CN100403806C - 三维图象显示装置 - Google Patents

Abstract

一种提供最佳三维图象的三维图象显示装置被揭示出来。这种装置包括一个显示面板，用于显示至少一个视差图象，以及一个由透明区域和可转变区域在水平方向交替排列而形成并且位于显示面板前面的掩模。

Description

三维图象显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，更具体地说，涉及一种三维显示装置。虽然本发明适用广泛，但特别地适用于提供一种具有高分辨率的优化图象。

背景技术

大范围的显示三维图象的显示装置用于更形象和更真实地表现图象。为使观赏者体验图象的三维效果，应使观赏者的每一个眼睛看到一个不同的图象。看到的图象通过左眼和右眼输入到使用者的大脑，然后在大脑中合成，从而被感知为一个三维图象。

为了制作一种显示三维图象的装置，需要一种对观赏者的左眼和右眼提供一个不同图象的装置。在装置中，有一种偏振显示装置，它采用一对三维(3D)眼镜来把图象分为一个左眼图象和一个右眼图象。然而，这种偏振显示装置的不便之处在于观赏者必须在观看显示的图象时戴上3D眼镜。

还有一种三维图象显示装置，它把一种平面显示装置，比如液晶显示装置和一个等离子显示装置，以及一种根据观赏者观看的不同角度把图象进行分割的装置结合了起来。

采用根据观赏者观看的不同角度把显示图象进行分割的装置，可以提出很多方法，比如，采用双面透镜镜片的透镜方法，采用狭缝阵列镜片的视差格栅方法，采用微透镜阵列镜片的积分摄影方法，以及应用干扰效应的全息摄影方法。上述每一个方法都具有自己的优点。

更具体地说，不同于其它显示只具有水平视差的三维图象的方法，积分摄影方法和全息摄影方法可以显示包括水平视差在内的所有方向的视差图象。因此，积分摄影方法和全息摄影方法是公认的像在实际空间见到的一样精确地显示三维图象的方法。然而，这种方法需要大量的数据需要处理，这种技术目前还没有实现。所以，人们认为使用积分摄影方法和全息摄影方法的完备的技术将来才能实现。

同时，采用双面透镜的透镜方法的三维图象是通过对每一方向都具有至少两个场景的视差图象进行周期性地采样和多路复用完成的。基于这一点，应该在每一个方向上使用尽可能多的视差图象以使观赏者三维地观赏到图象。然而，在通常使用的显示图象的二维平面显示装置中，所用的象素的数目是预定的和有限的。所以，当每个方向具有视差的图象的数目变大时，三维图象的分辨率就降低。因此，每个方向都具有视差的图象的数目的应根据平面显示装置的分辨率(即，象素的数目)确定。

为了解决现有技术的透镜方法的这种问题，有人对此提出了一种采用以预定角度倾斜的双面透镜的三维图象显示装置。倾斜的双面透镜可以降低水平分辨率的损失。然而，由于每个方向的视差图象按倾斜角进行分割，而不是沿水平方向精确分割，所以采用倾斜透镜镜头的装置的缺点在于观赏者为了能够观赏最佳三维图象必须倾斜他或她的头部。

发明内容

相应地，本发明的致力于一种三维图象显示装置，其充分地消除了相关技术的限制和缺点造成的一个或更多的问题。

本发明的一个目的是提供一种三维图象显示装置，其提供一种最佳三维图象并同时提供一种具有高分辨率的图象。

本发明的另外的优点、目的和特征将在后面的说明书中部分地予以阐述，部分地在那些具有本领域一般技术的人员对后文进行考察后将变得明显，或者通过对本发明的实践而得出。本发明的目的和其它优点可以通过在所写的说明书和权利要求书和附图中具体指出的结构而实现和获得。

为获得这些目的和其它优点并且根据本发明的目的，正如在此具体阐述和详细描述的，一种三维图象显示装置包括一个显示至少一个视差图象的显示面板，和一个由透明区域和可转变区域在水平方向交替排列而形成且在显示面板前面的掩模。

这里，掩模由液晶显示面板构成，更确切地说，液晶显示面板是由开成透明区域和可转变区域的液晶显示区段构成的。然而，掩模的透明区域在垂直方向上并不排列成一直线。此处，一个上透明区域的左侧与相邻的一个下透明区域的右侧成一直线，一个上透明区域的右侧与相邻的一个下透明区域的左侧成一直线。

这种三维图象显示装置还包括一个根据多个视差图象将部分和全部可转变区域中的一个转变成透明区域的控制装置。此处，控制装置在视差图象数目为1或0时将全部可转变区域转变成透明区域，而在视差图象数目小于预定数目时将一部分可转变区域转变成透明区域。另外，控制装置根据观赏者与掩模之间的距离来控制显示面板与掩模之间的距离。

