CN101765021A - 一种时分式双目立体显示方法及时分式双目立体显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时分式双目立体显示方法及时分式双目立体显示系统。所述的时分式双目立体显示方法为先获取双目摄像机对应的双路视频信号；将得到的双路视频信号的每一路视频信号对应的隔行扫描的奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号；再根据得到的逐行扫描的帧视频信号进行倍频处理，合成生成倍频的双路立体视频信号输出。本发明所述的时分式双目立体显示系统由于采用了上述方法，能在使用双目摄像机采集的隔行扫描的视频信号的前提下，有较高的图像质量，显示效果好，并且由于保持了较高的扫描频率，信号稳定。且是在传统系统基础上的优化，最大限度的利用了现有的制式体制及设备，减少了成本，简单易行。

Description

一种时分式双目立体显示方法及时分式双目立体显示系统

技术领域

本发明涉及时分式双目立体显示技术，更具体的说，涉及一种用于时分式双目立体显示系统中的时分式双目立体显示方法及时分式双目立体显示系统。

背景技术

时分式双目立体显示技术是将左、右眼的视频图像交替显示在屏幕上，让观察者的两眼分别接受两路略有差异的视频而获得立体感觉。具体实现时，让观察者通过一个同步液晶红外光开关眼镜切换显示屏幕，当屏幕显示左眼视频时，遮蔽右眼；当屏幕显示右眼视频时，遮蔽左眼。基于人眼的暂留原理，产生立体视觉。

由于人眼所能分辨的画面闪烁感觉的临界闪烁频率为50Hz，现有的信号双目摄像机采集的视频信号为每秒N场(如PAL、SECAM和NTSC等制式下N＝50或60)，在双目时分式立体显示系统中，每眼观看到的视频流就为每秒N/2场，在现实应用中无法满足临界闪烁频率为50Hz的条件，会带给观看者视觉疲劳与不适感。

而传统的PAL、SECAM和NTSC制式的电视的帧扫描频率分别为25Hz或30Hz，每帧图像对应由625或525条扫描线组成。为了消除画面闪烁感，人们将一帧图像分割成奇数场扫描和偶数场交替扫描，变成了50Hz和60Hz的场扫描。奇数场和偶数场分别对应一帧图像中的奇数扫描线(1、3、5……625对应PAL、SECAM制式视频信号)(1、3、5……525对应NTSC制式视频信号)和偶数扫描线(2、4、6……624对应PAL、SECAM制式视频信号)(2、4、6……524对应NTSC制式视频信号)。

在大多数的时分式双目立体显示系统中，采用将奇数场和偶数场分别与左眼视频和右眼视频相对应，通过液晶光开关眼镜控制人眼左眼观看奇数场图像，右眼观看偶数场图像。在隔行扫描技术中，扫描频率虽然被提高了，但由于每幅画面的扫描线数变成了原来的一半，因此画面质量也降为原来的一半。随着观看屏幕尺寸越来越大，为适应不同的应用领域，要求越来越高的立体显示画面质量，隔行扫描技术显示图像质量差的弊端越来越得以突显。

因此，如何在使用双目摄像机采集隔行扫描的视频信号的前提下，使时分式双目立体显示系统中保持较高的扫描频率的同时又能提高图像质量，是急待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在原有双目摄像机采集的视频信号的前提下，既能保持较高的扫描频率的同时又有较佳的图像质量的用于时分式双目立体显示系统中的时分式双目立体显示方法及时分式双目立体显示系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于时分式双目立体显示系统中的时分式双目立体显示方法，包括以下步骤：

A：获取双目摄像机对应的双路视频信号；

B：将步骤A中得到的双路奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号；并根据得到的逐行扫描的帧视频信号进行倍频处理，生成倍频的双路立体视频信号输出。

