CN101751187B - 三维互动立体显示器的指示物位置判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，适用于指示物与具有内嵌式光感测器的三维互动立体显示器的互动过程中，其包括步骤：获取因指示物作用于三维互动立体显示器而造成的二维感测光强度分布，找出二维感测光强度分布中的二光遮蔽强度极大值，以及利用此二光遮蔽强度极大值的位置距离得出指示物于指示物与三维互动立体显示器的距离方向上的一维位置信息。

Description

三维互动立体显示器的指示物位置判断方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，且特别是有关于一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法。

背景技术

近年来，各显示器厂商及研究单位都在积极开发立体显示器，期望能够提供给人们一个更接近真实生活的视觉享受。然而，在既有的立体显示系统之下，如何达成人机的互动，也成为各家厂商与研究单位争相开发的技术。

既有的三维互动立体显示器人机互动界面大多采用外加光学感测元件以达成互动机制，这种外加光学感测元件使得整个系统的体积增加。同时，若是采用电荷耦合装置(CCD)作为光学感测元件，则会因为收光角度的影响，使得在靠近显示面板附近的区域无法接收到影像而导致无法互动。因此，如何达成互动机制且同时又不增加整体系统的体积将会是开发三维互动立体显示器必须要克服的议题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，以克服现有技术存在的问题。

具体地，本发明一实施例提出的一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，应用于指示物与三维互动立体显示器的互动过程中，其中三维互动立体显示器包括光感测器阵列以及光栅，光感测器阵列包括多个第一光感测器列以及多个第二光感测器列，各个第一光感测器列与第二光感测器列沿第一维度方向交替排布，每一第一光感测器列及第二光感测器列包括多个沿第二维度方向排列的光感测器；光栅与光感测器阵列间隔设置且位于光感测器阵列的感光侧，光栅包括多个沿第一维度方向排列且沿第二维度方向延伸的光栅栏；而指示物位置判断方法包括步骤：获取各个第一光感测器列的各个光感测器的第一感测光强度分布与各个第二光感测器列的各个光感测器的第二感测光强度分布；分别依据第一感测光强度分布与第二感测光强度分布找出第一光遮蔽强度极大值与第二光遮蔽强度极大值；以及利用第一光遮蔽强度极大值与第二光遮蔽强度极大值于第一维度方向上的位置距离得出指示物在不同于第一维度方向和第二维度方向的第三维度方向上的位置信息。

在本发明的一实施例中，上述的分别依据第一感测光强度分布与第二感测光强度分布找出第一光遮蔽强度极大值与第二光遮蔽强度极大值的步骤包括：对第一感测光强度分布及第二感测光强度分布进行归一化处理；变换归一化后的第一感测光强度分布与归一化后的第二感测光强度分布分别为第一光遮蔽强度分布及第二光遮蔽强度分布；以及从第一光遮蔽强度分布与第二光遮蔽强度分布中分别找出第一光遮蔽强度极大值与第二光遮蔽强度极大值。

在本发明的一实施例中，上述的指示物在第三维度方向上的位置信息为指示物在第三维度方向上与光栅的距离。

在本发明的一实施例中，上述的指示物位置判断方法更包括步骤：将第一光遮蔽强度极大值与第二光遮蔽强度极大值于第一维度方向上的位置中点作为指示物在第一维度方向上的位置信息。

在本发明的一实施例中，上述的指示物位置判断方法进一步包括步骤：从各个第一光感测器列与第二光感测器列中的特定光感测器列的各个光感测器的感测光强度分布中找出光接收强度极大值，并将光接收强度极大值于第二维度方向上的位置作为指示物在第二维度方向上的位置信息；其中，特定光感测器列在第一维度方向上的位置信息与指示物在第一维度方向上的位置信息相一致。

在本发明的一实施例中，上述的指示物位置判断方法进一步包括步骤：从第一感测光强度分布与第二感测光强度分布中找出光接收强度极大值，并将光接收强度极大值于第二维度方向上的位置作为指示物在第二维度方向上的位置信息。

