CN101807115B - 交互式立体显示系统以及距离计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交互式立体显示系统以及距离计算方法，该交互式立体显示系统包括立体显示面板、互动组件及影像辨识单元。立体显示面板具有内嵌式的光感测阵列。互动组件包括投射光源以及屏蔽。屏蔽具有图案以定义出互动组件所投射出的影像。影像被内嵌式的光感测阵列撷取。图案与影像分别包括二彼此交叉的条状图案与条状影像。影像辨识单元与内嵌式的光感测阵列电性连接，并根据内嵌式的光感测阵列的撷取影像计算出互动组件与立体显示面板的相对位置。上述计算相对位置的方法包括根据条状图案与条状影像的长度以及投射光源的发散角与倾斜角度，以计算出互动组件与立体显示面板的相对位置。

Description

交互式立体显示系统以及距离计算方法

技术领域

本发明是有关于一种立体显示系统(3D display system)以及距离计算方法，且特别是有关于一种交互式立体显示系统(interactive 3D displaysystem)以及距离计算方法。

背景技术

近年来，随着显示技术的不断进步，使用者对于显示器的显示质量(如影像分辨率、色彩饱和度等)的要求也越来越高。然而，除了高影像分辨率以及高色彩饱和度之外，为了满足使用者观看真实影像的需求，亦发展出能够显示出立体影像的显示器。在当前立体显示技术持续发展的同时，可预见使用者能与立体影像做及时互动将会是下个世代人机互动的趋势。

当前立体交互式显示装置是透过捕捉使用者于三维空间的位置影像以达到面板画面同步的互动。在实际的操作上，现阶段的交互式显示装置是藉由于立体显示器外加装追踪装置(tracking device)以感测使用者的输入信号，进而能追踪手指的位置。在现有技术中，追踪装置与立体显示器的相对位置会影响追踪装置的感测范围，故当使用者在某些位置或斜向点击立体显示器的立体影像时，追踪装置较难检测使用者的输入信号，甚至容易出现误动作，进而造成互动灵敏度下降。除此之外，额外配置的追踪装置亦会增加交互式显示装置的体积，而造成空间上的配置不便。

发明内容

本发明提供一种交互式立体显示系统(interactive 3D display system)，其具有良好的互动灵敏度。

本发明提供一种距离计算方法，其适用于交互式立体显示系统中，以计算出互动组件与立体显示面板之间的相对位置。

本发明提供一种交互式立体显示系统，其包括一立体显示面板、一互动组件(interactive device)以及一影像辨识单元。立体显示面板具有一内嵌式的光感测阵列(in-cell type optical sensor array)。互动组件包括一投射光源以及一屏蔽。屏蔽具有一图案以定义出互动组件所投射出的一影像。影像被内嵌式的光感测阵列撷取，其中图案包括二彼此交叉的条状图案，且影像包括二彼此交叉的条状影像。另外，影像辨识单元与内嵌式的光感测阵列电性连接，并根据内嵌式的光感测阵列所撷取的影像来计算出互动组件与立体显示面板的相对位置。而计算互动组件与立体显示面板的相对位置的方法包括：根据其中一个条状图案的长度、其中一个条状影像的长度、投射光源的发散角以及投射光源的倾斜角度，以计算出互动组件与该立体显示面板的相对位置。

在本发明的一实施例中，上述的图案具有二彼此交叉的条状遮蔽图案，且这些条状遮蔽图案对应到彼此交叉的条状影像。

在本发明的一实施例中，每一条状遮蔽图案的长度相等。

在本发明的一实施例中，每一条状遮蔽图案的延伸方向相互垂直。

在本发明的一实施例中，上述的图案具有二彼此交叉的条状镂空区域，且这些条状镂空区域对应到彼此交叉的条状影像。

在本发明的一实施例中，每一条状镂空区域的长度相等。

在本发明的一实施例中，每一条状镂空区域的延伸方向相互垂直。

在本发明的一实施例中，上述的投射光源包括一发光二极管光源。

除此之外，本发明还提出一种距离计算方法，其适于计算一互动组件到一内嵌式的光感测阵列的最短距离。互动组件包括一投射光源以及一屏蔽。屏蔽具有一图案以定义出互动组件所投射出的一影像，而影像被内嵌式的光感测阵列撷取，其中图案包括二彼此交叉的条状图案，而影像包括二彼此交叉的条状影像。上述的距离计算方法包括：根据其中一个条状图案的长度、其中一个条状影像的长度、投射光源的发散角以及投射光源的倾斜角度，以计算出互动组件与内嵌式的光感测阵列的最短距离。

