CN102160370A - 具有集成摄像机的监控器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

正如这里所讨论的，提出了一种视觉通信系统、一种进行双向视觉通信的方法和一种装置。在一个实施例中，该装置包括：(1)透镜基板，在其一侧具有第一微透镜阵列；(2)具有第二显示像素阵列的光输出基板；以及(3)具有第三图像传感器阵列的光输入基板，该第三图像传感器阵列相对于第一阵列的显示像素是横向地相间分散的，并且被定位为接收来自于第一阵列的微透镜的光。

Description

具有集成摄像机的监控器及其操作方法
技术领域
本发明总体上涉及显示和图像捕获设备，更具体地，涉及一种具有显示和图像捕获功能的设备。
背景技术
经由计算机网络进行的通信通常远不止涉及传输文本。诸如因特网之类的计算机网络也可以用于音频通信和视觉通信。静止图像和视频是可以通过这样的网络来传输的视觉数据的示例。
可以将摄像机耦合至个人计算机(PC)以提供视觉通信。然后，通过计算机网络，可以使用该摄像机来传输实时视觉信息，例如视频。可以使用双工传输来允许具有视频信息的音频的传输。因此，参与者可以通过计算机网络经由音频和视频进行实时通信(即语音-视频通信)。
发明内容
本发明的一方面提供了一种装置。在一个实施例中，该装置包括：(1)透镜基板，在其一侧上具有第一微透镜阵列，(2)具有第二显示像素阵列的光输基板，以及(3)具有第三图像传感器阵列的光输入基板，该第三阵列的图像传感器相对于第一阵列的显示像素是横向地相间分散的，并且被布置为接收来自于第一阵列的微透镜的光。
本发明的另一方面提供了一种视觉通信系统。在一个实施例中，该视觉通信系统包括：(1)透镜基板，在其一侧上具有微透镜阵列，(2)具有显示像素阵列的光输出基板，(3)具有图像传感器阵列的光输入基板，该阵列的图像传感器相对于光输出基板的显示像素是横向地相间分散的，并且被布置为接收来自于阵列的微透镜的光，(4)至少一个有源矩阵，对显示像素阵列和图像传感器阵列进行寻址，以及(5)控制器，被配置为控制经由至少一个有源矩阵的对图像传感器阵列和显示像素阵列的寻址。
然而，本发明的另一方面提供了一种进行双向视觉通信的方法。在一个实施例中，该方法包括：(1)接收第一图像以进行显示，(2)照亮显示像素阵列以向观看者显示所述第一图像，以及(3)经由图像传感器阵列捕获第二图像，所述图像传感器横向交错在显示像素之间。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现在可以结合附图参考下面的说明，其中：
图1示出了环境示意图，在该环境中具有根据本发明原理所构建的视觉通信系统的实施例的计算机监控器正在用于视频通信；
图2示出了根据本发明原理所构建的视觉通信系统的实施例的正视图，该图说明了显示和图像像素的交错阵列；
图3示出了根据本发明原理所构建的视觉通信系统的实施例的分解图；
图4示出了视觉通信系统的侧视图，并且表示了光线是如何通过视觉通信系统的微透镜阵列进行捕获的实施例。
图5示出了视觉通信系统的正视图，该图表示了根据本发明构建的透镜基板的配置；以及
图6示出了根据本发明原理执行的进行双向视觉通信的方法的流程图。
具体实施方式
在语音-视频通信会话期间，视觉图像的传输依赖于摄像机的放置。因此，由于在一个摄像机或多个摄像机的位置与PC显示屏之间存在差异，所以在通信时观看者不能够“对视”地看到对方。所公开的实施例允许更逼真的语音-视频通信。
多个实施例提供了视觉通信系统，这些视觉通信系统允许语音-视频通信参与者们感觉到他们正在直接地看着对方，而不是通过屏幕和PC摄像机的不同轴。该视觉通信系统通过将显示像素与图像像素交错，来为参与者实现了对准或实质上对准的观看轴。因此，对于每个参与者，视觉通信系统的输入轴(即摄像机)和输出轴(即显示器)实质上相同。因此，观看的差异性会很大程度上地减小，或者至少实质上消除。因此，不需要补偿出现在目前所使用的典型的“屏幕上摄像机”技术中的不方便的观看。然后，通信会话可以更好地仿真人与人的会见(person to person meeting)。