所述的步骤B中，生成倍频的双路立体视频信号输出的过程包括以下步骤：从双目摄像机采集的视频信号中提取场频为N的场同步信号，倍频为频率为2N的倍频同步信号，作为控制双路(左右眼)视频读取的同步信号，以每秒2N帧的频率读取并合成逐行扫描的帧视频信号，生成倍频的双路立体视频信号；其中，每帧合成后的逐行扫描帧视频信号分别与另一路的每帧合成后的逐行扫描帧视频信号交替显示两次。这是倍频实现的一种方法。

所述的步骤B中，以每秒2N帧的频率读取并合成逐行扫描的帧视频信号，合成生成倍频的双路立体视频信号的过程包括以下步骤：

B1：在第一个时钟周期，读取并合成第一路视频对应的逐行扫描视频信号的当前帧，第二个时钟周期，读取并合成第二路视频对应的逐行扫描视频信号当前帧，在第三个时钟周期，重复读取并合成第一个时钟周期的逐行扫描视频信号，在第四个时钟周期，重复读取并合成第二个时钟周期的逐行扫描视频信号；

B2：将第一路及第二路视频对应的逐行扫描视频信号的下一帧作为当前帧，重复执行步骤B1，直至所有的逐行扫描视频信号的视频帧完成倍频的双路立体视频信号的读取及合成处理。

所述的步骤B中，在各个时钟周期通过四组先进先出存储器实现对步骤B1中的视频信号的存储与读取：其中，在前四个时钟周期，第一组和第二组先进先出存储器分别用于第一路视频、第二路视频的当前帧的读取，第三组和第四组先进先出存储器分别用于第一路视频、第二路视频当前帧的下一帧的存储；在下四个时钟周期，第三组和第四组先进先出存储器中保存的第一路视频、第二路视频当前帧的下一帧成为当前帧，第三组和第四组先进先出存储器分别用于当前帧的读取，第一组和第二组先进先出存储器则分别用于此时第一路视频、第二路视频的当前帧的下一帧的存储。通过四个先进先出存储器的顺序交替存储读取，可以很好很流畅的实现倍频的双路立体视频信号的合成处理。

所述的步骤B后，还包括将步骤B中合成的倍频的双路立体视频信号实时显示的步骤。这样的设计可以实现对现有的双目立体显示系统进行实时优化处理，效果很好，可以很广泛的应用于实时导航、医学手术等各个领域。

一种时分式双目立体显示系统，包括：

视频信号获取模块，用于获取双目摄像机对应的双路视频信号(其中，视频信号获取模块可以从双目摄像机中直接获取所述的双路视频信号，也可以从双目摄像机生成的信号中提取所述的双路视频信号)；

帧合成模块，与视频信号获取模块连接，用于将获取的双路视频信号的每一路视频信号对应的奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号；

倍频合成模块，与帧合成模块及视频信号获取模块连接，用于将合成的逐行扫描的帧视频信号进行倍频处理，生成倍频的双路立体视频信号输出。

所述的时分式双目立体显示系统中还设有四组先进先出存储器，分别用于交替地保存帧视频信号，供倍频合成模块生成倍频的双路立体视频信号。

所述的倍频合成模块包括有：

同步信号提取模块，与视频信号获取模块相连接，用于从双目摄像机采集的视频信号中提取场频为N的同步信号；

同步信号倍频模块，与同步信号提取模块连接，用于将场频为N的同步信号倍频成频率为2N的倍频同步信号；

立体视频生成模块，与同步信号倍频模块及帧合成模块连接，用于根据倍频产生的同步信号读取并生成倍频的逐行扫描的双路立体视频信号输出。

所述的时分式双目立体显示系统中还包括实时播放模块，用于将倍频合成模块中生成的倍频的双路立体视频信号实时播放。

所述的时分式双目立体显示系统中还包括视频存储模块，用于将倍频合成模块中生成的倍频的双路立体视频信号存储到可读介质上。

本发明所述的时分式双目立体显示系统由于将双目摄像机采集的每一路的隔行扫描的奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的视频信号，因此能在传统双目摄像机采集的视频信号的前提下，具有较高的图像质量，显示效果好，尤其适用于对显示精度要求比较高的应用场合；同时针对逐行扫描的帧视频信号进行了倍频处理，使系统保持了较高的扫描频率，信号稳定，即使长时间观看也不会带来不适感。另外，本发明是在传统系统的基础上的优化，最大限度的利用了现有的设备，减少了成本，原理清晰，结构简单，非常容易实现。

