全息投影设备.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910360409.7 (22)申请日 2019.04.30 (71)申请人 上海科技大学 地址 201210 上海市浦东新区华夏中路393 号 (72)发明人 虞晶怡张迎梁马文广 (74)专利代理机构 上海光华专利事务所(普通 合伙) 31219 代理人 高彦 (51)Int.Cl. G02B 30/60(2020.01) (54)发明名称 全息投影设备 (57)摘要 本申请的全息投影设备， 包括： 曲面投影单 元， 供设置于一显示装置的显示面， 用于接收携 带所述显示装。

2、置所显示图案的信息的光线， 以形 成对应所述显示图案的全息影像； 至少一图像采 集单元； 处理单元， 耦接所述图像采集单元及所 述显示装置， 用于识别并令所述图像采集单元追 踪所采集图像中所述全息影像的观察者的所在 位置， 且控制所述显示装置调整其显示图案， 以 向所述观察者的各所在位置的相应视角提供一 物体的三维模型在各该视角上的全息影像； 本申 请的设备通过侦测观察者所在位置以提供对应 视角的全息影像内容， 能实现观察者像观察实物 一样围绕三维模型进行观察的效果， 解决现有技 术的问题。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 111856776 A 2020.10.30 CN 111。

3、856776 A 1.一种全息投影设备， 其特征在于， 包括： 曲面投影单元， 供设置于一显示装置的显示面， 用于接收携带所述显示装置所显示图 案的信息的光线， 以形成对应所述显示图案的全息影像； 至少一图像采集单元； 处理单元， 耦接所述图像采集单元及所述显示装置， 用于识别并令所述图像采集单元 追踪所采集图像中所述全息影像的观察者的所在位置， 且控制所述显示装置调整其显示图 案， 以向所述观察者的各所在位置的相应视角提供一物体的三维模型在各该视角上的全息 影像。 2.根据权利要求1所述的全息投影设备， 其特征在于， 包括： 驱动单元， 用于驱动所述图 像采集单元运动； 所述处理单元， 耦接。

4、所述驱动单元， 用于控制所述驱动单元驱动该图像采集单元追踪 所述观察者所在位置。 3.根据权利要求1所述的全息投影设备， 其特征在于， 所述图像采集单元有多个； 所述 处理单元， 用于在各图像采集单元的组合视野内识别并追踪所述观察者所在位置。 4.根据权利要求1所述的全息投影设备， 其特征在于， 所述曲面投影单元为圆台、 圆锥 或圆柱形。 5.根据权利要求1所述的全息投影设备， 其特征在于， 所述曲面投影单元设有一固定 部， 供固定于所述显示面。 6.根据权利要求5所述的全息投影设备， 其特征在于， 所述固定部的固定方式包括： 吸 附或粘接。 7.根据权利要求1所述的全息投影设备， 其特征在于。

5、， 所述图像采集单元设于所述曲面 投影单元中。 8.根据权利要求1所述的全息投影设备， 其特征在于， 所述观察者所在位置是通过识别 图像中包含眼部的人体部分的相关特征的位置变化而得到的。 9.根据权利要求8所述的全息投影设备， 其特征在于， 所述包含眼部的人体部分包括： 脸部。 10.根据权利要求1所述的全息投影设备， 其特征在于， 所述显示装置包括： 便携式电子 终端的显示屏。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111856776 A 2 全息投影设备 技术领域 0001 本申请涉及图像显示技术领域， 特别是涉及全息投影设备。 背景技术 0002 随着三维重建技术的发展和普及， 物体数字化三。

6、维展示的方式也越来越多， 其中 运用较为广泛的三维展示方式为利用光的反射原理， 将图像投射在一块透明的全息板上的 全息投影技术， 该方法只需要透明玻璃和显示器， 所以成本低廉且实现简单， 是很多三维模 型展示的优选方案， 但是所谓的全息图像其实只是一个平面而并非立体， 应用中最常见的 四个面的全息柜也只是通过四块透明玻璃反射图像， 观察者不能围绕着三维模型360度全 方位观察。 发明内容 0003 鉴于以上所述现有技术的缺点， 本申请的目的在于提供全息投影设备， 实现令观 察者能围绕三维模型进行不同视角的观察， 解决现有技术的问题。 0004 为实现上述或其它目的， 本申请一种全息投影设备， 。

