CN102075773B - 立体与平面图像混合信号在超大屏幕上显像的同步方法 - Google Patents

Abstract

一种立体与平面图像混合信号在超大屏幕上显像的同步方法，包括：a.接收不同的立体信号格式输入，并解码为左右眼交替出现的平面信号格式，同时产生帧同步信号用来标明左眼帧和右眼帧；b.把不同立体信号之间的左眼帧、右眼帧信号分别叠加，立体信号的左眼帧信号与平面信号、右眼帧信号与平面信号的分别叠加，叠加后的信号结合帧同步信号；c.通过图像控制器截取相应部分图像并产生重合区域和融合带参照帧同步信号同步输出给显示设备，同时由按每一帧的同步信号生成控制液晶快门开关的信号，经过红外发射器输出立体同步信号。

Description

立体与平面图像混合信号在超大屏幕上显像的同步方法

技术领域

本发明涉及超大屏幕的显像技术，主要是指一种通过边缘融合图像控制器控制液晶快门开关眼镜实现立体与平面图像混合信号在超大屏幕上显像的同步方法。

背景技术

在指挥监控中心、工业设计仿真领域要求亮丽的超大画面、纯真的色彩、高分辨率的显示效果，在进行超大屏幕或者超大面积的画面显示时，特别是多个不同的信号同时在一个超大屏幕进行显示时，需要采用具备边缘融合技术的图像控制器。近年来兴起的边缘融合技术是新的无缝拼接技术，可以更好地改善了拼接图像的视觉效果。

边缘融合技术就是将一组投影机投射出的画面进行边缘重叠，并通过融合图像处理技术显示出一个没有缝隙更加明亮、超大、高分辨率的整幅画面，画面的效果就好象是一台投影机投射的画质。当两台或多台投影机组合投射一幅画面时，会有一部分影像灯光重叠，边缘融合的最主要功能就是把两台投影机重叠部分的灯光亮度逐渐调低，使整幅画面的亮度一致。采用边缘融合技术组成的整幅画面具备以下的性能优势：1、增加图像尺寸，可以组成超大面积的显示画面，由多台投影机拼接投射出来的画面可以组成无限大的显示面积而保持整个画面的完美性和色彩的一致性。2、增加显示的分辨率，展现出的图像分辨率由每台投影合成后的分辨率是减去交叠区域像素后的总和。

采用边缘融合技术完成的大屏幕，由于是整幅屏幕，消除了传统大屏幕拼接存在的屏幕间的物理缝隙，从而使得屏幕显示图象整幅保持完整，更消除了光学缝隙，在显示地形、地图、管线图、仿真信息时，保证了显示图像的完整性和美观性。

边缘融合图像控制器是实现多路不同信号在完整大屏幕上显示为无缝宽屏的核心图像控制处理设备。具备对外部图像信号的边缘融合处理、多路输入源选择、无缝切换、图像处理、信号窗口操控等功能，可满足支持多个信号多个窗口以无缝融合宽屏信号为背景的同时显示。图像控制器包括图像数据复制、生成重叠的投影区域、重叠图像的边缘羽化、外部图像信号的采集、缩放、窗口操控、信号源选择等等功能。以边缘融合图像控制器为核心构成的大屏幕显示系统，可实现下列功能：(1)多个视频信号输入(包括平面图像与立体图像信号)，图像控制器可以根据系统配置为多个信号源输入，每个输入均可在高分辨下被处理。信号源包括有：VGA，Video以及DVI、HDMI、SD、HD SDI等等。(2)多个通道信号输出，图像控制器可以根据所需要支持的投影机的数量设定输出通道数量。(3)对各种信号的效果控制包括：视窗操控、图像缩放、边缘融合等。