在本发明的一实施例中，上述的指示物位置判断方法更包括步骤：从第一感测光强度分布与第二感测光强度分布中找出光接收强度极大值，并将光接收强度极大值于第一及第二维度方向上的位置信息分别作为指示物在第一及第二维度方向上的位置信息。

本发明再一实施例提出的一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，适用于指示物与三维互动立体显示器的互动过程中；其中，三维互动立体显示器包括显示面板以及设置于显示面板的观察侧的光栅，显示面板包括内嵌式光感测器阵列，而内嵌式光感测器阵列包括多个第一光感测器列以及多个与各个第一光感测器列交替排布的第二光感测器列，每一第一及第二光感测器列包括多个光感测器；而指示物位置判断方法包括步骤：获取各个第一光感测器列中的每一光感测器的光遮蔽强度而得第一光遮蔽强度集合以及各个第二光感测器列中的每一光感测器的光遮蔽强度而得第二光遮蔽强度集合；从第一光遮蔽强度集合及第二光遮蔽强度集合中分别找出第一光遮蔽强度极大值及第二光遮蔽强度极大值；以及利用第一光遮蔽强度极大值与第二光遮蔽强度极大值的位置距离得出指示物的垂直显示面板方向上的一维位置信息。

本发明又一实施例提出的一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，执行于指示物与具有内嵌式光感测器的三维互动立体显示器的互动过程中，而指示物位置判断方法包括步骤：获取因指示物作用于三维互动立体显示器而造成的二维感测光强度分布；找出二维感测光强度分布中的二光遮蔽强度极大值；以及利用此二光遮蔽强度极大值间的位置距离得出指示物在其与三维互动立体显示器的距离方向上的一维位置信息。

本发明实施例通过在具有内嵌式光感测器的显示面板上设置光栅作为视差遮罩，可达到立体显示同时又具有互动的功能，由于光感测器是内嵌入在显示面板里面，因此，可增加三维互动立体显示器在近距离的工作范围且同时不增加显示器的体积。于本发明实施例中，通过对光感测器列进行分组，再依据各组的感测光强度分布做适当的运算，即可得到与显示器进行互动的指示物的第三个维度的位置信息及/或另外两个维度的位置信息。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示出相关于本发明实施例的一种三维互动立体显示器的结构剖面示意图；

图2绘示出图1所示三维互动立体显示器与指示物的互动状态示意图；

图3示出图2所示指示物作用于三维互动立体显示器而造成的二维光接收强度分布模拟图；

图4示出与图3相对应的二维光遮蔽强度分布模拟图；

图5示出图4所示的二维光遮蔽强度分布在X轴向上的一维分布情况；

图6示出图3所示的二维光接收强度分布在Y轴向上的一维分布情况。

其中，附图标记

10：指示物                           30：三维互动立体显示器

31：显示面板                         311：下基板

3112：薄膜晶体管                     3114：光感测器

312：液晶层                          313：上基板

315：下偏光片                        316：上偏光片

33：光栅                             332：光栅栏

d：距离                              310：影响区域

R1，R3，...，R2n-1：奇数光感测器列   R2，R4，...，R2n：偶数光感测器列

20a：第一光遮蔽强度分布              20b：第二光遮蔽强度分布

Xa，Xb，Xc：位置坐标                 Yc：位置坐标

具体实施方式

参见图1及图2，本发明实施例提出的一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，适用于指示物10与三维互动立体显示器30的互动过程中。本实施例中，指示物10为一自发光指示物，可发出光线。三维互动立体显示器30包括显示面板31以及设置于显示面板31的观察侧的光栅33。

如图1所示，显示面板31包括下基板311、液晶层312、上基板313、下偏光片315以及上偏光片316。其中，液晶层312夹设于下基板311与上基板313之间，下偏光片315设置于下基板311的外侧，上偏光片316设置于上基板313的外侧；下基板311的内侧设置有薄膜晶体管3112(图1中仅示出一个作为举例，但并非用来限制本发明)以及光感测器3114(图1中仅示出一个作为举例，但并非用来限制本发明)，而光感测器3114可为光电晶体管、光电二极管或其他光学感测元件；在此，由于光感测器3114整合于显示面板31的内部，故亦称之为内嵌式光感测器。

