CN100516977C - 观看屏幕上三维图像的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于观看立体图和全景图的系统，包括显示屏幕，以及用于对显示屏幕进行连续遮盖以便使得观察者仅用一只眼就可以选择性地观看屏幕的装置。本发明的特征在于：所述遮盖装置包含透明支架，所述透明支架包含至少一个衍射光栅，所述衍射光栅形成具有透明窗口的不透明掩体的虚拟图像，所述透明窗口垂直于观察轴并且放置在与显示屏幕平行的平面中。所述窗口的宽度和在其中形成所述窗口的平面的位置确定为使得所述显示屏幕的整体宽度仅用一只眼就能够看到。本发明的系统还包括控制装置，用于随着所显示图像的改变同步地改变在所述平面中所述窗口的虚拟图像的位置。

Description

观看屏幕上三维图像的方法和设备
技术领域
本发明涉及允许观众无须借助特殊眼镜便能感知深度印象的图像再生领域。
背景技术
在现有技术中，已知用于查看立体图像的不同解决方案。
第一种相当古老的解决方案包括为每只眼呈现不同的图像，比如使用能确保两张同时查看的图像分开的观察装置。此装置是基于已经为适合的观察装置特殊准备的图像媒体的，仅允许个人观察。
全息照相是另一种用来记录图像的已知方法，其用通常由激光生成的两条相干光束产生的干涉实现了对象的三维再生。如此记录在相片底版上的相位编码便允许这样的干涉测量法的重建。
所述技术中的一种要求对象在曝光时很大程度地呈现出来，并且成形设备(former)的维数不能超越相片介质的维数。第二种技术，立体图(stereogram)，通过结合立体镜和全息照相绕开了这个限制。的确，通过传输一系列根据特定拍摄角度条件所拍摄的对象的二维相片，则可以把它们顺序地、一个接一个地组合起来，以创造完整的全息图，这是由于光学狭缝，其是全息图的集成部分，导致了上述图像的自然的右眼/左眼选择。在其制造过程中，液晶显示器的使用实现了不同图像的简单处理，尤其是比如获得彩色和/或活动的全息图。
专利US5712732是尤其已知的，其描述了一种包含场景的至少两张透视图的自动立体视觉图像显示设备，该设备包含光源；空间光调制器(SLM)，其在观察者与光源之间包含大量中间光线调制元件；以及用于按下述方式构建光线的装置：场景的第一透视图由观察者的一只眼观察，而场景的第二透视图由观察者的另一只眼观察，其特征在于：所述光线构建装置包含光线集中装置，其放置在光源与SLM之间，并且包含会聚光学元件，所述会聚光学元件以一种对于图像视图的交错方式来为每个视图形成一组垂直分离的光线集中，该光学集中充分映射到对应的一组SLM元件上。
此解决方案需要使用非常昂贵的电子光学装置。
发明内容
本发明尤其涉及允许三维图像在计算机或电视屏幕上显示的设备，利用了第二种技术的光学特征。
通过此方式，本发明进入一个领域，其中，存在其他的三维屏幕观看方法，尤其是用电子快门眼镜或滤光器眼镜(主要是红/绿)的立体视觉方法，或者甚至用固定在屏幕上的透镜网络的方法，其使用同一拍摄对象的不同角度拍摄的精确切断。
本发明旨在通过消除现有方法中必须戴眼镜的不方便以及消除使用透镜网络时所必需的对图像的立体视觉(或全景的)切割，来解决现有技术的解决方案的缺点，因为我们知道后者限制了最佳视场并且对三维图像的质量有害。
本发明同样旨在实现不借助眼镜以及不用切割或打碎图像，基于立体视觉效果实现轻松地观看在立体图或全景图中的图像(活动或者不活动的)。依靠本发明，观察者的每只眼睛都能分别看到同样的全部图像，每一只眼都从合适的角度观看图像，这就得到了三维效果并且具有可以根据以下方式而改变的视野：使用全息照相窗口的，其是此发明的目标，并且其允许这种可视化。
对此效果，本发明在其最广泛的意义上涉及一种用于观看立体图像和全景图像的系统，该系统包括显示屏幕，以及用于对显示屏幕进行连续遮盖以便使得观察者仅用一只眼就可以选择性地观看所述屏幕的装置，所述系统的特征在于：所述遮盖装置包含透明介质，所述透明介质包含至少一个衍射光栅，所述衍射光栅形成具有透明窗口的不透明掩体的虚拟图像，所述透明窗口垂直于观察轴并且放置在与显示屏幕平行的平面中，所述窗口的宽度和在其中形成所述窗口的平面的位置确定为使得显示屏幕的整体宽度仅用一只眼就能够看到，所述系统还包括控制装置，用于随着所显示图像的改变同步地改变在所述平面中所述窗口的虚拟图像的位置。
