CN101917638B - 立体显示装置、移动终端及立体显示跟踪方法 - Google Patents

立体显示装置、移动终端及立体显示跟踪方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种立体显示装置。该立体显示装置包括图像显示装置、光学控制元件、方向传感器和控制单元，该光学控制元件设置在该图像显示装置的表面，该方向传感器测量该显示屏的倾角，该控制单元根据该倾角调整该图像显示装置所显示的图像。本发明的立体显示装置跟踪速度快、跟踪精度高和成本低的优点。本发明还提供一种移动终端和立体显示跟踪方法。

Description

立体显示装置、移动终端及立体显示跟踪方法
技术领域
本发明涉及一种立体显示装置、移动终端及立体显示跟踪方法，尤其涉及一种小型立体显示装置、移动终端及立体显示跟踪方法。
背景技术
人的左、右眼有间距，造成两眼的视角存在细微的差别，这样的差别会让左、右眼分别观察的景物有略微的位移，从而在人的大脑中形成立体图像。
近来，裸眼立体显示技术越来越为人们所关注，越来越多的显示屏都向立体显示发展。其中，手机屏的立体显示技术尤其受到关注，由于手机屏幕较小，进行立体显示时由于切变，很容易使观看者感觉眩晕，看不到正常的立体画面。因此，选用具跟踪技术的立体显示，使观看者在不同的位置观看手机都能看到最佳的立体图像，给手机的立体显示技术带来新的突破。
在现有手机中，其立体显示跟踪技术是利用手机自带的摄像头对观看者进行脸部跟踪，通过摄像头捕捉观看者脸部的位置信息，再经过图像处理及软件调试，将最佳的立体显示效果提供给观看者。
但是，这种现有的立体显示跟踪技术对于手机等显示屏幕较小的显示设备来说，存在很多的局限。首先，手机的摄像头通常安装其背面，图像显示屏安装在其正面，而现有的立体显示跟踪技术需要摄像头和显示屏在同一侧，不能对观看者的不同位置进行准确跟踪。其次，现有的摄像头跟踪技术运行起来相对比较复杂，如图像的探测、识别及跟踪，带来大量的数据处理量和占用较多计算资源，不能满足快速的跟踪速度要求。
发明内容
针对现有手机的立体显示跟踪技术对摄像头位置的特殊要求和不能满足快速跟踪需求的问题，本发明提供一种跟踪速度快和跟踪精度高的立体显示装置。
本发明还提供一种移动终端。
本发明还提供一种立体显示跟踪方法。
一种立体显示装置，其包括图像显示装置和光学控制元件，该光学控制元件设置在该图像显示装置的表面，该立体显示装置进一步包括方向传感器和控制单元，该方向传感器测量该图像显示装置的倾角，该控制单元根据该倾角调整该图像显示装置所显示的图像，该控制单元调整该图像显示装置所显示图像的横向周期和左右移动。
作为上述立体显示装置的进一步改进，该光学控制元件为柱透镜光栅，其包括多个微柱透镜。
作为上述立体显示装置的进一步改进，该方向传感器为重力传感器。
作为上述立体显示装置的进一步改进，该倾角包括该图像显示装置相对水平方向的第一倾角和该图像显示装置相对竖直方向的第二倾角，该第一倾角为α＝arcsin[(VX-V0)/V]，该第二倾角为β＝arcsin[(VY-V0)/V]，其中VX为该方向传感器在该第一倾角α时的输出电压，VY为该方向传感器在该第二倾角β时的输出电压，V0为该方向传感器在水平状态下的输出电压，V为重力加速度下的输出电压。
作为上述立体显示装置的进一步改进，该图像显示装置倾斜后，观看者眼睛距离该图像显示装置的距离为Lcosα/cos(α-β)，其中L为观看者眼睛正对该图像显示装置的观看距离，观看者眼睛的水平坐标为[Lcosα/cos(α-β)]·sinβ，竖直坐标为[Lcosα/cos(α-β)]·cosβ。
一种移动终端，该移动终端包括上述任一项所述立体显示装置。
一种立体显示跟踪方法，包括如下步骤：
测量立体显示装置的图像显示装置的倾角；
根据该倾角，调整该图像显示装置在当前倾斜状态下输出的图像，调整该图像显示装置所显示图像的横向周期和左右移动。
作为上述立体显示跟踪方法的进一步改进，该立体显示装置包括重力传感器，该重力传感器用于测量该倾角。
作为上述立体显示跟踪方法的进一步改进，该立体显示装置进一步包括控制单元，该控制单元将该倾角转化为观看者眼睛位置相对于该图像显示装置的位置，从而调整该图像显示装置在当前倾斜状态下输出的图像的排布。
本发明的立体显示装置跟踪速度快、跟踪精度高和成本低的优点。
附图说明
图1是本发明立体显示装置一较佳实施方式的立体结构分解示意图。
图2是图1所示立体显示装置的显示屏所显示的两幅图像。
图3是图1所示立体显示装置的重力感应器测量平面水平倾角的示意图。
图4是将两个图3中所示的重力传感器正交放置在平台中心，测量平台的水平倾角和竖直倾角的示意图。
图5给出显示屏与人眼的三种位置关系示意图。
图6是为观看者相对显示屏水平偏离和竖直偏离时的坐标示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的立体显示装置进行说明。