附图说明

图1是本发明实施例的时分式双目立体显示方法中针对某一视频显示的流程示意图；

图2是本发明实施例的将奇数场、偶数场视频信号合成为逐行扫描视频信号的示意图；

图3是本发明实施例的显示时序示意图；

图4是本发明实施例的时分式双目立体显示系统的一种结构示意图；

图5是本发明实施例的时分式双目立体显示系统的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

为了提高显示图像的质量，我们采用了将左右眼分别观看到的单路视频中的奇数场视频信号和偶数场视频信号全部转换成了逐行扫描信号的方法，将纵向分辨率提高了一倍。同时，在传统双目时分式立体显示系统中，单眼观看到的视频信号的频率为原视频信号频率的一半，在场扫描频率低于100Hz的情况下，单眼观看到的视频就无法满足临界闪烁频率为50Hz的条件，会带给观看者视觉疲劳与不适感。针对此问题，我们提出了帧倍频扫描方法，将合成后的帧扫描频率倍频到原场扫描频率的二倍，这样，在双目立体显示系统中左右眼睛将分别观看到频率为N的逐行扫描的帧视频信号。

现以PAL制式、SECAM制式及NTSC制式的标准制式视频信号为例进行具体的说明。应当明确，本发明所述的时分式双目立体显示方法及时分式双目立体显示系统并不仅限应用于标准制式的系统中，对于采集到的其他制式的视频信号，即使其扫描频率不同，只要其也区分有奇数场信号和偶数场信号，就完全可以应用。

本发明所述的一种用于时分式双目立体显示系统中的时分式双目立体显示方法，其中，图1示出了针对某一视频信号的处理流程；其包括以下步骤：

S1.采集：同步获取双目摄像机对应的双路(左右眼)视频信号；如可利用一对标准制式的摄像机进行视频同步采集，得到双路场频为N的视频信号(对于PAL制式和SECAM制式，N＝50Hz；对于NTSC制式，N＝60Hz)；也可以从其他双目摄像机已生成的视频流信号中提取所述的双路视频信号；

S2.存储：将步骤S1中的得到的双路视频信号的每一路视频信号(左眼视频或右眼视频)对应的奇数场视频信号和偶数场视频信号分别存储到4个FIFO存储器(即先入先出存储器)中；其中，在第一个帧扫描周期，FIFO1、FIFO2分别用于左眼第一帧图像和右眼第一帧图像的存储写入；如图3所示，在一个帧扫描周期内FIFO1顺序读入左眼对应的两场数据，也就是左眼第一帧图像的奇数场视频和左眼第一帧图像的偶数场视频；同时，FIFO2顺序读入右眼对应的两场数据，也就是右眼第一帧图像的奇数场视频和右眼第一帧图像的偶数场视频；在下一个帧扫描周期，FIFO3、FIFO4分别用于左眼第二帧图像和右眼第二帧图像的存储写入，而FIFO1、FIFO2则分别用于之前存储写入的左眼第一帧图像和右眼第一帧图像的读取，依此类推；

S3.原场同步信号的提取：在从步骤S1中采集到的双路视频信号中进行场开始信号与场结束信号的提取，采集该信号作为系统同步的基准信号，频率为N(N＝50或60Hz)；

S4.场同步信号倍频：利用同步信号倍频模块将步骤S3中提取的频率为N的场同步信号倍频成频率为2N的同步信号，用于液晶立体眼镜的同步开关信号和左右眼视频信号的读取控制信号的生成；