在本发明的另一个方面，一个三维图象显示装置包括一个同时显示多个视差图象的显示面板，一个安设在显示面板前面的掩模，并有选择地使掩模的一部分变成透明，以及一个根据多个视差图象确定掩模透明区域和非透明区域的控制装置。

这里，控制装置在视差图象数目小的时候增加透明区域的数目和非透明区域的数目，在视差图象数目大的时候减少透明区域的数目和非透明区域的数目。并且，控制装置在视差图象数目小的时候减小非透明区域的大小，在视差图象数目大的时候增加非透明区域的大小。

而且，控制装置使透明区域和非透明区域在掩模内沿水平方向交替排列，且使透明区域不沿垂直方向排列成一直线。控制装置还检测无视差的视差图象部分，并使无视差的视差图象部分对应的掩模部分变成透明区域。

应该说明，本发明的前述一般描述和后续详细描述都是示范性和解释性的，其目的是提供所要求的本发明的更进一步的说明。

附图说明

附图提供本发明的一种更深入的理解，是本申请的整体的一部分，说明本发明的具体实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。图中；

图1为根据本发明的三维显示装置的略图；

图2为根据本发明的三维显示装置的框图；

图3为根据本发明的掩模示意图；

图4和图5为根据本发明显示三维图象的处理步骤；

图6为根据本发明显示三维图象的方法的流程图。

具体实施方式

现在详细举例说明本发明的优选实施例，其例子在附图中做了说明。只要可能，在整个图中相同或相似部分将采用相同的符号来标注。

图1和图2是根据本发明的三维图象显示装置示意图。如图1所示，三维图象显示装置包括一个具有以设定距离分隔排列的透明区域51和可转变区域52的掩模50，以便为观赏者100提供三维图象。掩模50放置在显示面板40前面并隔开设定的距离d。当观赏者100观赏图象时，观赏者右眼R和左眼L通过掩模50的透明区域51观赏感知从显示面板40上提供的图象。在这一点上，显示面板40的象素PR和PL分别显示相应于右眼R和左眼L的视差图象。透明区域51和可转变区域52沿水平方向交替排列，透明区域51沿垂直方向以移位方式(即非接合方式)排列。掩模50的透明区域51的长度Lt表示为 $\mathrm{Lt}=\frac{p(D-d)}{D}.$ 这里，p代表子象素的长度。具体地说，透明区域51的大小应该等于或小于象素大小p的1/3。掩模的可转变区域52的大小随着视差图象数目而改变。因此，掩模的可转变区域52的长度Lc表示成 $\mathrm{Lc}=\frac{(n-1)p(D-d)}{D},$ 可转变区域52的宽度与透明区域51的相同。这里，n代表视差图象的数目。

图3表示了由液晶显示(LCD)区段，包括透明区域51和可转变区域52组成的掩模50的例子。为显示八(8)个视差图象，LCD区段的大小应该等于八(8)个子象素的大小(即，总面积)。更具体地说，LCD区段的长度Ph和宽度Pv分别表示为 $\mathrm{Ph}=\frac{8p(D-d)}{D}$ 和 $\mathrm{Pv}=\frac{p(D-d)}{D}.$ 透明区域51沿水平方向(即，沿行)以设定距离分隔排列。另外，上透明区域51a和与之邻近的下透明区域51b并非沿水平方向排列成一直线。为提高图象的分辨率，与上透明区域51a邻接的下透明区域51b放置在上透明区域的右侧或左侧，以便形成一种非接合方式。比如，或者上透明区域51a的左侧和与之邻近的下透明区域51b的右侧成一直线，或者上透明区域51a的右侧和与之邻近的下透明区域51b的左侧成一直线。很明显，在本发明中上、下透明区域51a和51b的排列方式可以变化而不脱离本发明的精神或范围。

掩模40的另一个例子是，一个液晶显示(LCD)面板，其面积的一部分可以有选择地变成透明，其可以用于本发明。根据视差图象的数目，透明区域和非透明区域(或者不透明区域)的数目和大小被自动确定。

参见图2，本发明包括探测观赏者100位置以及掩模50与观赏者100之间距离D的传感器10。当传感器10探测到观赏者100的位置时，控制装置30根据掩模50和观赏者100之间的距离D来控制显示面板40和掩模50之间的距离d。