目前立体显示技术从观看方式上可以分为裸视式观看和眼镜式观看两种，裸视式立体显示因为不需要额外的设备即可让观众欣赏到立体效果，而受到了消费者的普遍欢迎和厂家的重视，裸眼式立体技术是现在3D显示技术的发展方向，但是裸眼式显示技术的发展还不成熟。眼镜式立体显示技术发展较早，解决方案也比较成熟，具体的技术上还可以分为：光谱式、被动偏振光式、主动快门式等等。眼镜式实现立体画面的显像需要佩戴特定的眼镜，例如光谱式采用不同镜片的眼镜，被动偏振式采用圆偏振或者线偏振镜片的眼镜，主动快门式采用液晶开关快门眼镜等。

立体成像的原理就是用两个摄像机模拟人眼观察事物的原理，拍摄两幅视角略有差异的画面，在播放的时候分别向人的两只眼睛进行输出，通过技术方法保证在播放时，左边摄像机拍摄的画面只进入观看者的左眼，右边摄像机拍摄的画面只进入观看者的右眼，让观看者的两只眼睛分别只能观看到制定的画面，这样在观看者的脑海里形成立体的视觉。

主动快门式立体显示技术，又称为分法遮光或液晶分时技术，主要是靠液晶眼镜的特性来实现的，液晶眼镜片是可以分别控制开与关的两片液晶屏，正常显示为透明状态，通电之后就会变黑色。通过特殊的信号发射装置发送红外控制信号时，液晶眼镜在接收到这类控制信号时，通过通电来控制镜片的透明与不透明，达到遮挡某只眼睛的目的，让播放的立体信号内容，在播放左眼画面时将眼镜的右眼镜片变黑关闭，反之在播放右眼画面信号时将液晶眼镜的左眼镜片通电变黑关闭，从而达到立体播放内容与观看者眼睛之间实现精确同步，达到立体显像的视觉效果。

播放复合立体信号时，在显示屏幕上会交替出现左右眼画面的信号，在播放左画面时，液晶眼镜的左镜片打开，右镜片关闭，观众左眼看到需要让左眼看见的画面，右眼什么都看不到。在播放右眼画面时，液晶眼镜右镜片打开，左镜片关闭，左眼看不到画面，让左右眼分别看到左右各自的画面，从而实现3D立体效果。这个控制交替过程只有达到120次／每秒以上时，才能保证单眼的接受频率不低于60Hz从而才能欣赏到连贯而不闪烁的立体画面，所以主动式3D显示技术要求信号输出的的刷新率至少达到120Hz。

立体信号源是实现立体显示系统的基础，一般的立体信号分为两种，复合立体信号与分离式立体信号。复合式立体信号是指一个立体视频信号里面即包括左眼信息，又包括右眼信息。不同信息按帧分隔，奇数帧为左眼，偶数帧为右眼信号，信号内容是左右眼交替的方式播放。分离信号是指每个图像由两个独立的视频信号构成也就是两个立体信号源，一个是只包含左眼信息的视频信号，一个是只包含右眼信息的视频信号。在播放分离信号时，将两个不同的信号文件同时进行播放。

采用液晶快门开关方式实现立体显示的基本原理是：信号源采用左右眼信息间隔的复合式立体信号，当立体信号进行播放时，播放设备在播放奇数帧左眼信号时，通过红外发射器，发送左眼内容的识别信号，液晶快门开关眼镜接收到该红外信号时关闭右眼的眼镜片，只让信号通过眼镜进入左眼，同理，播放设备在播放偶数帧的右眼信号时，通过红外发射器，发送右眼内容的识别信号，液晶快门开关眼镜接收到该右眼红外信号时关闭左眼的眼镜片，只让信号通过眼镜进入右眼，从而达到左右眼信号分别只进入左眼和右眼的目的从而实现立体显像效果。

在高端仿真设计、地形显示等应用场合中，往往需要在由多台投影机组成的大屏幕上显示多个外部图像信号的同时兼容显示立体信号，也就是在整个大屏上同时出现平面图像信号和立体图像信号。这种功能需求往往要求图像控制器既能处理操控平面图像信号又能处理显示和操控立体图像信号，并将两者信号有机地融合成一个完整的大屏。