7、包括： 曲面投影单元， 供设置 于一显示装置的显示面， 用于接收携带所述显示装置所显示图案的信息的光线， 以形成对 应所述显示图案的全息影像； 至少一图像采集单元； 处理单元， 耦接所述图像采集单元及所 述显示装置， 用于识别并令所述图像采集单元追踪所采集图像中所述全息影像的观察者的 所在位置， 且控制所述显示装置调整其显示图案， 以向所述观察者的各所在位置的相应视 角提供一物体的三维模型在各该视角上的全息影像。 0005 于本申请的一实施例中， 所述的全息投影设备， 包括： 驱动单元， 用于驱动所述图 像采集单元运动； 所述处理单元， 耦接所述驱动单元， 用于控制所述驱动单元驱动该图像采 集。

8、单元追踪所述观察者所在位置。 0006 于本申请的一实施例中， 所述图像采集单元有多个； 所述处理单元， 用于在各图像 采集单元的组合视野内识别并追踪所述观察者所在位置。 0007 于本申请的一实施例中， 所述曲面投影单元为圆台、 圆锥或圆柱形。 0008 于本申请的一实施例中， 所述曲面投影单元设有一固定部， 供固定于所述显示面。 0009 于本申请的一实施例中， 所述固定部的固定方式包括： 吸附或粘接。 0010 于本申请的一实施例中， 所述图像采集单元设于所述曲面投影单元中。 0011 于本申请的一实施例中， 所述观察者所在位置是通过识别图像中包含眼部的人体 部分的相关特征的位置变化而得。

9、到的。 0012 于本申请的一实施例中， 所述包含眼部的人体部分包括： 脸部。 0013 于本申请的一实施例中， 所述显示装置包括： 便携式电子终端的显示屏。 0014 如上所述， 本申请的全息投影设备， 包括： 曲面投影单元， 供设置于一显示装置的 显示面， 用于接收携带所述显示装置所显示图案的信息的光线， 以形成对应所述显示图案 的全息影像； 至少一图像采集单元； 处理单元， 耦接所述图像采集单元及所述显示装置， 用 说明书 1/6 页 3 CN 111856776 A 3 于识别并令所述图像采集单元追踪所采集图像中所述全息影像的观察者的所在位置， 且控 制所述显示装置调整其显示图案， 以。

10、向所述观察者的各所在位置的相应视角提供一物体的 三维模型在各该视角上的全息影像； 本申请的设备通过侦测观察者所在位置以提供对应视 角的全息影像内容， 能实现观察者像观察实物一样围绕三维模型进行观察的效果， 解决现 有技术的问题。 附图说明 0015 图1显示为本申请实施例中全息投影设备的结构示意图。 0016 图2显示为本申请实施例中全息投影设备的内部结构示意图。 0017 图3显示为本申请实施例中全息投影设备的部分部件的放大示意图。 0018 图4显示为本申请实施例中全息投影设备的电路连接结构示意图。 0019 图5显示为本申请实施例中处理单元的电路结构示意图。 具体实施方式 0020 以下。

11、通过特定的具体实例说明本申请的实施方式， 本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。 本申请还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用， 本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用， 在没有背离 本申请的精神下进行各种修饰或改变。 需说明的是， 在不冲突的情况下， 以下实施例及实施 例中的特征可以相互组合。 0021 需要说明的是， 以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构 想， 遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、 形状及尺寸 绘制， 其实际实施时各组件的型态、 数量及比例可为一种随意的改变， 且其组件布局型态。

12、也 可能更为复杂。 0022 在现有技术中， 全息柜是采用全息金字塔的结构来实现全息成像。 具体来讲， 全息 金字塔就是通过多片透明材料进行拼接以形成中心对称的金字塔形的棱锥体结构， 根据其 可透视的面的侧面数量分为180 、 270 、 或360 的全息视角。 0023 在一些具体实施方式中， 棱锥体结构的全息金字塔也可以通过曲面结构进行替 代， 例如圆锥形、 圆台形或圆柱形等曲面的透明材质的结构， 但是在成像方式上与全息金字 塔会有区别。 0024 具体来讲， 可以将一个透明圆锥曲面倒置于亮度足够的显示器上， 然后把观察者 眼睛位置的点和通过圆锥曲面反射在显示器上的点一一对应， 找到对应关。

13、系后将要显示的 单张图片按照对应关系逆向处理成对应的畸变图， 将畸变图在所述显示器上显示， 其通过 圆锥曲面反射后呈现在观察者眼中的画面即是正常的图像； 且由于是通过圆锥曲面反射， 曲面上各个点离观察者眼睛的距离不全相同， 所以给观察者一种三维立体的感觉。 该方法 硬件设备简单， 实现成本较低， 且相对于传统全息柜而言能够给观察者带来更好的观看体 验。 0025 然而， 此设计仍有不足之处， 只能让观察者正对着有畸变图的位置， 观察者移动时 需要手动转动显示器使畸变图一直对着观察者才能观察到成像。 且由于显示器一次只能显 示一张畸变图来通过透明圆锥曲面反射， 所以观察者仍然不能够像围绕着一个实。

