CN102246085B - 经改善三维显示技术的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显示图像的方法。所述方法包括使第一显示器相对于第二显示器对准。所述第一与第二显示器具有不同编码模式。所述方法还包括确定所述显示器相互之间的位置且基于所述所确定位置激活所述显示器上的像素。

Description

经改善三维显示技术的方法
技术领域
本发明一般来说涉及显示器，且更特定来说涉及三维图像的显示。
背景技术
许多系统利用显示器来将呈图像、视频及/或文本形式的信息呈现给用户。显示器有效地传输信息，但受到本质上为二维的限制。然而，人类视觉能力能够以三维感知图像。三维(“3D”)技术经设计以解决这些视觉能力。提供更逼真的3D性能在例如观看视频、交互游戏以及计算机动画及设计等活动中尤其重要。形成3D显示器可涉及将不同视点的图像递送到用户的每一只眼睛。用于递送不同视点的解决方案可分类为立体3D显示器、全息3D显示器或自动立体3D显示器。
立体显示器将稍微不同的图像呈现给每一只眼睛，从而产生对3D图像的感知。立体3D显示器解决方案通常涉及用户佩戴有源装备(例如，头戴装置)。头戴装置可包含：每一只眼睛或快门前面的单独显示器，其使每一只眼睛的视点的递送与显示器同步。或者，可佩戴无源耳戴装置，例如偏光眼镜或彩色滤波器。这些解决方案中的每一者可使用户必需购买、佩戴且可用经特别设计的头戴装置。此外，每一解决方案可需要特别编码信息以与经特别设计的头戴装置交互。
全息3D显示器重现与从原始场景发散的光场相同的光场。这些显示器以光学方式存储、检索及处理信息。全息3D显示器可不需要经特别设计的头戴装置，但其可需要专业硬件(例如，覆盖有特别全息散射器的旋转反射镜及高速放映机)且需要复杂数字视觉接口(DVI)。这些组件可需要非常高的数据速率且可添加高昂的费用。
自动立体3D显示器通常使用类似于立体3D显示器的解决方案，但可需要经特别设计的眼镜或其它头戴装置。举例来说，视差屏障显示器使用两个分离的层。在第一层上，布置左眼视图与右眼视图的组合。同时(举例来说)由不透明及透明屏障组成的第二层可限制到达相对眼睛的每一视点的光。第一及第二层的定位形成“观看菱形”，其将用户限制于在其处可以三维感知图像的特定位置。当用户将其头部定位于这些“观看菱形”中时，每一只眼睛被递送不同图像，从而形成对3D图像的感知。
用于形成自动立体3D显示器的这些已知方案具有若干个缺点。首先，由于视差屏障显示器的固定配置，观看可被限制于预界定的“观看菱形”。使用头部检测以调整屏障边侧或改变显示器/掩模的间距的偏移观看可用以动态地调整“观看菱形”，然而，如果用户的头部相对于显示器倾斜或扭转，或用户的眼睛实际上处于距显示器的不同距离处，那么导致图像的上限及下限的失真。为补偿这些斜校正，视差屏障系统可必需复杂的屏障/显示器配置。其次，由于有限的观看距离，因其分离而导致的显示器及屏障中的像素之间的视在距离可导致显示器及屏障跨越显示器平面相对于彼此移动成同相及异相。此相位移位呈现为非常大的暗条带(即，条带效应)，其沿图像垂直向下延伸且随显示器的观看角度增加而变得明显。
因此，需要一种最大化用户的可用位置的自动立体显示器。
发明内容
本发明提供一种显示多维图像的方法。更特定来说，本发明提供一种显示图像的方法。出于本发明的目的，显示器追踪用户的位置且动态地产生显示视图与屏障掩模模式以实现多维观看。
在第一实施例中，本发明提供一种在显示系统中显示图像的方法。所述方法可包括使显示系统中的至少两个显示器对准。此处，第二显示器可遮掩呈现于第一显示器上的图像。此后，可基于观看位置来控制显示器以递送多维图像。
在另一实施例中，本发明提供一种自动立体图像显示器。本发明可包括多个显示器、一追踪系统及一控制模块。此处，所述控制模块可使用来自所述追踪装置的输入来确定用户位置。此后，所述控制模块可基于所述用户位置来控制所述显示器以递送多维图像。
附图说明
参照附图阅读对非限制性实施例的以下说明将更好地理解本发明，附图中：
图1描绘3D图像的自动立体递送；
图2描绘本发明的一方面；
图3描绘本发明的另一方面；
图4描绘本发明的又一方面；
图5仍描绘本发明的另一方面；
图6仍描绘本发明的另一方面；