整个平面立体信号混合显示的系统中，图像控制器既要处理平面信号，又要处理立体信号。如果外部的立体输入信号是复合的立体信号，为保证观众能有立体感的体验效果，整个系统还必须有控制液晶快门开关同步信号的装置来保证立体信号的同步控制。

在平面立体信号混合显示的大屏系统中，复合立体信号的播放设备与液晶快门开关眼镜之间通过红外发射器发送识别信号来实现的主动快门式立体显像。目前红外发射器发送立体识别信号控制液晶开关眼镜的途径有：A)通过播放复合立体信号的电脑来控制红外发射器；此方式为在播放复合立体信号内容的同时，播放设备(往往是电脑)通过专门配置的红外发射器控制发送快门开关的红外立体同步控制信号。此种途径方式控制同步信号的发送，局限性在于：在支持多台投影机构成的无缝大屏幕时，用于播放复合立体信号的电脑在处理平面和立体信号的同时，没有足够的资源和能力完成边缘融合相关的技术实现大屏幕无缝拼接，也就是用于播放立体信号的电脑往往只能支持一台投影机的显示和同步控制，不能实现在边缘融合超大屏幕上实现平面和立体信号的混合显示。B)通过接收复合立体信号的投影机来控制发送快门开关的红外信号。也就是通过投影机专门设计的特殊端口来配置红外发射器，在投影机播放立体信号的同时，将立体同步控制信号发出，在实现超大屏幕显示时，通过多台投影机串联同步信号的方式实现立体信号的同步控制，可以满足由多台投影机组成的边缘融合大屏幕的要求，同时还可以实现主动式立体信号的显示。但此方法存在的局限性在于：往往不能同时处理立体信号和平面信号，也就是平面信号和立体信号不能混合在大屏幕上显示，只能以两种不同的状态通过不同的场景切换来显示，当显示立体信号时，无法同时显示平面信号，反之亦然。

在高端仿真应用中，往往需要在多个投影机组成的超大屏幕上，不仅仅能显示单个立体画面或者多个平面信号画面，往往还要求在整个大屏幕上同时显示平面信号和立体信号。在这种应用需求下，通过A方式显像的立体信号，受限于播放立体信号的电脑的处理能力，显示画面的尺寸比较小，往往只能采用一台投影来显示有限的篇幅。采用B方式虽然可以实现大平面的立体显示，但是又不能同时处理多个信号平面或者立体信号的同时显示。

通过在边缘融合图像控制器上控制主动立体同步红外信号发送的方法既可以满足构建由多台投影机组成的大屏幕的要求，同时又能满足多个平面和立体信号同时显示的技术需求。发送信号显示的同步方式决定了整套系统能实现的功能，既要满足需要显示的画面内容能支持多台投影机构成的大画面，同时还需要对多个不同屏幕信号和立体信号进行兼容显示，还需要保持立体信号与液晶快门开关眼镜的同步控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种将立体与平面图像混合信号在超大屏幕上显像的全新同步控制方法。在由多台投影机组成的大屏幕墙，不同投影机显示整体画面的不同部分，需要对所有输入的图像信号进行复杂处理包括不同分辨率平面信号的采集、缩放、叠加，再分割为屏幕上的不同位置以边缘融合的技术输出。有关图像处理的相关工作由边缘融合图像控制器完成，因此通过边缘融合图像控制器来发送主动立体复合信号的同步信号控制，是在高端仿真应用下的有效途径。此方法可以将多个平面和复合立体信号兼容处理，既满足多个平面立体信号混合显示的问题，同时完成边缘融合技术的输出实现大屏幕显示，通过该设备驱动的红外发射器的立体同步信号，又可以确保立体信号在整个大屏幕的任意位置完整展现。