作为本发明的目标的设备，实现了在屏幕上的三维观看，并且它由在它前面横向运动的全息图组成，所述全息图在来自虚拟狭缝的白光中可见，虚拟狭缝即在发光背景上的垂直透明全息窗口。单只眼睛就能够观看屏幕上的图像，而另一只仅观看作为掩体的发光背景。全息狭缝的横向运动能由全息图的照明角度的改变造成。
因而，在立体视觉的框架内，依次在平面上出现多对图像，并且由于透明全息平面的照明设备，虚拟狭缝随着所述图像对进行同步运动，从而使得当所述全息窗口位于右眼前面时右图像出现在屏幕上，而当所述全息窗口位于左眼前面时左图像出现在屏幕上。在这种情况下，狭缝宽度理想的是等于屏幕宽度的一半。由于视觉暂留，观察者不知不觉得将两张图像结合在一起，获得了三维视图。
在全景视觉的情况下，狭缝要稍窄并且观看点的数量要多一些。图像的数量和其出现的速度增加。
全息照明能由电子弧光灯“阵列”提供，或者采用绕轴旋转的镜面辅助的卤素灯，该镜面由计算机自身时钟引导，由于通过悬臂放置在所述屏幕前面的、合适导向的镜面阵列，所述卤素灯的光线从全息图上反射。
所述活动的图像有利地由左右图像对组成。
本发明优选地包括用于照亮介质的至少两个白光光源，每一个都导致形成窗口中的一个。
根据本发明的特定实施例，所述遮盖装置包括应用于显示单元(阴极射线管、LCD、CCD或其他)的全息屏幕。
根据本发明的另一个特定实施例，所述遮盖装置由除银之外的全息介质组成。
所述遮盖装置有利地包括对全息平面的照明进行横向扫描以便允许前方光学窗口的同步运动的系统。
根据另一变体，所述遮盖装置包括通过传输照明的全息介质。
这些遮盖装置有利地包括通过反射进行照明的全息介质。
根据本发明的一个优选实施例，所述遮盖装置包括形成发光的全息图像的全息介质。
所述立体图像与全景图像观看系统的特征在于，所述遮盖装置由来自白光光源(激光光源，LED光源，单色光光源或多色光光源)的照明之外的照明激活。
根据一个可替换方案，所述遮盖装置由对白光光源(闪光灯泡阵列、用作电子光快门的CCD阵列、绕轴旋转的镜面，旋转棱镜)进行扫描的机械系统或电子系统激活。
因此，根据本发明的系统包括：
-垂直全息窗口，通过位于屏幕前面的银介质或另一种透明全息介质上的全息图来创建。创建此光学狭缝所需的一切是矩形平面主片(master)(根据用于其创建的光学几何排列，该主片可以是反射的或非常漫射的)，在所述主片上放置黑垂直带。使用了用于创建反射全息图的光学几何排列。
-光学系统，用于通过扫描来照亮所述全息图，其允许所述窗口沿水平轴在屏幕前面运动。
-图像的计算机处理，以便不同的立体图和全景图以可以确保视觉暂留的速度，采用与全息窗口同步的方式进行移动。
附图说明
以下参考附图更详细地描述描述本发明，其中：
图1示出了全息窗口的全息主片的创建；
图2示出了创建全息窗口的全息传递以便其在白光中可见；以及
图3示出了当其在电脑(或电视)屏幕前面使用时通过对所述窗口进行扫描来照亮所述窗口的设备。
具体实施方式
全息窗口主片的创建：
第一步包括获得主片，正如所述那样(图1)。主片是用激光创建的原始图像并且仅用激光才能看到。获得所述主片的方法是已知的。
在此几何排列中，目标光线2照亮由磨砂玻璃或描图纸(tracingpaper)制成的漫反射矩形面板3，在面板3上放置着具有预定厚度的垂直黑带4。垂直黑带4可以与要用到的全景视图数量成反比例地更宽或更窄，并且如果需要立体图像则占据一半面板。其宽度永远不会比眼球的直径小。参考1，光线直接照亮全息平面的主片。
在白光中可见的全息图的创建(传递主片)
主片一举投射到未来全息图6上。事实上，此步骤包括从全息图中创建全息图。如果这是最后阶段，则一旦全息图显像，图像就成为单色的，颜色由化学显像来定义。多色全息图可以用已知技术获得。介质仍是透明的。
反射全息图6的介质是透明的，当其被来自白光点光源的光线照亮时，所得到的图像是覆盖除了所述垂直带之外的介质的整个表面的发光背景，所述垂直带是透明的。此带在介质前面漂浮几十厘米。距离，即D，是在传递的创建中用到的。全息介质6可以放置在计算机或电视机的屏幕上。
根据用于创建全息图的几何排列，再生时的照明角度大约是45度，其把光源放置在全息图前面几厘米处的上方或下方。至于所出现的光学窗口沿着水平视差放置，其根据给光源的水平视差而变化。