S5.立体视频信号合成：用步骤S4中倍频得到的频率为2N的同步信号，作为控制左右眼视频读取的同步信号，以每秒2N帧的频率读取合成的帧视频信号，其中，每个帧扫描周期包括四个时钟周期，以FIFO1、FIFO2分别用于之前存储写入的左眼第一帧图像和右眼第一帧图像的读取操作为例：在第一个时钟周期，读FIFO1中存储的对应于左眼的奇数场视频信号和偶数场视频信号；并利用数字视频处理模块将该奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号，使单眼观看到的视频图像由原来的场视频信号变成了逐行扫描帧视频信号，纵向分辨率提高了一倍，具体原理请参照图2；第二个时钟周期，读FIFO2中存储的对应于右眼的奇数场视频信号和偶数场视频信号；将其合成为逐行扫描的帧视频信号；在第三个时钟周期，重复第一个时钟周期的操作；在第四个时钟周期，重复第二个时钟周期的操作；在下一个帧扫描周期，则从FIFO3、FIFO4中读取下一帧图像，并将其作为当前帧，FIFO1、FIFO2用于存储写入当前帧的下一帧图像；重复执行上述步骤，依次类推，直至所有的视频帧完成倍频的双路立体视频信号的合成处理；读取时序请参看图3；

S6.显示：将步骤S5中合成的倍频的双路立体视频信号实时显示，或将生成的倍频的双路立体视频信号存储到可读介质上。

其中上述步骤中，也可以先执行将采集到的单眼奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号的步骤，再根据合成后的逐行扫描的帧视频信号进行倍频处理，完成倍频的双路立体视频信号的合成。

具体步骤如下：

P1.采集：同步骤S1；

P2.合成：利用数字视频处理模块，如DSP等，将步骤P1中得到单眼奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号；将单眼观看到的视频图像的纵向分辨率提高了一倍，具体原理请参照图2；

P3.存储：将步骤P2中合成的双路逐行扫描帧视频信号分别存贮在4个FIFO存储器(即先入先出存储器)中，用于该视频数据的读写：其中，在第一个帧扫描周期，FIFO1、FIFO2分别用于左眼第一帧图像和右眼第一帧图像的存储写入；在下一个帧扫描周期，FIFO3、FIFO4分别用于左眼第二帧图像和右眼第二帧图像的存储写入，而FIFO1、FIFO2则分别用于之前存储写入的左眼第一帧图像和右眼第一帧图像的读取，依此类推；

P4.立体视频信号合成：用倍频得到的频率为2N的同步信号，作为控制左右眼视频读取的同步信号，以每秒2N帧的频率读取合成后的逐行扫描帧视频信号，以读取FIFO1、FIFO2中之前对应存储的左眼第一帧图像和右眼第一帧图像为例：在第一个时钟周期，读左眼视频对应的当前帧，第二个时钟周期，读右眼视频对应的当前帧，在第三个时钟周期，重复读第一个时钟周期的帧视频信号，在第四个时钟周期，重复读第二个时钟周期的帧视频信号；下一个时钟周期，则开始从FIFO3、FIFO4中读取下一帧图像，并将其作为当前帧，而FIFO1、FIFO2则用于存储写入该当前帧的下一帧图像；如文中表述，以四个时钟周期为一个完整读取周期，重复执行上述步骤，依次类推，直至所有的视频帧完成倍频的双路立体视频信号的合成处理。读取时序请参看图3。

上述方法是根据从双目摄像机采集的视频信号中提取场频为N的同步信号，生成频率为2N的倍频同步信号，作为控制双路(左右眼)视频读取的同步信号，并以每秒2N帧的频率读取步骤B中的帧视频信号，其中，每帧视频信号分别与另一路视频信号交替显示两次。这是倍频实现的一种方法，当然，也可以采用其它方式，如生成频率为3N的倍频同步信号，以每秒3N帧的频率读取步骤B中的帧视频信号，其中，每帧视频信号分别与另一路视频信号交替显示三次等。

本发明所述的时分式双目立体显示系统，如图4所示，包括：

视频信号获取模块，用于获取双目摄像机对应的双路视频信号(其中，视频信号获取模块可以从双目摄像机中直接获取所述的双路视频信号，也可以从其他双目摄像机已生成的视频流信号中提取所述的双路视频信号)；