光栅33可贴附于显示面板31的观察侧，其包括多个间隔设置且沿X轴向排列的光栅栏332，每一光栅栏322沿Y轴向延伸。

图2为指示物10与三维互动立体显示器30的互动状态示意图。如图2所示，三维互动立体显示器30的显示面板31包括由多个内嵌式光感测器3114构成的内嵌式光感测器阵列，而此内嵌式光感测器阵列包括多个奇数光感测器列R1，R3，...，R2n-1以及多个偶数光感测器列R2，R4，...，R2n。这些奇数光感测器列R1，R3，...，R2n-1与偶数光感测器列R2，R4，...，R2n沿X轴向交替排布，且每一奇数光感测器列R1，R3，...，R2n-1与偶数光感测器列R2，R4，...，R2n的多个光感测器3114沿Y轴向排列。光栅33位于内嵌式感测器阵列的感光侧且与此内嵌式感测器阵列间隔设置。指示物10与三维互动立体显示器30的光栅33的距离为d，此时其在显示面板31上造成一影响区域310，当指示物10在互动过程中沿垂直于显示面板31的方向(亦即Z方向)上下移动(亦即改变距离d)时，影响区域310的大小会相应的改变，进而会造成三维互动立体显示器30具有不同的二维感测光强度分布。

下面将结合图3至图6具体描述相关于本发明实施例的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，此指示物位置判断方法的各个步骤详述如下。

参见图3及图4，图3示出指示物10作用于三维互动立体显示器30而造成的且与影响区域310相对应的二维光接收强度分布模拟图，图4示出与图3相对应的二维光遮蔽强度分布模拟图；在此，二维光接收强度分布及二维光遮蔽强度皆称之为二维感测光强度分布。具体地，图3中示出的二维光接收强度分布包括对应至少部分奇数光感测器列R1，R3，...，R2n-1的二维的第一光接收强度分布(图中未标示)以及对应至少部分偶数光感测器列R2，R4，...，R2n的二维的第二光接收强度分布(图中未标示)；同样地，图4中示出的二维光遮蔽强度分布包括对应至少部分奇数光感测器列R1，R3，...，R2n-1的.二维的第一光遮蔽强度分布20a以及对应至少部分偶数光感测器列R2，R4，...，R2n的二维的第二光遮蔽强度分布20b。其中，将图3中的二维光接收强度分布变换成图4所示的二维光遮蔽强度分布20a及20b可通过下列方法实现：对图3所示的二维光接收强度分布(亦即，光接收强度集合)中的第一光接收强度分布与第二光接收强度分布中的各个光接收强度进行归一化处理，使其最大光接收强度为1，然后再用1减掉归一化处理后的各个光接收强度，则可获得二维的第一光遮蔽强度分布20a及二维的第二光遮蔽强度分布20b，进而可得图4所示的二维光遮蔽强度分布(亦即，光遮蔽强度集合)。

承上述，图3中示出的二维光接收强度分布具有一个光接收强度极大值，图4中示出的二维光遮蔽强度分布具有两个光遮蔽强度极大值，此二光遮蔽强度极大值分属于第一光遮蔽强度分布20a与第二光遮蔽强度20b。

参见图5，其示出图4所示的二维光遮蔽强度分布在X轴向上的一维分布情况。在找出分属于第一光遮蔽强度分布20a与第二光遮蔽强度分布20b的两个光遮蔽强度极大值后，获取此二光遮蔽强度极大值在X轴向上的位置坐标Xa及Xb；然后根据位置坐标Xa与Xb的距离即可计算出指示物10在Z轴向上的位置信息例如本实施例中的距离d。在此，依据位置坐标Xa与Xb的距离计算距离d的原理为：自指示物10发出的光线经过三维互动立体显示器30的光栅33后，由显示面板31的各个内嵌光感测器3114进行感测；由于光栅33与光感测器3114之间存在预设的距离，所以通过几何关系，可知在特定角度的光感测器3114会被光栅栏332完全挡住；因此不同距离d的指示物10发出的光线会被不同角度的光感测器3114所感测，借此可以找到光遮蔽强度分布与指示物10的距离d之间的关系，进而可得出指示物10在Z轴向上的位置信息。