14、物进行观 说明书 2/6 页 4 CN 111856776 A 4 察一般： 3D模型不动， 而观察者可以绕着模型走动观察， 且能获得同一实物的3D模型在不同 视角的影像。 0026 鉴于曲面投影的方案的优点， 那么只要能解决如何跟随观察者进行对应成像的问 题即可达成模仿实物观察的观看效果。 0027 本申请的技术方案是基于此发明思想进行设计， 从而提供相应的全息投影设备。 0028 请一并参阅图1及图2。 如图1所示， 展示实施例中所述全息投影设备的结构示意 图； 如图2所示， 展示实施例中全息投影设备的内部结构示意图。 0029 所述全息投影设备包括： 曲面投影单元2、 至少一图像采集单元。

15、5、 及处理单元6。 0030 所述曲面投影单元2， 供设置于一显示装置1的显示面， 用于接收携带所述显示装 置1所显示图案3的信息的光线， 以形成对应所述显示图案3的全息影像。 0031 在一实施例中， 所述曲面投影单元2可以是如图示的圆锥形的曲面结构， 例如圆锥 顶角为45度等； 当然， 所述曲面投影单元2也可以是圆台形或圆柱形， 并非以圆锥形为限。 0032 所述曲面投影单元2为透明材质， 例如玻璃、 亚克力等， 也可以是可卷曲的透明材 质等， 如PVC塑料； 而所述曲面投影单元2内部形成成像空间， 观察者4可透视成像空间中的 全息影像。 0033 在一实施例中， 所述显示装置1可以是显。

16、示屏， 而任何携带显示屏的电子终端均可 以应用于本实施例中， 例如大型、 中型、 小型的LED、 OLED、 LCD等类型的显示屏， 所述显示面 即为其出光面。 0034 可选的， 所述显示装置1可以是便携式的电子终端的显示屏， 所述便携式的电子终 端例如为智能手机、 平板电脑、 笔记本电脑等， 便于携带而利于在各种场景下进行全息影像 的显示。 0035 其中， 所述显示装置1的显示面上显示畸形图， 显示装置1的出光携带该畸形图的 信息(如颜色、 相位等)到达该曲面投影单元2， 从而转化为正常的全息影像显示， 其成像原 理为现有技术， 因此此处不作展开赘述。 0036 请一并参阅图2所示， 所。

17、述图像采集单元5例如为摄像机、 摄像头等， 用于采集图 像。 0037 其中， 为了实现观察者4的跟随， 则需要通过该图像采集单元5先采集包含观察者4 眼部的图像， 进而才能识别并跟踪观察者4的位置。 0038 可选的， 在本实施例中， 所述图像采集单元5设于所述曲面投影单元2内， 一方面利 于集成在同一装置； 另一方面， 由于观察者4的观察实现必然落在曲面投影单元2上， 则设于 曲面投影单元2内的图像采集单元5更利于采集到包含观察者4眼部的图像。 0039 可选的， 所述图像采集单元5优选为鱼眼相机， 可以拍摄更广的角度范围。 0040 在本实施例中， 如图2及图3所示， 所述图像采集单元5。

18、是可运动地设置的， 所述运 动包括转动。 0041 具体的， 所述图像采集单元5设于一位于曲面投影单元2内的可转动的旋转台7上， 该旋转台7可通过驱动单元8驱动以带动所述图像采集单元5旋转。 0042 可选的， 所述驱动单元8可以是电机， 优选为步进电机， 可以精确的控制旋转台7的 旋转角度； 进一步可选的， 驱动单元8可选用扭矩适中且体积较小的电机， 较小的体积可以 隐藏于曲面投影单元2中， 不影响投影展示效果。 说明书 3/6 页 5 CN 111856776 A 5 0043 相应可选的， 所述图像采集单元5还可以在达到观察者4追踪目的的基础上选取广 角相机， 这样对所述驱动单元8的驱动。