四组先进先出存储器，分别用于交替地保存采集到的奇偶场视频信号，供倍频合成模块合成倍频的双路立体视频信号；

帧合成模块，与四组先进先出存储器连接，用于将采集到的双路视频信号中的奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号；

倍频合成模块，与帧合成模块连接，用于将合成的逐行扫描帧视频信号进行倍频处理，生成倍频的双路立体视频信号输出；

其中，所述的倍频合成模块中包括：

同步信号提取模块，与视频信号获取模块相连接，用于从双目摄像机采集的视频信号中提取的频率为N的场同步信号；

同步信号倍频模块，与同步信号提取模块连接，用于把频率为N的同步信号倍频成频率为2N的倍频同步信号；

立体视频生成模块，与同步信号倍频模块及帧合成模块连接，根据倍频后的同步信号生成倍频的双路立体视频信号输出。

上述时分式双目立体显示系统采用的是如步骤S1-S5所述的显示方法；采用如P1-P4的显示方法的时分式双目立体显示系统的结构如图5所示，包括：

视频信号获取模块，用于获取双目摄像机对应的双路视频信号(其中，视频信号获取模块可以从双目摄像机中直接获取所述的双路视频信号，也可以从双目摄像机采集到的信号中提取所述的双路视频信号)；

帧合成模块，与视频信号获取模块连接，用于将采集到的双路视频信号中的每一路视频信号对应的奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号；

四组先进先出存储器，分别用于交替保存帧合成模块合成的两路逐行扫描的帧视频信号；

倍频合成模块，与帧合成模块及四组先进先出存储器连接，用于将合成的逐行扫描帧视频信号进行倍频处理，生成倍频的双路立体视频信号输出；

其中，所述的倍频合成模块中包括：

同步信号提取模块，与视频信号获取模块相连接，用于从摄像头采集的视频信号中提取频率为N的同步信号；

同步信号倍频模块，与同步信号提取模块连接，用于把频率为N的同步信号倍频成频率为2N的倍频同步信号；

立体视频生成模块，与同步信号倍频模块及四组先进先出存储器连接，以倍频得到的同步信号为控制信号，生成倍频的双路立体视频信号输出。

其中，所述的时分式双目立体显示系统中还包括实时播放模块，用于将倍频合成模块中生成的倍频的双路立体视频信号实时播放，如图4所示。也可以包括视频存储模块，用于将倍频合成模块中生成的倍频的双路立体视频信号存储到可读介质上，如图5所示。

传统时分式双目立体显示系统左右眼观看到的视频均为隔行扫描的视频信号，显然系统需要配备隔行扫描显示器。随着市场上隔行扫描显示器正逐步被逐行扫描显示器所取代，无疑左右眼观看到的视频均为逐行扫描视频信号的时分式立体显示系统必将取代左右眼视频为隔行扫描信号的时分式立体显示系统，成为今后的发展趋势。

本发明倍频原理清晰，简单易行，且倍频之后的信号稳定，即使长时间观看也不会带来不适感。与传统的隔行扫描信号相比，左右眼观看到的均为帧视频信号，较原始场视频信号纵向分辨率提高了一倍，对于对显示精度要求比较高的应用场合，如导航、医疗手术等都非常适用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于时分式双目立体显示系统中的时分式双目立体显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：获取双目摄像机对应的双路视频信号；

B：将步骤A中得到的双路视频信号的每一路视频信号对应的奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号；并根据得到的逐行扫描的帧视频信号进行倍频处理，生成倍频的双路立体视频信号输出。

