集成成像3D顯示專利技術(shù)綜述

王啟蒙

摘 要：文章進(jìn)行了集成成像3D顯示領(lǐng)域的專利分析。通過國內(nèi)外專利申請量年度分布分析、申請人分析、技術(shù)分支分解等，對集成成像3D顯示領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理。

關(guān)鍵詞：集成成像；3D顯示；專利分析

中圖分類號：TN27 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0009-02

Abstract： The patent analysis in the field of 3D integrated imaging display is presented in this paper. Through the analysis of the annual distribution of patent applications at home and abroad， the analysis of applicants， the decomposition of technical branches and so on， the development status of integrated imaging 3D display field is reviewed.

Keywords： integrated imaging； 3D display； patent analysis

1 集成成像原理介紹

集成成像3D顯示，具有無立體觀看視疲勞等顯著優(yōu)點，是一種真3D顯示。較之全息3D顯示，它具有相對較小的數(shù)據(jù)量、無需相干光源并且無苛刻的環(huán)境要求等優(yōu)點，已成為目前國際上的前沿3D顯示方式之一，也是最有希望實現(xiàn)3D電視的一種裸視真3D顯示方式[1]。

集成成像技術(shù)是利用微透鏡陣列對物空問場景進(jìn)行記錄，并再現(xiàn)出空間場景3D圖像的技術(shù)，它源于1908年諾貝爾獎獲得者Lippmann提出的集成攝影術(shù)（integral photography，IP）。目前，它已取得了很大的進(jìn)步，采用它不僅可以顯示靜態(tài)圖像，而且還可進(jìn)行動態(tài)圖像的實時記錄與顯示，因此，集成成像技術(shù)又被稱為集成視頻術(shù)（integral videography，IV）[2]。

2 發(fā)展?fàn)顩r分析

2.1 研究現(xiàn)狀

專利數(shù)據(jù)庫：CNABS（中文）；DWPI（英文）。

分類號：G02B 27/22·用于產(chǎn)生立體或其他三維效果的；G02B 27/24··只包含反射棱鏡及反射鏡的；G02B 27/26··包含偏振裝置的；H04N 13/00立體電視系統(tǒng)；其零部件；H04N 13/02·圖像信號發(fā)生器；H04N 13/04·圖像重現(xiàn)裝置；H04N 15/00立體彩色電視系統(tǒng)；其零部件關(guān)鍵詞：中文：集成s成像，視角，分辨率，深度，切換，轉(zhuǎn)換，變換等；英文：integr+ 5d imag+，resolut+，view angle，depth，switch+，convert+等。

在進(jìn)行初步檢索，以及篩選之后，共獲得中文專利文件167篇，英文專利文件874篇。對專利進(jìn)行初步瀏覽后，對集成成像3D顯示所涉及的技術(shù)分支進(jìn)行了分解，經(jīng)過人工篩選、標(biāo)引后得到最終要分析的專利數(shù)據(jù)樣本。

2.2 數(shù)據(jù)分析

截止2017年6月，經(jīng)檢索、篩選后最終確定的涉及裸眼3D中透鏡面板的全球?qū)＠灿?029篇，下面基于上述專利進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。

2.2.1 申請量年度分布

根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，雖然世界范圍內(nèi)，1995年左右即有關(guān)于集成成像立體顯示的專利申請，但前期的發(fā)展相對緩慢，直到2006年才開始緩慢增長，這可能是由于微透鏡陣列制作困難，數(shù)字信號處理器運算較慢以及數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、投影儀的分辨率較低等因素，集成成像發(fā)展緩慢。到了2012年之后開始爆發(fā)式增長，原因在于以上提到的阻礙因素已得到了充足的發(fā)展，另外，由于《阿凡達(dá)》等3D電影的上映，也帶來了集成成像3D顯示的研究熱潮[3]。在2015-2016年后數(shù)據(jù)的減少可能是由于專利公開的滯后導(dǎo)致大量專利申請未公開以及集成成像的經(jīng)濟(jì)效益還不明顯。

2.2.2 國家和地區(qū)專利申請分布

由圖1可以看出，世界范圍內(nèi)集成成像的專利申請主要集中在美國以及中日韓三國，其申請量占了全球總申請量的87%，其中，中國、日本、美國三國的申請量不相上下，這也一定程度表明中國在集成成像方面的研究不落后于美日韓等國。