进一步地，可将分属于第一光遮蔽强度分布20a与第二光遮蔽强度分布20b的两个光遮蔽强度极大值的位置坐标Xa与Xb相加再除以二的商作为指示物10在X轴向上的位置信息，亦即位置坐标Xc。在此，位置坐标Xc为上述二光遮蔽强度极大值的位置坐标Xa与Xb的中点。

然后，在得出指示物10在X轴向上的位置坐标后，找出X轴向上的位置坐标为Xc的特定光感测器列的各个光感测器在Y轴向上的一维分布情况(如图6所示)。从图6可以得知，在Y轴向上的一维光接收强度分布存在一个光接收强度极大值，将此光接收强度极大值在Y轴向上的位置坐标Yc作为指示物10在Y轴向上的位置坐标。至此，完成指示物10的三个维度的位置坐标判断。

于另一实施例中，在判断指示物10在Y轴向上的位置坐标时，并不仅限于执行在获取指示物10的X轴向上的位置坐标Xc之后，也可对图3中的二维光接收强度分布中的各个光接收强度进行逐一分析，找出光接收强度极大值在Y轴向上的位置坐标，同样可得到指示物10在Y轴向上的位置坐标。

于其他实施例中，也可将图3所示的二维光接收强度分布的光接收强度极大值在X轴向与Y轴向上的位置坐标分别作为指示物10在X轴向与Y轴向上的位置坐标。

综上所述，本发明实施例通过在具有内嵌式光感测器的显示面板上设置光栅作为视差遮罩，可达到立体显示同时又具有互动的功能，由于光感测器是内嵌入在显示面板里面，因此，可增加三维互动立体显示器在近距离的工作范围且同时不增加显示器的体积。于指示物位置判断方法中，通过对光感测器列进行分组，再依据各组的感测光强度分布做适当的运算，即可得到与显示器进行互动之指示物的第三个维度之位置信息及/或另外两个维度的位置信息。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，应用于一指示物与一三维互动立体显示器的互动过程中，其特征在于，该三维互动立体显示器包括一光感测器阵列以及一光栅，该光感测器阵列包括多个第一光感测器列以及多个第二光感测器列，这些第一光感测器列与这些第二光感测器列沿一第一维度方向交替排布，每一这些第一及第二光感测器列包括多个沿一第二维度方向排列的光感测器；该光栅与该光感测器阵列间隔设置且位于该光感测器阵列的感光侧，该光栅包括多个沿该第一维度方向排布且沿该第二维度方向延伸的光栅栏；该指示物位置判断方法包括步骤：

获取这些第一光感测器列的这些光感测器的一第一感测光强度分布与这些第二光感测器列的这些光感测器的一第二感测光强度分布；

分别依据该第一感测光强度分布与该第二感测光强度分布找出一第一光遮蔽强度极大值与一第二光遮蔽强度极大值；以及

利用该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值于该第一维度方向上的位置距离得出该指示物在不同于该第一维度方向与该第二维度方向的一第三维度方向上的位置信息；

从该第一感测光强度分布与该第二感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值于该第一及第二维度方向上的位置信息分别作为该指示物在该第一及第二维度方向上的位置信息；

其中分别依据该第一感测光强度分布与该第二感测光强度分布找出该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值的步骤包括：

对该第一感测光强度分布及该第二感测光强度分布进行归一化处理；

变换该归一化后的第一感测光强度分布与该归一化后的第二感测光强度分布分别为一第一光遮蔽强度分布及一第二光遮蔽强度分布；以及

从该第一光遮蔽强度分布与该第二光遮蔽强度分布中分别找出该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值。

2.根据权利要求1所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，该指示物在该第三维度方向上的位置信息为该指示物在该第三维度方向上与该光栅的距离。

3.根据权利要求1所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，将该光接收强度极大值于该第一维度方向上的位置信息作为该指示物在该第一维度方向上的位置信息的步骤更包括：

将该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值于该第一维度方向上的位置中点作为该指示物在该第一维度方向上的位置信息。