应强调，本申请案的图式未按比例而是仅为示意性表示，且因此其不既定描绘本发明的特定维度，特定维度可由所属领域的技术人员通过审阅本文中的揭示内容来确定。
具体实施方式
已投入大量研究努力以增强使用显示技术的内容递送。为有效地呈现3D图像，可需要允许用户自由移动的方法。因此，需要一种允许增加可用用户位置的自动立体解决方案。
本发明提供一种显示多维图像的方法。更特定来说，本发明提供一种显示图像的方法。出于本发明的目的，显示器可追踪用户的位置且动态地产生显示视图与屏障掩模模式以实现多维观看。
在另一实施例中，本发明提供一种自动立体图像显示器。本发明包含多个显示器、一追踪系统及一控制模块。此处，所述控制模块使用来自所述追踪装置的输入来确定用户位置。此后，所述控制模块基于所述用户位置来控制所述显示器以递送多维图像。
参照图1，其图解说明因将不同图像递送至用户的左眼130-1到130-n及右眼131-1到131-n而施加的观看位置限制。此处，当用户的左眼及右眼定位于位置130-1/131-1到130-n/131-n中时用户可以3D感知图像。像素103及104映射到显示层105上且通过掩模层106遮挡，掩模层106经由路径112-1到112-n将像素103引导到左眼观看区122-1到122-n且经由路径110-1到110-n将像素104引导到右眼观看区120-1到120-n。左眼观看区122-1到122-n及右眼观看区120-1到120-n受到限制，因为所述区由“双图像”或“混淆”区121-1到121-n及暗区123-1到123-n分离。用户的头部的横向位移使用户的眼睛离开观看区120-1/122-1到120-n/122-n，因此导致3D感知的损失、失真的图像及条带效应。条带效应是暗条带插入于用户对图像的感知中。
参照图2，描绘本发明的实施例。此处，图解说明补偿动态用户位置的3D显示系统201。3D显示系统201包括至少两个液晶显示器(“LCD”)面板205及206。可使用第一面板205(称作图像层)来显示将被呈现给用户210的左图像220-1到220-n及右图像221-1到221-n。第二面板206(称作掩模层)定位于图像层205前面或后面以形成可控制照射屏障或掩模。掩模层206将恰当的左及右图像引导到用户210。面板205及206经定位以允许来自光源204的偏光光通过，到达用户210。追踪系统202(如本文中更详细地描述)将用户210的位置提供到控制器203以用于调整显示器205上的图像及显示器206上的掩模。因此，使得显示系统201能够将恰当的左图像220-1到220-n及右图像221-1到221-n提供到用户210，从而使得用户210能够感知3D图像。
所属领域的技术人员可容易地认识到，显示器205与206不需要为相同类型的装置且可使用其它显示装置(举例来说，例如等离子显示器、数字光处理(“DLP”)、表面传导电子发射显示器(“SED”)、发光二极管(“LED”)、有机发光二极管(“OLED”)或场发射显示器(“FED”))作为替代。另外，所属领域的技术人员可容易地认识到，显示系统201不需要仅限于两个显示器205及206。
此外，如图1中所图解说明，当用户的眼睛不恰当地位于左眼观看区122-1到122-n及右眼观看区120-1至120-n中时发生条带效应。若干个因素影响条带效应的程度，因此本文中提出减轻条带效应的影响的对准解决方案。
参照图3，其图解说明详细说明两个显示器的显示对准及对准考虑因素的本发明实施例。显示器302中的像素301-1到301-n中的每一者可具有空间分辨率303及色彩编码模式304。空间分辨率是指每一独立像素的单位长度且色彩编码模式是指包含像素的着色的色彩序列。类似地，显示器306中的像素305-1到305-n中的每一者可具有空间分辨率307及色彩编码模式308。
已观察到，通过使显示器302的像素301-1到301-n之间的空间分辨率303及显示器306的像素305-1到305-n的空间分辨率307不同，条带效应得到减轻，同时使所需图像分辨率平衡。使显示器302及306的空间分辨率变化通过增加条带效应的视在空间频率而减小每一条带的宽度。每一条带的宽度的减小改善视在分辨率。
