yù)設(shè)距離設(shè)置在所述顯示屏的前端，用于偏折光線為平行光，形成均勻的準(zhǔn)直背光。

9、

10、其中，x為所述發(fā)光單元至顯示屏的距離，aall為光學(xué)擴(kuò)展后的顯示區(qū)域面積，aall為光學(xué)擴(kuò)展后的顯示區(qū)域長(zhǎng)度，ball為光學(xué)擴(kuò)展后的顯示區(qū)域?qū)挾?，aactive為顯示屏有效顯示區(qū)域面積，aactive為顯示屏有效顯示區(qū)域長(zhǎng)度，bactive為顯示屏有效顯示區(qū)域?qū)挾取?/p>

11、根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N光場(chǎng)顯示的亮度調(diào)節(jié)方法，應(yīng)用于所述的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)，包括：

12、獲取發(fā)光單元所產(chǎn)生的亮度數(shù)據(jù)或顯示平面所產(chǎn)生的亮度數(shù)據(jù)；對(duì)所述亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出亮度均勻性；對(duì)所述亮度均勻性進(jìn)行數(shù)值判斷，當(dāng)亮度均勻性小于最小設(shè)定閾值，對(duì)低照度區(qū)域進(jìn)行亮度補(bǔ)償；當(dāng)亮度均勻性大于最小設(shè)定閾值且小于設(shè)定目標(biāo)值，通過(guò)改變透光率進(jìn)行像素級(jí)亮度均勻性調(diào)控；當(dāng)亮度均勻性達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值，降低亮度刷新的控制頻率；以及通過(guò)重復(fù)以上全部步驟，可以實(shí)現(xiàn)高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)亮度均勻性實(shí)時(shí)調(diào)控。

13、進(jìn)一步地，所述亮度均勻性的計(jì)算方法為：設(shè)高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)由n個(gè)單元拼接而成，通過(guò)所述亮度傳感電路獲得各區(qū)域的亮度矩陣l1,l2,l3……ln(其中，lm[i,j]＝li,j,m表示m單元i行j列像素亮度值，單個(gè)成像區(qū)域的分辨率為i×j)，所述亮度均勻性表示如下：

14、

15、其中，min(lm[i,j])為最低亮度值，max(lm[i,j])為最高亮度值。

16、進(jìn)一步地，所述光源驅(qū)動(dòng)電路對(duì)低照度區(qū)域進(jìn)行亮度補(bǔ)償，具體步驟為：選通最低亮度值min(lm[i,j])所在m單元的光源驅(qū)動(dòng)電路，提高對(duì)應(yīng)光源的驅(qū)動(dòng)電流δi，循環(huán)上述過(guò)程直至u>ut，其中,ut為最小設(shè)定閾值。

17、進(jìn)一步地，所述透光率調(diào)節(jié)電路改變透光率對(duì)高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)進(jìn)行像素級(jí)亮度均勻性調(diào)控，具體步驟為：設(shè)調(diào)光目標(biāo)值為最低亮度值ls＝min(lm[i,j])，所述顯示平面的任意像素點(diǎn)的亮度透光率表示如下：

18、

19、通過(guò)所述透光率調(diào)節(jié)電路在像素級(jí)別調(diào)控光線強(qiáng)度，循環(huán)刷新直至u>us，其中,us為設(shè)定目標(biāo)值。

20、有益效果是：

21、本申請(qǐng)?zhí)峁┝擞糜诠鈭?chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)和亮度調(diào)節(jié)方法，通過(guò)最小顯示單元模塊化拼接架構(gòu)有效突破傳統(tǒng)顯示屏像素密度局限，實(shí)現(xiàn)超高分辨率的顯示目的。利用陣列透鏡實(shí)現(xiàn)成像面軸向位移，通過(guò)像素矩陣的光學(xué)擴(kuò)展覆蓋相鄰顯示單元間隙，消除物理拼縫導(dǎo)致的視差斷層。同時(shí)，采用光源區(qū)域調(diào)光和像素級(jí)透光率調(diào)光提高系統(tǒng)亮度均勻性，消除暗斑和光耦合現(xiàn)象，呈現(xiàn)更逼真、沉浸式的光場(chǎng)顯示效果，是一種滿足光場(chǎng)顯示對(duì)視覺質(zhì)量與系統(tǒng)性能要求的方案。

技術(shù)特征：

1.一種用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)光單元包括陣列光源和驅(qū)動(dòng)模塊；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)光單元包括消光模塊和動(dòng)態(tài)均光模塊；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)均光模塊包括亮度傳感電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、微控制器、復(fù)位電路和亮度調(diào)控模塊；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述亮度調(diào)控模塊包括光源驅(qū)動(dòng)電路和透光率調(diào)節(jié)電路，所述調(diào)光控制信號(hào)包括光源調(diào)節(jié)子信號(hào)和透光率調(diào)節(jié)子信號(hào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示拼接單元包括聚光透鏡、顯示屏和菲涅爾透鏡；

7.一種光場(chǎng)顯示的亮度調(diào)節(jié)方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1～6中任一的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)，所述的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)包括發(fā)光單元、調(diào)光單元和顯示拼接單元，其特征在于，所述亮度調(diào)節(jié)方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光場(chǎng)顯示的亮度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述亮度均勻性的計(jì)算方法為：設(shè)高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)由n個(gè)單元拼接而成，獲得n個(gè)單元對(duì)應(yīng)的亮度矩陣l1,l2,l3……ln，其中，lm[i,j]＝li,j,m表示m單元i行j列像素亮度值，單個(gè)成像區(qū)域的分辨率為i×j，所述亮度均勻性表示為

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光場(chǎng)顯示的亮度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，對(duì)低照度區(qū)域進(jìn)行亮度補(bǔ)償，具體操作為：選通高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)最低亮度值min(lm[i,j])所在m單元，提高的所述發(fā)光單元的驅(qū)動(dòng)電流，直至u>ut，其中，ut為最小設(shè)定閾值。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光場(chǎng)顯示的亮度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，改變透光率對(duì)高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)進(jìn)行像素級(jí)亮度均勻性調(diào)控，具體操作為：設(shè)調(diào)光目標(biāo)值為最低亮度值ls＝min(lm[i,j])，所述顯示平面的任意像素點(diǎn)的亮度透光率表示為

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種用于光場(chǎng)顯示的高均勻無(wú)縫拼接系統(tǒng)和亮度調(diào)節(jié)方法，屬于光場(chǎng)顯示技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)使用最小顯示單元模塊化拼接架構(gòu)實(shí)現(xiàn)超高分辨率顯示，采用復(fù)合微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)成像面軸向位移，通過(guò)像素矩陣的光學(xué)擴(kuò)展覆蓋相鄰顯示單元間隙，消除物理拼縫導(dǎo)致的視差斷層。系統(tǒng)集成分布式動(dòng)態(tài)均光模塊，實(shí)時(shí)采集顯示區(qū)域亮度數(shù)據(jù)，通過(guò)陣列光源驅(qū)動(dòng)控制對(duì)低照度區(qū)域進(jìn)行亮度補(bǔ)償，改變透光率對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行像素級(jí)亮度均勻性調(diào)控。本方案有效解決了高分辨率光場(chǎng)重建中的像素連續(xù)性缺失和相鄰調(diào)光區(qū)域光耦合問(wèn)題。該系統(tǒng)廣泛適用于光場(chǎng)三維顯示，是一種提高三維顯示效果的方案。

技術(shù)研發(fā)人員：李希才,鄭燁煬,王元慶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8