2.如权利要求1所述的用于时分式双目立体显示系统中的时分式双目立体显示方法，其特征在于，所述的步骤B中，生成倍频的双路立体视频信号输出的过程包括以下步骤：从双目摄像机采集的视频信号中提取场频为N的场同步信号，倍频为频率为2N的倍频同步信号，作为控制双路视频读取的同步信号，以每秒2N帧的频率读取并合成逐行扫描的帧视频信号，生成倍频的双路立体视频信号；其中，每帧合成后的逐行扫描帧视频信号分别与另一路的每帧合成后的逐行扫描帧视频信号交替显示两次。

3.如权利要求2所述的用于时分式双目立体显示系统中的时分式双目立体显示方法，其特征在于，所述的步骤B中，以每秒2N帧的频率读取并合成逐行扫描的帧视频信号，生成倍频的双路立体视频信号的过程包括以下步骤：

B1：在第一个时钟周期，读取并合成第一路视频对应的逐行扫描视频信号的当前帧，第二个时钟周期，读取并合成第二路视频对应的逐行扫描视频信号当前帧，在第三个时钟周期，重复读取并合成第一个时钟周期的逐行扫描帧视频信号，在第四个时钟周期，重复读取并合成第二个时钟周期的逐行扫描帧视频信号；

B2：将第一路及第二路视频对应的逐行扫描视频信号的下一帧作为当前帧，重复执行步骤B1，直至所有的逐行扫描视频信号的视频帧完成倍频的双路立体视频信号的合成处理。

4.如权利要求3所述的用于时分式双目立体显示系统中的时分式双目立体显示方法，其特征在于，所述的步骤B中，在各个时钟周期通过四组先进先出存储器实现对步骤B1中视频信号的存储和读取：其中，在前四个时钟周期，第一组和第二组先进先出存储器分别用于第一路视频、第二路视频的当前帧的读取，第三组和第四组先进先出存储器分别用于第一路视频、第二路视频当前帧的下一帧的存储；在下四个时钟周期，第三组和第四组先进先出存储器中保存的第一路视频、第二路视频当前帧的下一帧成为当前帧，第三组和第四组先进先出存储器分别用于当前帧的读取，第一组和第二组先进先出存储器则分别用于此时第一路视频、第二路视频的当前帧的下一帧的存储。

5.如权利要求1所述的用于时分式双目立体显示系统中的时分式双目立体显示方法，其特征在于，所述的步骤B后，还包括将步骤B中合成的倍频的双路立体视频信号实时显示的步骤。

6.一种时分式双目立体显示系统，其特征在于，包括：

视频信号获取模块，用于获取双目摄像机对应的双路视频信号；

帧合成模块，与视频信号获取模块连接，用于将获取的双路视频信号的每一路视频信号对应的奇数场视频信号和偶数场视频信号合成为逐行扫描的帧视频信号；

倍频合成模块，与帧合成模块及视频信号获取模块连接，用于将合成的逐行扫描的帧视频信号进行倍频处理，生成倍频的双路立体视频信号输出。

7.如权利要求6所述的时分式双目立体显示系统，其特征在于，所述的时分式双目立体显示系统中还设有四组先进先出存储器，分别用于交替地保存帧视频信号，供倍频合成模块生成倍频的双路立体视频信号。

8.如权利要求6所述的时分式双目立体显示系统，其特征在于，所述的倍频合成模块包括有：

同步信号提取模块，与视频信号获取模块相连接，用于从双目摄像机采集的视频信号中提取场频为N的场同步信号；

同步信号倍频模块，与同步信号提取模块连接，用于将场频为N的同步信号倍频成频率为2N的倍频同步信号；

立体视频生成模块，与同步信号倍频模块及帧合成模块连接，用于根据倍频产生的同步信号读取并生成倍频的逐行扫描的双路立体视频信号输出。

9.如权利要求6所述的时分式双目立体显示系统，其特征在于，所述的时分式双目立体显示系统中还包括实时播放模块，用于将倍频合成模块中生成的倍频的双路立体视频信号实时播放。

10.如权利要求6所述的时分式双目立体显示系统，其特征在于，所述的时分式双目立体显示系统中还包括视频存储模块，用于将倍频合成模块中生成的倍频的双路立体视频信号存储到可读介质上。

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