请参阅图1，是本发明立体显示装置一较佳实施方式的立体分解结构示意图。该立体显示装置1包括显示屏10、柱透镜光栅12、重力传感器14和控制单元16。在本实施方式中，以手机为例说明该立体显示装置1，可以理解的是，本发明的立体显示装置1不仅适用于手机，而且还适用于个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等移动终端。
该显示屏10为带红、绿、蓝(RGB)三原色的显示设备，其作为一种图像显示装置，例如液晶显示模组(liquid crystal display，LCD)、有机电激光显示(Organic Electroluminesence Display，OELD)、等离子显示屏(Plasma DisplayPanel，PDP)、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、真空荧光显示屏(VacuumFluorescent Display，VFD)、场效应显示器(Field Emission Display，FED)、硅基液晶屏(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)、数字光处理(Digital LightProcession，DLP)、阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)。请同时参阅图2，通过软件插值，该显示屏10倾斜插值排列两幅图像。其中，根据需要，比如为了让显示屏10显示的画面让观看者看的最舒服，可以通过控制单元16使得该两幅图像的横向周期和左右移动都可以调整，便于达到最佳观看效果。
该柱透镜光栅12是一种光学控制元件，在本发明中的主要作用是用于裸眼立体显示。该柱透镜光栅12包括多个微柱透镜，且该多个微柱透镜的延伸方向倾斜于该显示屏的像素延伸方向。该柱透镜光栅12将该显示屏10在每个栅距周期内的像素分开成像。通过控制该柱透镜光栅12的栅距以及其与该显示屏10之间的距离，该柱透镜光栅12可以将该显示屏10的每个栅距周期内的像素分开成像，分别进入观看者的左眼和右眼。例如，该柱透镜光栅12将该显示屏10排列的两幅图像中的一幅图像的光线导入观看者左眼，另一幅图像的光线导入观看者右眼，经过观看者大脑的融合即形成了立体效果。当然，本实施方式中仅以柱透镜光栅为例说明，但其并不局限于此，其它合适类型的光栅(比如狭缝光栅)以及光学元件同样适用于本发明。
该重力传感器14是设置在该立体显示装置1内部的方向传感器，以用来感测该立体显示装置1的倾斜方向，由于该显示屏10是装配在该立体显示装置1中的，所以该立体显示装置1的倾斜方向即为该显示屏10的倾斜方向。该重力传感器14是一种微型而精密的微机电系统(micro electro mechanicalsystem，MEMS)器件，其可以利用地球重力场(gravity)感知该显示屏10目前的姿态，如直立、水平和倾斜等，并将运动或重力转换为电信号以测量倾斜角、惯性力、冲击及震动等参数。该重力传感器14的水平测量精度可以达到0.002弧度，并且通过预先编程和使用多个传感器测量平台不同方向，可以一次性得出平台与基准面之间的夹角的大小和方向，举例说明如下。
在测量平台倾角时，将该重力传感器14垂直放置在平台上(该重力传感器14与平台的表面垂直)，该重力传感器14的敏感轴与平台的倾斜轴向一致，在水平状态下应与水平面平行。
在图3中，α为平台相对水平方向的倾角。该重力传感器14的质量块在倾斜方向上的加速度分量为gα＝gsinα，其中g为重力加速度值，该重力传感器14的质量块在此加速度分量gsinα的作用下产生偏移，使该重力传感器14的输出电压发生变化。设该重力传感器14在水平状态下的输出电压为V0，倾角为α时的输出电压为Vα，且在1g加速度作用下的输出电压为V，可以得出关系式(1)：
Vα＝(V/g)gsinα+V0    (1)
进一步，可以求得平面的水平倾角α＝arcsin[(Vα-V0)/V]。
请再参阅图4，同样原理，如果将两个重力传感器14正交放置在平台中心，则可以获得该平台在x方向上的水平倾角α＝arcsin[(VX-V0)/V]和在y方向上竖直倾角β＝arcsin[(VY-V0)/V]。
该控制单元16同样设置在该立体显示装置1内部，其分别与该显示屏10和该重力传感器14电性连接。该控制单元16控制该显示屏所显示图像的横向周期和左右移动，并进一步接收该重力传感器14所测得的倾角数据。根据该重力传感器14测得的水平倾角α和竖直倾角β，该控制单元16将水平倾角α和竖直倾角β转化成观看者双眼的中心位置相对于该显示屏10的坐标，并根据该坐标输出图像左右调节方向，调整该显示屏10在当前倾斜状态下输出的图像的排布。
本发明立体显示装置1在使用中，其立体显示跟踪方法主要包括以下步骤：