许多实施例介绍了具有集成分布式摄像机的显示器，通过以下方式来构建该显示器：在显示器中嵌入摄像机像素(即，图像传感器)并且通过采用所谓的“微透镜”来允许图像传感器捕获来自于预定方向的光，使得图像传感器协作捕获图像示。可以将图像传感器的阵列嵌入到电子器件和用于对显示像素进行寻址的像素寻址逻辑电路的有源层中。也可以采用该有源层来读取到达图像传感器的光强。
图1示出了一种环境，在该环境下具有视觉通信系统的实施例的计算机监控器100正用于语音-视频通信。监控器100包括在传统计算机监控器中典型采用的组件。此外，监控器100包括具有光输入基板和光输出基板的视觉通信系统，该系统允许语音-视频通信会话的参与者有正在“对视”看着的感觉。合并光学基板以创造相间分散的显示和图像像素阵列，为语音-视频通信会话的参与者，提供或至少实质上上提供公共摄像机和显示轴。因此，在语音-视频通信会话期间，可以消除或至少实质上减少PC摄像机的轴和显示屏的轴之间的差异。以下图2示出了当相间分散的阵列交错时阵列的示例。
除监控器100以外，在可以在许多使用了语音-视频通信的产品中使用视觉通信系统。例如，视觉通信系统可以使用在中，并且与专用道窗口(drive-through windows)一同使用。除人与人的通信以外，视觉通信系统也可以在其他应用中使用。在一些实施例中，在墙上可以使用视觉通信系统以提供透明的结构，其中，墙的每一侧上的显示像素可以经由图像传感器显示墙另一侧上是什么。
图2示出了视觉通信系统200的实施例的前视图，该图说明了显示像素和图像传感器的交错阵列。该前视图表示了如图1所示的通信会话的参与者可以看到什么。显示像素可以是液晶显示(LCD)像素，图像传感器可以是电耦合器件(CCD)传感器。可以使用其他的显示像素和图像传感器。例如，显示像素可以是发光二极管(LED)。正如下面所讨论，显示像素和图像传感器可以位于位于形成视觉通信系统的分离的层或基板上。两个不同阵列的显示像素和图像传感器是相间分散的，以允许视频通信参与者有直接(即直接从屏幕上)看到对方的感觉，而不是通过PC摄像机和屏幕(例如计算机监控器)的不同的轴进行交流。
可以将显示像素和图像传感器放置在视频通信系统中，使得每隔一个像素或传感器在水平方向和垂直方向上是相反的类型。在一些实施例中，如图3所示，每隔一个像素可以不是相反的类型。在逐像素组的基础上或逐像素的基础上，显示像素和图像传感器可以是交错的。因此，图2的图像传感器和显示传感器可以表示单个像素或像素组。显示像素阵列的单个像素或像素组被标识为像素210，图像传感器阵列的单个传感器或传感器组被标识为像素220。视觉通信系统的输入和输出轴实质上相同，因为每个轴实质上在视觉通信系统的同一点。因此，观看差异可以很大程度上降低并且可能实质上消除。
图3示出了视觉通信系统300的实施例的分解图。该视觉通信系统300包括：透镜基板310、玻璃罩320、滤色器330、光输出基板340、光输入基板350、玻璃基板360、光源370和控制器380。
玻璃罩320和玻璃基板360可以是在LCD设备中典型使用的传统组件。在玻璃罩320和玻璃基板360的外表面上，分别是彼此成直角的偏振薄膜。滤色器330也可以是在传统LCD设备中使用的典型的滤色器。滤色器330可以包括用来形成单个显示像素的红色、绿色和蓝色的子像素。光源370可以是包括在LCD设备中的传统光源。例如，光源370可以是LED的阵列。
透镜基板310包括微透镜阵列。该微透镜可以在外表面上。将微透镜阵列的每个微透镜排列在透镜基板310上，以捕获来自于不同观看区域的光，并且将从那个区域输入的光提供给光输入基板250的图像传感器。将微透镜阵列所捕获到的组合光提供给光输入基板350，类似于数字摄像机，以代表来自于视觉通信系统300的视场的图像。