19、精度的要求无需很高。 0044 在本实施例中， 所述处理单元6呈现为一电路模块， 安装于所述旋转台7上， 但是此 仅为一种例示， 该处理单元6可以设于任意位置， 并非以本实施例的结构为限。 0045 如图4所示， 展示本申请实施例中电路连接结构示意图。 0046 所述处理单元6， 耦接所述图像采集单元5、 驱动单元8及显示装置1， 用于识别并令 所述图像采集单元5追踪所采集图像中所述全息影像的观察者4的所在位置(优选为眼部， 也可以是其它部位)， 且控制所述显示装置1调整其显示图案3， 以向所述观察者4的各所在 位置的相应视角提供一物体的三维模型在各该视角上的全息影像。 0047 在一实施例中。

20、， 通过识别图像采集单元5所采集的图像中包含观察者4特征的图像 来识别其所在位置， 可选的， 所述图像包含的是观察者4的眼部图像， 例如人脸图像等。 0048 所述处理单元6接收并识别图像采集单元5传来的图像， 通过例如人脸识别、 人眼 识别等基于人体生物特征识别的图像识别技术， 从而获得观察者4所在位置； 处理单元6通 过在一图像序列中连续的若干帧图像中识别的同一观察者4的位置变化能得到其移动轨 迹， 处理单元6可以控制该驱动单元8驱动所述旋转台7随之转动， 即实现对观察者4的跟踪。 0049 并且， 处理单元6发送显示指令至所述显示装置1， 令其调整显示图案3的内容及位 置， 即跟随观察者。

21、4所在位置， 调整所显示畸形图的位置及内容， 然后在观察者4所到达的各 个位置均提供在该位置对应视角所应观察到的同一物体的三维模型的观察内容。 0050 举例来说， 当识别出观察者4在第一位置时， 显示三维模型正面的全息影像， 当观 察者4绕三维模型运动时， 在每个观察者4所达到位置的对应视角提供相应的该三维模型的 侧面的不同视角的全息影像， 而当观察者4到达与第一位置相对的第二位置时， 提供给该观 察者4所述三维模型背面的全息影像， 如此， 即实现了令观察者能绕一三维模型进行观察的 效果。 0051 可选的， 为令所述全息投影设备能固定设于所述显示装置1的显示面， 所述曲面投 影单元2还包含。

22、一底座9， 其可作为一固定部固定在显示面， 所述固定方式包括但不限于吸 附或粘接； 当然， 所述底座9也可以不进行固定。 0052 在一些实施例中， 在不采用底座9固定在显示面的方案的情况下， 所述底座9的质 量可相对整个曲面投影单元2来讲较大， 使得整个曲面投影单元2的重心降低， 有助于设备 的稳定性。 并且， 在不采用底座9固定在显示面的方案的情况下， 所述旋转台7和底座9可以 由3D打印机打印而成， 材料可以是塑料， 例如ABS塑料等。 0053 需特别说明的是， 虽然在上述实施例中， 图像采集单元5可以只设置一个， 通过驱 动其运动的方式来追踪观察者4所在位置， 但是， 在其它实施例中。

23、， 所述图像采集单元5也可 以设置多个， 它们的组合视角用于进行观察者4所在位置的追踪， 那么在这样的实施例下， 就不需要图像采集单元5进行运动了， 也就可以省去上述实施例中的驱动单元8和旋转台7。 0054 举例来说， 假设图像采集单元5有A、 B、 C三个， 每个都如图3中图像采集单元5横向 设置且朝向不同方位， 如果A、 B、 C是均匀设置， 那么只要它们的视角在120度以上就能覆盖 360度的组合视野， 相较于单个图像采集单元5运动来跟踪观察者4的方式来讲， 多个图像采 集单元5的方案可能在全息影像随观察者4变化的实时性方面效果更佳。 0055 在实际应用中， 可以根据实际效果及实现成。

24、本的考量来选择采用多个图像采集单 说明书 4/6 页 6 CN 111856776 A 6 元5的方案， 或单个图像采集单元5结合驱动运动的方案。 0056 在一些示例中， 所述处理单元6可以通过硬件电路、 或硬件电路运行软件程序实 现。 0057 如图5所示， 展示本申请实施例中处理单元1000的结构示意图。 0058 所述处理单元1000包括： 通信器1001、 存储器1002、 及处理器1003。 0059 需特别说明的是， 所述通信器1001并非限定为必须是一个电路部件， 其也可以是 多个相互连接或独立的电路部件的统称。 0060 以图14实施例中的处理单元为例， 则所述通信器1001。