控制装置30还控制掩模50的透明区域51和可转变区域52。比如，当掩模50为LCD面板时，控制装置30控制透明区域51和可转变区域52的液晶，从而使光线有选择地穿过透明区域51和可转变区域52。更具体地说，控制装置30可以控制可转变区域52维持不透明状态，从而只允许光线通过透明区域51透射。相反，控制装置30也可以控制可转变区域52为透明，以使光线穿过透明和可转变区域51和52。另外，控制装置30还可以根据视差图象的数目控制掩模50的透明和可转变区域51和52的数目和大小。

现在详细讨论一种使用根据本发明的三维图象显示装置显示三维图象的方法。

提供给三维图象显示装置的视差图象是指通过拍摄以很短间隔侧向(即，向左和右侧)移动相机或者转动物体时的图象所产生的图象。

图4和图5表示了显示八(8)个视差图象的象素P的例子。每一个象素都由红(R)、绿(G)和蓝(B)色的子象素组成。根据本发明的原理，视差图象的数目可以增加或者减少。当视差图象的数目增加时，观赏者100能够在更宽的观赏位置和观赏角度范围内观赏和享受显示的图象。换句话说，比如，观赏者100可以沿与掩模50相同的水平线进行侧向移动但仍享受同质量的图片。但，在这种情况下，显示图象的分辨率会降低，从而降低图片质量。因此，确定视差图象数目时应该考虑观赏者100的观赏角度和图象的分辨率。

参见图6，当包括视频信号在内的视差图象数据输入到三维显示装置(S11)时，图象处理装置20将对视频信号进行采样和多重复用(S12)。然后，经过采样和多重复用的视频信号被转变成可显示的视频数据或视频帧。

传感器10探测观赏者100的位置，控制装置30根据观赏者100的位置控制显示面板40和掩模50间的距离d(S13)。比如，当观赏者100和掩模50间的距离D增大时，显示面板40和掩模50间的距离d也应该增大。相反地，当观赏者100和掩模50间的距离D变小时，显示面板40和掩模50间的距离d也应该变小。

再者，控制装置30验证视差图象的数目，然后根据视差图象的数目，或者把部分透明区域51转变成不透明区域，或者把部分可转变区域52变成透明区域。比如，当视差图象的数目小于一个预定数目时，控制装置30就把一部分可转变区域52转变成透明区域，从而增加允许光线穿过的透明区域的数目并减少不透明区域的数目。相反地，当视差图象的数目大于预定的数目时，控制装置30也可以把一部分透明区域51转变成不透明区域，从而减少透明区域的数目并增加不透明区域的数目。

另外，控制装置30比较采样和多重复用的图象信号，以便确定是否存在没有视差的图象并检测这些图象(S14)。当检测到至少两(2)个具有同样部分的信号时，控制装置30就确定存在没有视差的图象，然后将用于显示不具有视差的图象的象素所对应的掩模50的部分转变成透明区域(S15)。而且，当显示其中包括不具有视差图象的二维图象时，全部可转变区域52都被转变成透明区域，以便防止发生分辨率损失。

当视频帧提供到显示面板40时，显示面板40的每个象素对应的图象都被显示(S16)。观赏者100的每一个眼睛都感知不同的视差图象，该视差图象在观赏者的大脑中结合成三维图象。

按照本发明的三维图象显示装置具有以下优点。

透明区域以移位方式(即，非接合方式)排列，而非垂直排列成一直线，掩模的可转变区域的一部分可以被转变成透明区域，从而为观赏者提供具有高分辨率的图象。

再者，显示面板与掩模之间的距离可以根据观赏者的位置进行控制，从而为观赏者提供最佳的三维图象。

对于本领域技术人员来说，很明显，本发明可以有各种更改和变化，但并不脱离本发明的精神或范围。因此，如果本发明的这些更改和变化在所附的权利要求及其等同的范围内，本发明将涵盖这些更改和变化。

Claims (7)

1.一种三维图象显示装置，包括：

一个显示面板，同时显示多个视差图象；

一个安设在显示面板前面的掩模，并有选择地使掩模的一部分变成透明；以及

一个控制装置，其在视差图象的数目小于预定的视差图象的数目时减小掩模不透明区域的大小，而在视差图象的数目大于预定的视差图象的数目时增加掩模不透明区域的大小。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的控制装置根据观赏者的位置来控制显示面板和掩模之间的距离。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的控制装置在视差图象数目小的时候增加多个透明区域和多个不透明区域，而在视差图象数目大的时候减小透明区域的数目和不透明区域的数目。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的控制装置确定不透明区域的大小大于透明区域的大小。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的控制装置检测没有视差的视差图象的部分。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的控制装置确定没有视差的视差图象的部分所对应的掩模的部分变成透明区域。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的控制装置使透明区域和不透明区域在掩模内沿水平方向交替排列，而不使透明区域沿垂直方向排列成一直线。

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