在不同的实施例中，透镜基板310的微透镜的形状可以发生变化。例如，各种侧面形状可以包括：圆形、椭圆形、矩形和三角形。在任意一个实施例中，某些微透镜的焦距长度也可以发生变化，以补偿从多个微透镜到视场中的对象之间的距离的变化。例如，某些微透镜的厚度可以变化。此外，可以使用在现有技术中所通常使用的不同的侵蚀技术构建透镜基板310。在一个实施例中，根据Bolle于2005年8月9日提交的题目为“Method for Making Micro Lenses”的美国专利No.6,926,850制造了透镜基板310，其与本发明共同转让，并且其全部内容通过引用的方式并入本文。
在图3中，将透镜基板310表示为被放置在玻璃罩320前面的附加基板。在其他实施例中，可以通过传统技术将透镜基板310附着至玻璃罩320。此外，可以将微透镜阵列制造为玻璃罩320的一部分。在一些实施例中，微透基板310可以是本领域的技术人员所公知的蝇眼类型。图5示出了视觉通信系统的正视图，该图表示了相对于滤色器(例如，滤色器330)基板透镜基板(例如，透镜基板310)的配置。
图4示出了通过透镜基板310的微透镜阵列如何捕获光的实施例的侧视图。光锥的侧视图表示视场，每道光线表示由微透镜阵列的特定微透镜捕获的区域。为了捕获完整的视场，图像传感器和微透镜的轴在某种程度上可以是不匹配的。例如，围绕着光输入基板350的中心区域，微透镜和图像传感器可以是对准的(即每个轴是对准的)。当从透镜基板310的轴和光输入基板350的轴移开时，微透镜和图像传感器可以变得更加不对准(每个轴之间的距离变得更大)以确保捕获到整个视场。因此，微透镜的阵列在透镜基板310上沿着相同方向可以不是均匀分布和/或定向的，以便捕获来自于表示从透镜基板310延伸的视场的每个角度的光。
如上所述，图4表示了可以用来捕获光的微透镜的一种配置的侧视图。也可以使用其他配置来捕获来自于不同方向的光。例如，相对于图像传感器，在透镜基板310顶部的微透镜可以相对于图像传感器放置，以捕获来自该传感器的光(即，来自于视场底部的光)。
除了确定透镜的位置以捕获表示视场的光以外，也可以确定透镜的位置来允许光输出基板340的显示像素的观看。例如，微透镜阵列的每个微透镜之间可以存在间隙。在某些这样的间隙或每个这样的间隙之间，可以放置显示像素来表示要显示的图像的一部分。
光输出基板340包括显示像素，显示像素当被光源370照亮时，根据有源底板提供显示。在图3中，光输出基板340包括传统的形成显示像素的液晶材料或传统的LED阵列。有源底板引导每个显示像素的操作。将图3中示出的有源底板合并至光输入基板350。光输入基板350的中央区域可以包括带有为有源显示而保留的边缘的图像传感器。在其它的实施例中，针对光输出基板340的有源底板可以在与光输入基板350分离的基板上形成。该有源底板可以是薄膜晶体管(TFT)的矩阵，每个TFT对特定的显示像素进行寻址。有源底板可以作为阵列型LCD或LED设备的传统有源底板来进行操作。
光输入基板350包括图像传感器阵列，图像传感器阵列接收由透镜基板310捕获的光。该图像传感器将捕获到的光转换成电信号以表示来自于所捕获的光的视觉数据。例如，图像传感器可以是电荷耦合器件(CCD)。备选地，图像传感器可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。这两种传感器在传统数字摄像机中被采用并且在本领域内是公知的。
控制器380可以接收并处理来自于图像传感器阵列的用于传输的电信号。除了显示像素以外，可以使用有源底板来对图像传感器进行寻址。可以使用由控制器380控制的开关在控制显示像素的图像传感器之间交替。备选地，可以使用分离的控制器矩阵来寻址图像传感器的阵列。针对图像传感器的控制器矩阵可以位于玻璃基板360的内表面上。在某些实施例中，控制器380可以耦合至存储器并且发送要保存在存储器中的所捕获的一幅图像或多幅图像。控制器380也可以控制光输出基板340的照亮以提供显示。因此，控制器380可以是典型地包括在阵列型LCD或LED设备中的处理器，除了典型地执行的各种功能以外(例如针对LCD或LED像素引导底板)，控制器380还被配置为实现本文所描述的功能。因此，控制器380可以控制图像传感器和显示像素的操作。