4.根据权利要求3所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，更包括步骤：

从这些第一光感测器列与这些第二光感测器列中的一特定光感测器列的这些光感测器的一感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值于该第二维度方向上的位置作为该指示物在该第二维度方向上的位置信息，其中该特定光感测器列在该第一维度方向上的位置信息与该指示物在该第一维度方向上的该位置信息相一致。

5.根据权利要求3所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，更包括步骤：

从该第一感测光强度分布与该第二感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值于该第二维度方向上的位置作为该指示物在该第二维度方向上的位置信息。

6.一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，适用于一指示物与一三维互动立体显示器的互动过程中，该三维互动立体显示器包括一显示面板以及一设置于该显示面板的观察侧的光栅，该显示面板包括一内嵌式光感测器阵列，该内嵌式光感测器阵列包括多个第一光感测器列以及多个与这些第一光感测器列交替排布的第二光感测器列，每一这些第一及第二光感测器列包括多个光感测器；该指示物位置判断方法包括步骤：

获取这些第一光感测器列中的每一这些光感测器的一光遮蔽强度而得一第一光遮蔽强度集合以及这些第二光感测器列中的每一这些光感测器的一光遮蔽强度而得一第二光遮蔽强度集合；

从该第一光遮蔽强度集合及该第二光遮蔽强度集合中分别找出一第一光遮蔽强度极大值及一第二光遮蔽强度极大值；以及

利用该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值的位置距离得出该指示物的垂直该显示面板方向上的一第一维度位置信息；

从这些第一及第二光感测器列中的这些光感测器的光接收强度中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值的二维位置坐标分别作为该指示物的一第二维度位置信息及一第三维度位置信息。

7.根据权利要求6所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，该第一维度位置信息为该指示物与该光栅的距离。

8.根据权利要求7所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，将该光接收强度极大值的二维位置坐标作为该指示物的一第二维度位置信息的步骤更包括：

将该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值在这些第一光感测器列与这些第二光感测器列交替排布方向上的位置坐标相加再除以二的商作为该指示物的一第二维度位置信息。

9.根据权利要求8所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，更包括步骤：

从这些第一及第二光感测器列中的一特定光感测器列的这些光感测器的光接收强度中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值在这些第一光感测器列与这些第二光感测器列的延伸方向上的位置坐标作为该指示物的一第三维度位置信息，其中该特定光感测器列在这些第一光感测器列与这些第二光感测器列交替排布方向上的位置坐标与该指示物的该第二维度位置信息相一致。

10.根据权利要求8所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，更包括步骤：

从这些第一及第二光感测器列中的这些光感测器的光接收强度中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值在这些第一光感测器列与该些第二光感测器列的延伸方向上的位置坐标作为该指示物的一第三维度位置信息。

11.一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，执行于一指示物与一具有内嵌式光感测器的三维互动立体显示器的互动过程中，该指示物位置判断方法包括步骤：

获取因该指示物作用于该三维互动立体显示器而造成的一二维感测光强度分布；

找出该二维感测光强度分布中的二光遮蔽强度极大值；以及

利用该二光遮蔽强度极大值间的位置距离得出该指示物在该指示物与该三维互动立体显示器的距离方向上的一第一维度位置信息；

从该二维感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值的二维位置坐标分别作为该指示物的一第二维度位置信息及一第三维度位置信息；

其中找出该二维感测光强度分布中的二光遮蔽强度极大值的步骤包括：

对该二维感测光强度分布中每一维感测光强度分布进行归一化处理；

变换该归一化后的每一维感测光强度分布，得到一第一光遮蔽强度分布及一第二光遮蔽强度分布；以及

从该第一光遮蔽强度分布与该第二光遮蔽强度分布中分别找出该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值。

12.根据权利要求11所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，该第一维度位置信息为该指示物与该三维互动立体显示器的一距离。

13.根据权利要求11所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，将该光接收强度极大值的二维位置坐标作为该指示物的一第二维度位置信息的步骤更包括：

将该二光遮蔽强度极大值的位置中点的一一维坐标作为该指示物的一第二维度位置信息。

14.根据权利要求13所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，更包括步骤：

从该二维感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值的一一维位置坐标作为该指示物的一第三维度位置信息。

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