步骤S1，该重力传感器14感应该显示屏10相对于竖直方向的倾斜状态；
步骤S2，该重力传感器14测量该显示屏10相对于水平方向的水平倾角α和相对于竖直方向的竖直倾角β，并将水平倾角α和竖直倾角β传送给该控制单元16；
步骤S3，该控制单元16将水平倾角α和竖直倾角β转化为观看者双眼的中心位置相对于该显示屏10的位置，并调节输出该显示屏10在当前倾斜状态下的两幅图像的最佳左右位置。
其中，步骤S3中，将水平倾角α和竖直倾角β转化成观看者双眼的中心位置相对于该显示屏10的位置过程描述如下。
请参阅图5，图5中示出三种情况，设定该显示屏10与观看者双眼的垂直距离均为L，即观看者眼睛正对该显示屏10的观看距离，较佳的情况为L为最佳观看距离。其中，在图5(a)中该显示屏10与观看者的视线垂直，并位于观看者双眼的中心，此时观看者可以看到最佳的立体图像。图5(b)中该显示屏10倾斜，偏离观看者双眼的中心，不能看到正常的立体图像。图5(c)中显示屏10位置和图5(a)中一样，但观看者双眼的中心偏离最佳观看位置，所看到的立体显示效果类似于图5(b)。
请再参阅图6，为观看者相对该显示屏10水平偏离α角，竖直偏离β角的坐标示意图。其中，O点为该显示屏10中心点，OA为竖直方向的轴，最佳观看距离为L，该显示屏10倾斜后相当于观看者水平方向偏离α角，竖直方向偏离β角，偏移后观看者双眼的中心位于B点。根据余弦关系，可以计算出OB＝Lcosα/cos(α-β)，随后得出B点坐标(X，Y)为X＝OBsinβ，Y＝OBcosβ。根据B点坐标(X，Y)，控制单元16调整显示屏10上显示的两幅图像，调整在当前倾斜状态下输出的图像的排布，使观看者的双眼分别看到两幅图像，形成最佳的立体视觉。
在本发明的立体显示装置1中，使用小型精密的MEMS传感器元件作为重力传感器14，进行该显示屏10的立体显示跟踪。不但不需要摄像头和显示屏10位于同一侧，解决了该显示屏10左右倾斜时看不到最佳立体图像的问题，而且不需校正摄像头，并避免因此带来复杂的数据处理，所以其跟踪速度较快，成本对应较低。
本发明的立体显示装置1可以运用到移动终端，比如手机、个人数字助理、便携性电脑、移动型智能机等等。
综上所述，本发明的立体显示装置1具有跟踪速度快、跟踪精度高和成本低的优点。
以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种立体显示装置，其包括图像显示装置和光学控制元件，该光学控制元件设置在该图像显示装置的表面，其特征在于：该立体显示装置进一步包括方向传感器和控制单元，该方向传感器测量该图像显示装置的倾角，该控制单元根据该倾角调整该图像显示装置所显示的图像，该控制单元调整该图像显示装置所显示图像的横向周期和左右移动。
2.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于：该光学控制元件为柱透镜光栅，其包括多个微柱透镜。
3.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于：该方向传感器为重力传感器。
4.根据权利要求3所述的立体显示装置，其特征在于：该倾角包括该图像显示装置相对水平方向的第一倾角和该图像显示装置相对竖直方向的第二倾角，该第一倾角为α＝arcsin[(VX-V0)/V]，该第二倾角为β＝arcsin[(VY-V0)/V]，其中VX为该方向传感器在该第一倾角α时的输出电压，VY为该方向传感器在该第二倾角β时的输出电压，V0为该方向传感器在水平状态下的输出电压，V为重力加速度下的输出电压。
5.根据权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于：该图像显示装置倾斜后，观看者眼睛距离该图像显示装置的距离为Lcosα/cos(α-β)，其中L为观看者眼睛正对该图像显示装置的观看距离，观看者眼睛的水平坐标为[Lcosα/cos(α-β)]·sinβ，竖直坐标为[Lcosα/cos(α-β)]·cosβ。
6.一种移动终端，其特征在于：该移动终端包括如权利要求1至5任一项所述立体显示装置。
7.一种立体显示跟踪方法，其特征在于，该立体显示跟踪方法包括如下步骤：
测量立体显示装置的图像显示装置的倾角；
根据该倾角，调整该图像显示装置在当前倾斜状态下输出的图像，调整该图像显示装置所显示图像的横向周期和左右移动。
8.根据权利要求7所述的立体显示跟踪方法，其特征在于：该立体显示装置包括重力传感器，该重力传感器用于测量该倾角。
9.根据权利要求7所述的立体显示跟踪方法，其特征在于：该立体显示装置进一步包括控制单元，该控制单元将该倾角转化为观看者眼睛位置相对于该图像显示装置的位置，从而调整该图像显示装置在当前倾斜状态下输出的图像的排布。
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