在本发明的一实施例中，上述的每一条状图案的长度为x，其中一个较长的条状影像的长度为W_L，投射光源的发散角为ψ，投射光源的倾斜角度为θ，而互动组件与内嵌式的光感测阵列的最短距离为h，且x、W_L、ψ、θ、h满足下列关系式：

$W_L=\frac{h}{\tan (\mathrm{\ψ}-\mathrm{\θ})}+2x\cos \mathrm{\θ}$

在本发明的一实施例中，0°≤θ≤40°。

在本发明的一实施例中，上述的每一条状图案的长度为x，其中一个较短的条状影像的长度为W_S，投射光源的发散角为ψ，投射光源的倾斜角度为θ，而互动组件与内嵌式的光感测阵列的最短距离为h，且x、W_S、ψ、θ、h满足下列关系式：

W_S＝2×(hsecθ×cotψ+x)

基于上述，本发明的实施例采用内嵌式的光感测阵列并于互动组件上设计条状图案，以依据影像图案的长度对应倾斜角度θ与最短距离h的变化来计算互动组件与立体显示面板的相对位置，故能解决习知使用者因斜向点击立体显示面板所造成的误动作，进而提升交互式立体控显示系统的互动灵敏度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明第一实施例的交互式立体显示系统的示意图；

图2为影像在立体显示面板上的投影示意图；

图3为条状影像的长度与距离h的实验模拟图；

图4为本发明第二实施例的图案与影像的示意图。

其中，附图标记：

1000：交互式立体显示系统

1100：立体显示面板

1110：内嵌式的光感测阵列

1200：互动组件

1220：投射光源

1232：影像

1240：屏蔽

1242：图案

1242a、1242b、2242a、2242b：条状图案

1232a、1232b、2232a、2232b：条状影像

1300：影像辨识单元

h：最短距离

x：长度

θ：倾斜角度

具体实施方式

【第一实施例】

图1为本发明第一实施例的交互式立体显示系统(interactive 3Ddisplay system)的示意图。请参照图1，本实施例的交互式立体显示系统1000包括一立体显示面板1100、一互动组件(interactive device)1200以及一影像辨识单元1300。立体显示面板1100具有一内嵌式的光感测阵列(in-celltype optical sensor array)1110，且影像辨识单元1300与内嵌式的光感测阵列1110电性连接。

请继续参照图1，互动组件1200包括一投射光源1220以及一屏蔽1240，其中投射光源1220包括一发光二极管(light emitting diode，LED)或是其它具有投射性质的光源。屏蔽1240具有一图案1242以定义出互动组件1200所投射出的一影像1232，而影像1232被内嵌式的光感测阵列1110撷取。如图1所示，图案1242包括二彼此交叉的条状图案1242a、1242b，且影像1232包括二彼此交叉的条状影像1232a、1232b。

进一步而言，本实施例的条状图案1242a、1242b为二彼此交叉的条状遮蔽图案，且条状遮蔽图案1242a、1242b对应到彼此交叉的条状影像1232a、1232b。交叉的遮蔽图案1242a、1242b为一暗区。另外，条状遮蔽图案1242a、1242b的长度x实质上相等，且延伸方向实质上相互垂直。值得一提的是，在其它实施例中，条状遮蔽图案1242a、1242b的长度亦可不同且延伸方向不一定要相互垂直。