25、， 包括： 与所述图像采集单 元通信的第一接口电路、 与所述驱动单元通信的第二接口电路、 及与所述显示装置通信的 第三接口电路。 0061 在一些实施例中， 所述第一接口电路可以是USB、 IEEE1394等接口电路； 所述第二 接口电路可以是I2C总线接口等； 所述第三接口电路根据显示装置的类型不同而变化， 例如 能与对应智能手机、 平板电脑上的Micro USB、 Lightning Dock、 TYPE C等有线接口电路连 接的USB接口等， 也可以是如WiFi、 2G/3G/4G/5G、 蓝牙等无线接口电路。 0062 若以多个图像采集单元实现跟踪的实施例为例， 则可省略所述第二接口电。

26、路。 0063 所述存储器1002， 用于存储计算机指令。 0064 在一些实施例中， 所述存储器1002可能包括但不限于高速随机存取存储器、 非易 失性存储器。 例如一个或多个磁盘存储设备、 闪存设备或其他非易失性固态存储设备。 0065 所述处理器1003， 耦接所述通信器1001及存储器1002， 用于运行所述计算机指令 以实现前述实施例中的功能， 例如： 0066 所述处理单元接收并识别图像采集单元传来的图像， 通过例如人脸识别、 人眼识 别等基于人体生物特征识别的图像识别技术， 从而获得观察者所在位置； 处理单元通过在 一图像序列中连续的若干帧图像中识别的同一观察者的位置变化能得到其。

27、移动轨迹， 处理 单元可以控制该驱动单元驱动所述旋转台随之转动， 即实现对观察者的跟踪。 0067 并且， 处理单元发送显示指令至所述显示装置， 令其调整显示图案的内容及位置， 即跟随观察者所在位置， 调整所显示畸形图的位置及内容， 然后在观察者所到达的各个位 置均提供在该位置对应视角所应观察到的同一物体的三维模型的观察内容。 0068 在一些实施例中， 所述处理器1003可以是通用处理器， 包括一或多个中央处理器 (Central Processing Unit， 简称CPU)、 网络处理器(Network Processor， 简称NP)等； 还可 以是数字信号处理器(Digital Si。

28、gnal Processing， 简称DSP)、 专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit， 简称ASIC)、 现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array， 简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、 分立门或者晶体管逻辑 器件、 分立硬件组件。 0069 另外， 用于运行以实现上述处理单元功能的各种计算机指令可以装载在计算机可 读存储介质中， 所述计算机可读存储介质可包括， 但不限于， 软盘、 光盘、 CD-ROM(紧致盘-只 读存储器)、 磁光盘、 ROM(只读存储器)、 RAM(随机存取存储器)、 EPR。

29、OM(可擦除可编程只读存 储器)、 EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、 磁卡或光卡、 闪存、 或适于存储机器可执行指 令的其他类型的介质/机器可读介质。 所述计算机可读存储介质可以是未接入计算机设备 的产品， 也可以是已接入计算机设备使用的部件。 说明书 5/6 页 7 CN 111856776 A 7 0070 在具体实现上， 所述计算机指令为执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例 程、 程序、 对象、 组件、 数据结构等等。 0071 也可以在分布式计算环境中实践本申请， 在这些分布式计算环境中， 由通过通信 网络而被连接的远程处理设备来执行任务。 在分布式计算环境中， 计算机指令。

30、可以位于包 括存储设备在内的本地和/或远程计算机存储介质中。 0072 另外， 上述实施例中所提及的 “耦接” ， 表示存在能供能量从一个介质传播到另一 种介质的渠道， 主要指的是电信号的转换， 可以是有线和/或无线的通信连接， 可以是间接 和/或直接的通信连接。 0073 综上所述， 本申请的全息投影设备， 包括： 曲面投影单元， 供设置于一显示装置的 显示面， 用于接收携带所述显示装置所显示图案的信息的光线， 以形成对应所述显示图案 的全息影像； 至少一图像采集单元； 处理单元， 耦接所述图像采集单元及所述显示装置， 用 于识别并令所述图像采集单元追踪所采集图像中所述全息影像的观察者的所在。

31、位置， 且控 制所述显示装置调整其显示图案， 以向所述观察者的各所在位置的相应视角提供一物体的 三维模型在各该视角上的全息影像； 本申请的设备通过侦测观察者所在位置以提供对应视 角的全息影像内容， 能实现观察者像观察实物一样围绕三维模型进行观察的效果， 解决现 有技术的问题。 0074 本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。 0075 上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效， 而非用于限制本申请。 任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下， 对上述实施例进行修饰或改变。 因 此， 举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变， 仍应由本申请的权利要求所涵盖。 说明书 6/6 页 8 CN 111856776 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 111856776 A 9 图3 图4 说明书附图 2/3 页 10 CN 111856776 A 10 图5 说明书附图 3/3 页 11 CN 111856776 A 11 。