实现本发明的方法是：图像采集单元采集不同格式的立体信号和平面信号，把不同格式的立体信号转变为一帧左眼、一帧右眼交替出现的平面信号，传送给立体同步处理单元的立体输入口，平面信号输入到平面输入口，立体同步处理单元根据预先设置改变信号的大小和位置，并把不同立体信号之间的左眼信号与左眼信号、右眼信号与右眼信号的分别叠加，立体信号的左眼信号与平面信号、右眼信号与平面信号的分别叠加。叠加后的信号结合帧同步信号传输给图像融合单元，图像融合单元中不同输出单元截取相应部分图像并产生重合区域和融合带参照帧同步信号同步输出给显示设备。立体同步信号生成单元按帧同步信号生成控制液晶快门开关的同步信号，经过红外发射器输出立体同步信号。

实现本发明的装置是：包括依次连接的图像采集单元、立体同步处理单元、图像融合单元和立体同步信号生成单元，其中图像采集单元将采集到的外部不同格式的立体信号转换为平面信号，并结合帧同步信号传送给立体同步处理单元，立体同步处理单元接收到不同图像立体信号和平面信号根据预先设置改变信号的大小和位置，经叠加后结合帧同步信号传送给图像融合单元，图像融合单元将不同输出单元截取相应部分图像并产生重合区域和融合带参照帧同步信号同步输出给显示设备，立体同步信号生成单元把帧同步信号转换为液晶快门开关的红外控制信号。

本发明具有的有益效果：通过图像控制器输出对液晶快门开关的控制信号的方法，可以达到以下的效果：1)可以显示对主动立体信号的超大平面显像。与通过电脑控制同步的方式不同，由于电脑的输出分辨率有限，如果要显示大平面的主动立体信号画面，需要对原始画面进行切割再放大，这样局部画面之间的同步很难控制。产生的画面往往产生不了立体效果。此方法通过图像控制器产生同步方式，由于图像控制器的功能之一是对外部输入的信号进行处理，构筑出一幅大平面的显示画面，在输出的同时，发送同步控制信号，能满足大画面显示的同时，实现立体信号的同步控制。2)可以同时处理多个平面或者立体信号。与通过投影机发送同步信号的方式不同，当显示多个信号内容时，需要电脑对外部信号进行处理输出，投影机的同步输出，无法控制采用图像控制器采集的外部数字模拟的信号，包括立体信号。此方法在图像控制器内部完成画面叠加、缩放、和分割处理后，分段输出大画面的局部图像信号来构成完整画面，在输出的同时，将涉及主动立体的信号内容的同步控制通过红外直接发送来控制液晶快门眼镜，这样即保证了能同时处理多个平面信号，同时复合的立体信号的同步显示的同时，可以组成一幅超大分辨率或者超大面积的画面。

附图说明

图1是本发明的整体原理框图。

图2是图1中的图像采集单元信号处理框图。

图3是图1中的立体同步处理单元信号处理图，表示多路立体信号中的两路立体信号。

图4是图1中的立体同步处理单元信号处理图，表示多路立体信号中的一路立体信号和一路平面信号。

图5是图1中的立体同步信号生成单元信号处理图，其中5a是帧同步信号，5b是某一种液晶开关眼镜的红外线波形。

图中：1图像采集单元、2立体同步处理单元、3图像融合单元、4立体同步信号生成单元、5左眼、6右眼、7各种不同格式的立体信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明的同步方法是：

接收不同的立体信号格式输入，并解码为左右眼交替出现的平面信号格式，同时产生帧同步信号用来标明左眼帧和右眼帧；

把不同立体信号之间的左眼帧、右眼帧信号分别叠加，立体信号的左眼帧信号与平面信号、右眼帧信号与平面信号的分别叠加，叠加后的信号结合帧同步信号；

通过图像控制器截取相应部分图像并产生重合区域和融合带参照帧同步信号同步输出给显示设备，同时由按每一帧的同步信号生成控制液晶快门开关的信号，经过红外发射器输出立体同步信号。