另一方面，藉由内嵌式的光感测阵列1110撷取上述的影像1232，影像辨识单元1300便能根据内嵌式的光感测阵列1110所撷取的影像1232来计算互动组件1200与立体显示面板1100的相对位置。在本实施例中，影像辨识单元1300例如可推算出互动组件1200到内嵌式的光感测阵列1110的最短距离h。而影像辨识单元1300计算互动组件1200与立体显示面板1100的相对位置的方法包括：根据条状图案1242a或1242b的长度x、条状影像1232a或1232b的长度W_S、W_L、投射光源的发散角(ψ)以及投射光源1220的倾斜角度θ，以计算出互动组件1200与立体显示面板1100的相对位置。相关的计算方法将于稍后做更进一步的描述。

图2为影像1232在立体显示面板1100上的投影示意图，其中子部份(a)~(e)分别对应不同位置以及不同倾斜角度θ的互动组件1200。详细来说，在子部份(a)~(e)中，对应子部分(a)的互动组件1200距离立体显示面板1100最近，而对应子部分(e)的互动组件1200距离立体显示面板1100最远。除此之外，由于互动组件1200的投射光源1220非正向垂直入射至立体显示面板1100，故长度x相同的条状图案1242a、1242b会对应到不同长度的条状影像1232a、1232b。

如图2所示，由于投射光源1220斜向入射的关系，故在子部分(a)~(e)中，条状影像1232b的长度大于条状影像1232a的长度。由上述可知，互动组件1200与立体显示面板1100的距离，以及互动组件1200的倾斜角度θ会影响条状图案1242a、1242b的长度。因此，藉由感测条状图案1242a或1242b的长度便能反推互动组件1200与内嵌式的光测阵列1110的距离，亦即互动组件1200与立体显示面板1100的相对位置。

为方便后续说明，在此，将较长的条状影像1232b的长度定为W_L，而将较短的条状影像1232a的长度定为W_S。另外，在此亦将互动组件1200与内嵌式的光测阵列1110的最短距离定为h。在本实施例中，0°≤θ≤40°，且x、W_L、ψ、θ、h与x、W_S、ψ、θ、h分别满足下列关系式：

$W_L=\frac{h}{\tan (\mathrm{\ψ}-\mathrm{\θ})}+2x\cos \mathrm{\θ}$

W_S＝2×(hsecθ×cotψ+x)

由上述关系式可知，条状影像1232a、1232b的长度W_L、W_S对应不同倾斜角度θ以及不同距离h的变化为线性变化。因此，图1的影像辨识单元1300便能根据其中一个条状图案的长度x、其中一个条状影像的长度W_L或W_S、投射光源的发散角ψ以及投射光源1220的倾斜角度θ，以计算出互动组件1200与内嵌式的光感测阵列1110的最短距离h。

图3为条状影像的长度与距离h的实验模拟图，其中左边为不同倾斜角度θ下，长度W_L与距离h的关系图，而右边为不同倾斜角度θ下，长度W_S与距离h关系图。如图3所示，长度W_L、W_S对应不同倾斜角度θ与不同距离h的变化可被视为线性变化，故影像辨识单元1300能根据长度W_L或W_S的变化而推得对应的距离h。另外，由于影像辨识单元1300在计算距离h时，已考虑倾斜角度θ的因素，故不会有习知因斜向点击所造成的误动作，进而能够提升交互式立体显示系统1000的互动灵敏度。除此之外，藉由使用内嵌式的光感测阵列1110可以有效降低习知立体显示装置中加装追踪装置的体积。另外，由于本实施例的互动组件1200容易制作，故能降低交互式立体显示系统1000的制作成本。

【第二实施例】

图4为本发明第二实施例的图案与影像的示意图。图4的图案2242与图1的图案1242类似，但二者主要差异之处在于：图案2242具有二彼此交叉的条状镂空区域2242a、2242b，且条状镂空区域2242a、2242b对应到彼此交叉的条状影像2232a、2232b。

另外，条状镂空区域2242a、2242b的长度实质上相等，且条状镂空区域2242a、2242b的延伸方向实质上相互垂直。上述的图案2242定义出互动组件所投射出的影像2232，其中交叉的条状影像2232a、2232b为一亮区。值得一提的是，在其它实施例中，条状遮蔽图案2242a、2242b的长度亦可不同且延伸方向不一定要相互垂直。

请同时参照图1与图4，与第一实施例类似，影像2232会被内嵌式的光感测阵列1110撷取，以使影像辨识单元1300根据内嵌式的光感测阵列1110所撷取的影像2232来计算出互动组件与立体显示面板1100的相对位置。