此外，控制器380可以被配置为控制光源370在照亮周期和黑周期之间循环。在照亮周期期间，光源370打开并且显示像素被照亮。在黑周期期间，光源关闭并且由图像传感器接收光。在不同的实施例中，光源370打开和光源370关闭时间的百分比可以根据图像传感器的效率而改变。在某些实施例中，光源370被循环关闭10％或大约10％的时间。在其它实施例中，光源370可以循环关闭高达或大约高达50％的时间。因此，控制器380可以控制光源370在10％到50％的时间范围内循环关闭。控制器380可以在光输出基板340所需要的亮度与针对光输入基板350的图像传感器需要接收的光量之间进行平衡。
在其他实施例中，除了控制在照亮周期和黑周期之间进行循环的控制器380以外，可以将电极与显示像素合并以确保至少某些显示像素是透明，以在收集光时间段期间允许光通过图像传感器。当正在捕获图像时，控制器380可以被配置为协调显示像素的透明度。例如，采用色彩序列方案的传统显示系统暴露于来自彩色视频源的至少三种不同的颜色域。此外，控制器380可以延长两个特定颜色帧之间的死时间(dead time)，并且引入“虚假帧(dummy frame)”，在虚假帧中所有像素被驱动为全透明。
当检测图像时，控制器380可以控制图像传感器捕获光时的时间间隔。因此，类似于某些传统检测器，例如CCD，可以使用控制器380来管理“电子快门”，从而控制针对图像传感器捕获图像时的时间间隔。
控制器380可以是各种传统数字数据处理器中的一种，对这些数字数据处理器被编程或存储软件指令序列的可执行程序，以执行一个或多个上述功能。可以在传统数字数据存储介质(例如磁盘或光盘、随机存取存储器(RAM)、硬盘、闪存和/或只读存储器)中以机器可执行形式对这样的程序的软件指令进行编码，使多种类型的数字数据处理器或计算机能够执行一个、多个或全部上面所描述的功能。
图5示出了视觉通信系统500的实施例的示意图。图5示出了在滤色器520前面的透镜基板510。透镜基板510包括微透镜阵列。滤色器520包括用于创建每个色彩显示像素的红色、绿色、蓝色滤色器的子像素。透镜基板510的每个相邻的微透镜采用来自滤色器520的不同滤色器(红色、绿色或蓝色)。
如图3所示，可以将滤色器520放置在视觉通信系统的玻璃罩与光输出基板之间。在其他的实施例中，如在传统数字摄像机中典型执行的，视觉通信系统500可以执行针对图像传感器的色彩滤波。这样，可以将滤色器520放置在光输入基板的顶部。例如，可以将滤色器520放置在光输出基板与光输入基板之间。
可以确定微透镜的位置，使得每个相邻的透镜可以采用不同的滤色器。相对于每个颜色部分的中心，微透镜的位置可以发生偏离(walk-off)，使得由图像传感器捕获的光的定向根据显示器上的总体定位而改变。
图6示出了进行双向视觉通信的方法600的流程图。针对单向通信会话，该方法600公开了，采用单向视觉通信系统，以作为显示器和作为摄像机进行操作。方法600开始于步骤610。
然后，在步骤620中对要显示的图像进行接收。可以从远程装置接收图像。例如，可以经由计算机网络，从采用PC摄像机的远端计算机接收图像。在某些实施例中，接收到的图像可以是语音-视频通信会话中参与者的视频。
接收图像之后，在步骤630中，显示像素阵列被照亮以显示所接收到的图像。该显示像素可以是液晶显示像素或发光二极管显示像素。可以使用薄膜晶体管(TFT)的有源底板来对显示像素阵列进行寻址，以表示接收到的图像。
在步骤640中，经由与显示像素阵列相间分散的图像传感器阵列，对图像进行捕获。所捕获的图像可以是语音-视频通信会话中的第二参与者的图像。在一个实施例中，可以在第一装置处从第二装置接收到所接收的图像，并且所捕获的图像是位于第一装置的视场内的第二参与者的图像。第一和第二装置均可以包括如本文所描述的视觉通信系统。