照明设备
对于由点光源沿其水平视差对全息平板的快速扫描，容易在不同位置顺序地实现光学窗口。眼睛仅能通过此窗口观察显示器的整体内容。因为出现在屏幕上的图像是顺序的，采用与窗口的扫描同步的方式，并且同一对象(活动的或者不活动的)的拍摄是来自不同角度的，因此在任何时刻左眼和右眼所观察到的内容的绝不会相同。扫描必须足够快速以便能有视觉暂留。光源可以由放在其输出端处的双折射晶体或可移动镜面进行扫描。前方的镜片把光分散到整个全息图上。整个全息图是以每秒至少24次的速度进行扫描的，并且与屏幕上的图像电子同步。

Claims (14)

1、用于观看立体图和全景图的系统，包括显示屏幕，以及用于对所述显示屏幕进行连续遮盖以便使得观察者仅用一只眼就可以对所述屏幕进行有选择地观看的遮盖装置，所述系统的特征在于：所述遮盖装置包含透明介质，所述透明介质包含至少一个衍射光栅，所述衍射光栅形成具有透明窗口的不透明掩体的虚拟图像，所述透明窗口垂直于观察轴并且放置在与所述显示屏幕平行的平面中，所述窗口的宽度和在其中形成所述窗口的平面的位置确定为使得所述显示屏幕的整体宽度仅用一只眼就能够看到，所述系统还包括控制装置，用于随着所显示图像的改变同步地改变在所述平面中所述窗口的虚拟图像的位置。
2、如权利要求1所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述虚拟图像由左右图像对组成。
3、如权利要求1或2所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，其包含照亮所述透明介质的至少两个白光光源，每一个都导致形成所述窗口中的一个。
4、如权利要求1或2所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述遮盖装置包括应用于显示单元的全息屏幕。
5、如权利要求4所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述显示单元从以下选出：阴极射线管、LCD、CCD。
6、如权利要求1或2所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述遮盖装置由除银之外的全息介质组成。
7、如权利要求1或2所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述遮盖装置包括对全息平面的照明进行横向扫描以便允许前方的光学窗口的同步运动的系统。
8、如权利要求1或2所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述遮盖装置包括通过透射进行照明的全息介质。
9、如权利要求1或2所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述遮盖装置包括通过反射进行照明的全息介质。
10、如权利要求1或2所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述遮盖装置包括形成发光的全息图像的全息介质。
11、如权利要求1或2所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述遮盖装置由来自白光光源的照明之外的照明所激活。
12、如权利要求11所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述来自白光光源的照明之外的照明从以下选出：激光光源，LED光源，单色光光源或多色光光源。
13、如权利要求1或2所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述遮盖装置由对白光光源进行扫描的机械系统或电子系统激活。
14、如权利要求13所述的用于观看立体图和全景图的系统，其特征在于，所述机械系统或电子系统从以下选出：闪光灯泡阵列、用作电子光快门的CCD阵列、绕轴旋转的镜面，旋转棱镜。
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