2.2.3 全球申請人分析

研究了世界范圍內(nèi)申請量排名前20位的申請人。排名前20位的申請人大多為日韓重要的企業(yè)，如NIPPON HOSO KYOKAI KK（日本廣播協(xié)會）、SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD（三星公司）、SONY CORP（索尼公司）、LG DISPLAY CO LTD（LG公司）等，而中國的申請人，除了SHENZHEN CHINA STAR OPTOELECTRONICS TECH（深圳華星光電）在集成成像領(lǐng)域的申請量占有一定地位之外，其他的申請人主要集中在如UNIV SICHUAN（四川大學(xué)）、UNIV CHENGDU TECHNOLOGY（成都工業(yè)大學(xué)）等高校中，這也一定程度表明相較于國外，國內(nèi)的集成成像目前還主要集中在研究實驗階段，尚未發(fā)展到商業(yè)應(yīng)用階段。

2.2.4 技術(shù)分支及技術(shù)演進(jìn)分析

在裸眼三維立體顯示中，相比于全息成像、光柵成像，目前集成成像還具有幾大缺點，諸如分辨率較低、視角窄、圖像深度淺等[4]，這也導(dǎo)致集成成像在商業(yè)化的進(jìn)展中困難重重。因此，國內(nèi)外的企業(yè)、高校，針對該些缺點進(jìn)行了大量研究。以下針對世界范圍內(nèi)集成成像領(lǐng)域?qū)＠暾埶鉀Q的技術(shù)問題進(jìn)行分析。

有關(guān)提升分辨率的專利申請共有123件。在傳統(tǒng)的集成成像3D顯示方法中，3D圖像的分辨率依賴于透鏡元的節(jié)距，為了增大分辨率，需要減小透鏡元的節(jié)距。然而這會帶來顯示屏上像素數(shù)量的減少，這樣，來自透鏡元的可控光線數(shù)量就減少[5]。

有關(guān)擴(kuò)展圖像深度的專利申請共有102件。集成成像3D顯示系統(tǒng)都只有一個中心深度平面，只有在該中心深度平面附近較小的范圍內(nèi)，顯示的3D圖像才是清晰的。因此，3D圖像的深度被限制在該中心深度平面附近，故增強(qiáng)圖像深度范圍是當(dāng)前亟待解決的問題之一[6]。公開號為KR10-2014-0061092A的韓國專利利用電潤濕透鏡陣列來增加深度。該3D圖像顯示裝置利用一個顯示面板將具有不同深度的多個圖像顯示在不同的焦平面上并由此顯示3D圖像的深度。

有關(guān)實現(xiàn)集成成像2D/3D切換的專利申請共有72件。通過在中心深度平面上集成一個平面圖像的方法，2D圖像就能用傳統(tǒng)的集成成像法顯示。當(dāng)然，這樣的2D圖像的分辨率和觀看視角比常規(guī)的2D顯示器顯示的2D圖像差[7]。

有關(guān)擴(kuò)展觀看視角的專利申請共有55件。公開號為US2005/0180006A1的美國專利通過將顯示屏彎曲的方式，實現(xiàn)視角的增加，這也是其他顯示領(lǐng)域增加視角所常用的方法。公開號為KR10-2012-0090507A的韓國專利，通過將透鏡陣列平面分為第一透鏡陣列和第二透鏡陣列，將相鄰的第一透鏡陣列和第二透鏡陣列中透鏡的直徑設(shè)置為不同，從而增加視角。

3 結(jié)束語

本文基于裸眼3D中的集成成像3D顯示領(lǐng)域進(jìn)行了技術(shù)分解，并對該領(lǐng)域?qū)＠暾埩?、技術(shù)原創(chuàng)國、申請人等做了統(tǒng)計分析，對各技術(shù)分支的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了梳理并得到技術(shù)演進(jìn)圖，深入了解了現(xiàn)有技術(shù)和發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅文全.集成成像三維顯示的專利分析[J].計算機(jī)與信息技術(shù)，2016，212：79-85.

[2]王書路.基于人眼視覺特性的三維顯示研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué).

[3]吳海清，張建珍.電影的全球產(chǎn)業(yè)鏈與《阿凡達(dá)》[J].湖南商學(xué)院學(xué)報，2011，18（4）：110-115.

[4]王芳，等.基于人眼視覺的集成成像三維顯示分辨率的比較[J].物理學(xué)報，2012，61（8）.

[5]伍春鴻，等.集成圖像空間分辨率研究[J].光學(xué)學(xué)報，2013，33（12）.

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[7]王曉蕊，等.三維集成成像景深提高方法的研究[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2009，8.