显示像素阵列的照亮可以在周期中发生。可以使用处理器来控制阵列的照亮。该处理器也可以协调捕获照亮周期之间的图像的捕获。诸如控制器380这样的控制器可以用作处理器。
处理器也可以通过图像传感器阻挡来自视觉通信系统的背光的不期望吸收光。通过执行用于取消来自于捕获的图像的不期望光的软件程序，处理器可以补偿扩散(bleeding over)到图像传感器的光。
然后方法600继续，在步骤650中，发送所捕获的图像。可以将所捕获的图像从第一装置发送到第二装置。可以通过包括互联网在内的计算机网络传输所捕获的图像。第一和第二装置可以是包括如本文所述的视觉通信系统的计算机(例如个人计算机或便携式电脑)。在发送所捕获的图像之后，方法600在步骤660中结束。
本公开描述了可以用于显示器或用于摄像机的一种单屏幕。该屏幕可以包括输出图像的显示像素阵列和吸收光并表示图像的图像传感器阵列。图像传感器和显示像素阵列可以横向地相间分散，包括交错的图像传感器和显示像素，使得每隔一个像素或像素组是相反的类型。然后，屏幕的输入和输出轴可以基本上在相同的点。
本发明所涉及的领域的技术人员将理解，在不同脱离本发明范围的前提下，可以对所描述的实施例进行其他的或进一步的增加、删除、代替和修改。

Claims (10)

1.一种装置，包括：
透镜基板，在其一侧具有第一微透镜阵列；
具有第二显示像素阵列的光输出基板；以及
具有第三图像传感器阵列的光输入基板，第三阵列的图像传感器相对于第二阵列的所述显示像素是横向地相间分散的，并且被定位为接收来自于第一阵列的所述微透镜的光。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，将图像传感器阵列的每个图像传感器相对于微透镜阵列的单个微透镜被定位为，接收来自于所述单个微透镜的捕获的光。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二阵列的所述显示像素与所述第一阵列的所述微透镜是横向交错的。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述图像传感器和所述显示像素在水平方向和垂直方向上均是交错的。
5.一种视觉通信系统，包括：
透镜基板，在其一侧具有微透镜阵列；
具有显示像素阵列的光输出基板；
具有图像传感器阵列的光输入基板，所述图像传感器阵列相对于所述光输出基板的所述显示像素是横向交错的，并且被定位为接收来自于所述微透镜阵列的光。
至少一个有源矩阵，对所述显示像素阵列和所述图像传感器阵列进行寻址；以及
控制器，被配置为控制经由所述至少一个有源矩阵的对所述图像传感器阵列和所述显示像素阵列的寻址。
6.根据权利要求5所述的视觉通信系统，其中，所述控制器还被配置为在照亮周期和黑周期之间循环，其中，在所述照亮周期期间，所述显示像素阵列显示接收到的图像，以及在所述黑周期期间，所述图像传感器阵列捕获由接收的光表示的图像。
7.根据权利要求5所述的视觉通信系统，其中，在所述微透镜阵列中，所述微透镜中相邻微透镜之间的间隔发生改变。
8.根据权利要求5所述的视觉通信系统，还包括：玻璃罩、玻璃基板和滤色器，其中，所述光输入基板、所述光输出基板以及所述滤色器位于所述玻璃罩与所述玻璃基板之间。
9.一种进行双向视觉通信的方法，包括：
接收第一图像以进行显示；
照亮显示像素阵列，以向观看者显示所述第一图像；以及
经由图像传感器阵列捕获第二图像，所述图像传感器横向交错在所述显示像素之间。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接收到的图像是视频流中的一幅图像。
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