综上所述，本发明的实施例采用内嵌式的光感测阵列并于互动组件上设计条状图案，以依据影像图案的长度对应倾斜角度θ与最短距离h的变化来计算互动组件与立体显示面板的相对位置，故能解决习知使用者因斜向点击立体显示面板所造成的误动作，进而提升交互式立体控显示系统的互动灵敏度。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与修改，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种交互式立体显示系统，其特征在于，包括：

一立体显示面板，具有一内嵌式的光感测阵列；

一互动组件，包括一投射光源以及一屏蔽，该屏蔽具有一图案以定义出该互动组件所投射出的一影像，而该影像被该内嵌式的光感测阵列撷取，其中该图案包括二彼此交叉的条状图案，且该影像包括二彼此交叉的条状影像；以及

一影像辨识单元，与该内嵌式的光感测阵列电性连接，其中该影像辨识单元根据该内嵌式的光感测阵列所撷取的该影像来计算出该互动组件与该立体显示面板的相对位置，而计算该互动组件与该立体显示面板的相对位置的方法包括：根据其中一个条状图案的长度、其中一个条状影像的长度、该投射光源的发散角以及该投射光源的倾斜角度，以计算出该互动组件与该立体显示面板的相对位置；

其中，各该条状图案的长度为x，其中一个较长的条状影像的长度为W_L，一个较短的条状影像的长度为W_S，该投射光源的发散角为ψ，该投射光源的倾斜角度为θ，而该互动组件与该内嵌式的光感测阵列的最短距离为h，且x、W_L、W_S、ψ、θ、h满足下列关系式：

$W_L=\frac{h}{\tan (\mathrm{\ψ}-\mathrm{\θ})}+2x\cos \mathrm{\θ}$ 和

W_S＝2×(hsecθ×cotψ+x)。

2.如权利要求1所述的交互式立体显示系统，其特征在于，该图案具有二彼此交叉的条状遮蔽图案，且该些条状遮蔽图案对应到该些彼此交叉的条状影像。

3.如权利要求2所述的交互式立体显示系统，其特征在于，各该条状遮蔽图案的长度相等。

4.如权利要求2所述的交互式立体显示系统，其特征在于，各该条状遮蔽图案的延伸方向相互垂直。

5.如权利要求1所述的交互式立体显示系统，其特征在于，该图案具有二彼此交叉的条状镂空区域，且该些条状镂空区域对应到该些彼此交叉的条状影像。

6.如权利要求5所述的交互式立体显示系统，其特征在于，各该条状镂空区域的长度相等。

7.如权利要求5所述的交互式立体显示系统，其特征在于，各该条状镂空区域的延伸方向相互垂直。

8.如权利要求1所述的交互式立体显示系统，其特征在于，该投射光源包括一发光二极管。

9.一种距离计算方法，适于计算一互动组件到一内嵌式的光感测阵列的最短距离，该互动组件包括一投射光源以及一屏蔽，该屏蔽具有一图案以定义出该互动组件所投射出的一影像，而该影像被该内嵌式的光感测阵列撷取，其中该图案包括二彼此交叉的条状图案，而该影像包括二彼此交叉的条状影像，且该距离计算方法包括：

根据其中一个条状图案的长度、其中一个条状影像的长度、该投射光源的发散角以及该投射光源的倾斜角度，以计算出该互动组件与该内嵌式的光感测阵列的最短距离；

其中，各该条状图案的长度为x，其中一个较长的条状影像的长度为W_L，一个较短的条状影像的长度为W_S，该投射光源的发散角为ψ，该投射光源的倾斜角度为θ，而该互动组件与该内嵌式的光感测阵列的最短距离为h，且x、W_L、W_S ψ、θ、h满足下列关系式：

$W_L=\frac{h}{\tan (\mathrm{\ψ}-\mathrm{\θ})}+2x\cos \mathrm{\θ}$ 和

W_S＝2×(hsecθ×cotψ+x)。

10.如权利要求9所述的距离计算方法，其特征在于，0°≤θ≤40°。

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