另外，通过转换或翻转显示器302的像素301-1到301-n的色彩编码模式304与显示器306的像素305-1到305-n的色彩编码模式308可进一步减小这些条带。此配置致使显示器302及306的像素色彩编码模式以相反次序出现(例如，显示器302的RGB及显示器306的BGR)。最终可见效应是，示范性红色、绿色及蓝色条带跨越显示器在不同位置处出现，借此减小其可见性。
参照图4，图解说明邻近像素401与402之间的色彩串扰或混叠现象。像素401可通过使红色、绿色及蓝色色彩滤波器403-1到403-3的不透明水平变化来表示所感知色彩。像素401的色彩滤波器403-1到403-3含有重叠条带410到413。来自重叠条带411及412的色彩串扰可不产生问题，因为可将串扰限制于像素401内。然而，由于可将邻近像素401及402递送到用户的不同眼睛，因此邻近像素401与402之间的重叠413可在像素401及402尚未分别激活相同色彩滤波器403-1到403-3及404-1到404-3的情况下导致失真。
返回参照图2，经改善的显示器205及206可并入有减轻邻近像素之间的色彩串扰的解决方案。举例来说，可使用高强度光源204(例如，激光源或LED)来减小条带重叠。或者，可通过使用频闪光源204代替连续源204来解决条带重叠。通过并入致动器以将显示器205及206相对于彼此移动小的距离(举例来说，大约～0.25mm)且使照射闪光204与显示器205及206两者同步，可交替左与右图像。因此，允许显示器205避免邻近像素中的左与右图像的同时显示可减轻串扰。另外，使用频闪光204允许使显示系统201的视在空间分辨率加倍。
所属领域的技术人员可容易地认识到，不需要并入任何改善来实现本发明的优点且用于改善显示系统201的其它技术是可能的。举例来说，可使用除RGB以外的色彩编码模式，可使用时间色彩合成来提供像素着色，或可使用滤波器(例如，全息反射镜或光学滤波器)通过形成凹除光源之间的点的带通滤波器来减小色彩串扰。
参照图5，其图解说明用于追踪用户510的追踪系统501(在本文中也称作用于追踪的构件)。追踪装置503及504通过三角测量503到506计算用户510的左眼511及右眼512的位置且将眼睛位置511及512提供到控制器502。追踪装置503及504可包括具有面部追踪软件的两个追踪装置503及504，所述面部追踪软件可准确地定位用户510的左眼511及右眼512。所属领域的技术人员可容易地认识到，追踪装置503与504可不是相同类型的装置且可使用其它装置，例如红外(IR)距离传感器或眼睛追踪装置。
所属领域的技术人员可进一步认识到，可通过经由并非显示系统的一部分的外部追踪装置将位置信息输入到显示系统中来追踪位置，因为追踪的手段并不重要，重要的是所提供的位置信息。最后，所属领域的技术人员将容易地认识到，追踪位置不需要限于用户的眼睛。举例来说，可利用头部追踪系统且可经由软件计算眼睛的位置。
参照图6，显示系统601(在本文中也称作用于选择性地激活像素的构件)图解说明本发明的实施例，其详细说明对显示器605及606的控制。控制器603可为由显示系统601内的处理器运行的软件，其基于来自追踪系统602的输入来控制显示器605及606。通过使用追踪系统602所提供的对用户630的位置的认识及显示器605及606的几何形状，控制器602确定显示器605上的图像及显示器606上的掩模。举例来说，控制器603通过选择性地激活像素611-1到611-n及像素612-1到612-n来确定显示器605上的图像且通过选择性地激活像素620-1到620-n来在显示器606上形成掩模。此掩模将像素611-1到611-n引导到用户630的左眼632且将像素612-1到612-n引导到用户630的右眼631。将不同的图像呈现给用户630的右眼631及左眼632允许用户630在显示器605上以3D感知图像。
所属领域的技术人员可容易地认识到，可使用其它技术。可通过预先计算眼睛631及632的每一位置的解且接着在确定待显示的所需图像之后作为最后处理步骤修改显示器605及606来改善实时性能。由于在软件中修改显示器605及606的配置的此灵活性，可不需要机械移动面板来产生最终的3D图像。另外，使用控制器603允许校正显示器中的缺陷及补偿显示器的相对位置，而不需要可能需要将显示器对准到亚微米准确性的严格制造处理。