如图所示，本发明的整体原理框图如图1所示，包括图像采集单元1、立体同步处理单元2、图像融合单元3和立体同步信号生成单元4。图像采集单元1采集外部输入信号，采集的信号是立体信号时，把不同格式的立体信号转换为一帧左眼、一帧右眼交替的平面信号结合帧同步信号，传送给立体同步处理单元2。立体同步处理单元2接收到不同图像立体信号和平面信号根据预先设置改变信号的大小和位置，并把不同立体信号之间的左眼信号与左眼信号、右眼信号与右眼信号的分别叠加，立体信号的左眼信号与平面信号、右眼信号与平面信号的分别叠加。叠加后的信号结合帧同步信号传输给图像融合单元，图像融合单元中不同输出单元截取相应部分图像并产生重合区域和融合带参照帧同步信号同步输出给显示设备，同时按帧同步信号生成控制液晶快门开关的同步信号，经过红外发射器输出立体同步信号。

图像采集单元1，可以接收不同的立体信号格式(Frame sequential(帧连续)、Frame packing(帧封装)、Side-by-side(并排)、Checkerboard(棋盘)等)输入解码为左右眼交替出现的平面信号格式，并产生帧同步信号用来标明左眼帧和右眼帧。

立体同步处理单元2改变图像采集单元1传输过来的平面信号的大小和位置，对不同通道信号相互叠加，并输出帧同步信号给图像融合单元3。

图3是立体同步处理单元2两路立体信号处理图，多路信号处理方式相同。图像采集单元1输出的立体转换后的左右眼交替的平面信号A、B和帧同步A、B信号，输入到立体同步处理单元2，立体同步处理单元2根据帧同步A信号提取立体转换后的左右眼交替的平面信号A的左眼信号与根据帧同步B信号提取立体转换后的左右眼交替的平面信号B的左眼信号相叠加生成一幅大画面“C左眼”，根据帧同步A信号提取立体转换后的左右眼交替的平面信号A的右眼信号与根据帧同步B信号提取立体转换后的左右眼交替的平面信号B的右眼信号相叠加生成一幅大画面“C右眼”，“C左眼”和“C右眼”交替输出。帧同步C信号选取帧同步A和帧同步B两者中数值较大的一个。

图4是立体同步处理单元2一路立体信号一路平面信号处理图，多路信号处理方式相同。图像采集单元1输出的平面信号B与立体转换后的左右眼交替的平面信号A和帧同步A信号，输入到立体同步处理单元2。立体同步处理单元2根据帧同步A信号提取立体转换后的左右眼交替的平面信号A的左眼信号与平面信号B帧1相叠加生成一幅大画面“C左眼”，根据帧同步A信号提取立体转换后的左右眼交替的平面信号A的右眼信号与平面信号B帧1相叠加生成一幅大画面“C右眼”，下一时刻立体同步处理单元2根据帧同步A信号提取立体转换后的左右眼交替的平面信号A的左眼信号与平面信号B帧2相叠加生成一幅大画面“C左眼”，根据帧同步A信号提取立体转换后的左右眼交替的平面信号A的右眼信号与平面信号B帧2相叠加生成一幅大画面“C右眼”，“C左眼”和“C右眼”交替输出。帧同步C信号与帧同步A信号相同。

图5是立体同步信号生成单元4把帧同步信号转换为液晶快门开关的红外控制信号，可以改变红外控制信号的波形，控制不同的液晶快门开关方式的眼镜。

Claims (1)

1.一种立体与平面图像混合信号在超大屏幕上显像的同步方法，其特征包括： 

a.接收不同的立体信号格式输入，并解码为左右眼交替出现的平面信号格式，同时产生帧同步信号用来标明左眼帧和右眼帧；

b.把不同立体信号之间的左眼帧信号相叠加，不同立体信号之间的右眼帧信号相叠加，立体信号的左眼帧信号与平面信号相互叠加，立体信号的右眼帧信号与平面信号相互叠加；

c.叠加后的信号结合帧同步信号传输给图像融合单元，图像融合单元中不同输出单元通过图像控制器截取相应部分图像并产生重合区域和融合带参照帧同步信号同步输出给显示设备，同时由按每一帧的同步信号生成控制液晶快门开关的信号，经过红外发射器输出立体同步信号。

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