另外，所述领域的技术人员可容易地认识到，控制器603可能不需要为由显示系统601内的处理器运行的软件系统。举例来说，软件及/或处理器可在显示系统601外部或控制器603可集成到图形处理单元中。
虽然已参照说明性实施例对本发明进行了描述，但此说明并非打算解释为限制意义。应理解，尽管已描述本发明，但所属领域的技术人员在参考此说明后将明了说明性实施例的各种修改以及本发明的额外实施例，而此并不背离如所附权利要求书中所述的本发明的精神。所属领域的技术人员将容易地认识到，可对本发明作出各种其它修改、布置及方法，而不严格地遵循本文中所图解说明及所阐述的示范性应用且不背离本发明的精神及范围。因此，预期所附权利要求书将涵盖归属于本发明的真实范围内的任何此类修改或实施例。

Claims (10)

1.一种显示图像的方法，所述方法包含以下步骤：
使第一显示器相对于第二显示器对准，其特征在于：
所述第一显示器具有第一像素色彩编码模式且所述第二显示器具有第二像素色彩编码模式，其中所述第一像素色彩编码模式与第二像素色彩编码模式具有不同的色彩序列；
确定第一眼睛位置和第二眼睛位置；
根据所述第一眼睛位置和第二眼睛位置而选择性地激活所述第一显示器上的第一组像素以显示第一图像且选择性地激活所述第一显示器上的第二组像素以显示第二图像；及
基于所述第一眼睛位置、第二眼睛位置、所述第一图像和第二图像而选择性地激活所述第二显示器上的像素；其中通过所述第二显示器上的像素从而所述第一图像被引导到所述第一眼睛位置且所述第二图像被引导到所述第二眼睛位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法进一步包含以下步骤：
使用多个追踪装置追踪所述第一眼睛位置和第二眼睛位置；
其中所述第一眼睛位置是用户右眼的位置，所述第二眼睛位置是用户左眼的位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法进一步包含以下步骤：
使用色彩串扰滤波器对色彩串扰进行滤波。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法进一步包含以下步骤：
使用频闪光源及使得所述第一显示器和第二显示器相对于彼此移动。
5.一种用于观看3D图像的图像显示装置，其包含：
控制模块；
追踪系统，其以通信方式耦合到所述控制模块，用于确定第一眼睛位置和第二眼睛位置；及
第一显示器及第二显示器，其以通信方式耦合到所述控制模块，所述第一显示器具有第一像素色彩编码模式且所述第二显示器具有第二像素色彩编码模式，
其中所述第一像素色彩编码模式与第二像素色彩编码模式具有不同的色彩序列；
其中所述控制模块经配置为：
根据所示第一眼睛位置和第二眼睛位置而选择性地激活所述第一显示器上的第一组像素以显示第一图像且选择性地激活所述第一显示器上的第二组像素以显示第二图像；及
基于所述第一眼睛位置、第二眼睛位置、所述第一图像和第二图像而选择性地激活所述第二显示器上的像素；其中通过所述第二显示器上的像素从而所述第一图像被引导到所述第一眼睛位置且所述第二图像被引导到所述第二眼睛位置。
6.根据权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于所述第一显示器具有第一像素空间分辨率且所述第二显示器具有第二像素空间分辨率，且所述第一像素空间分辨率与第二像素空间分辨率具有不同的单位长度。
7.根据权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于所述第一显示器和第二显示器使用时间色彩合成在所述第一显示器和第二显示器中实现不同像素色彩编码模式。
8.根据权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于所述图像显示装置包含激光光源。
9.根据权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于所述图像显示装置包含多个色彩串扰滤波器。
10.根据权利要求5到9中任一项所述的图像显示装置，其特征在于所述图像显示装置包含频闪光源及经配置使得所述第一显示器和第二显示器相对于彼此移动的致动器。
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