CN102271265A - 图像信号处理设备及方法、以及计算机程序 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像信号处理设备，包括：中心区域控制处理单元，其根据预期的立体效果把立体图像信号的中心图块放大或者缩小倍率因子；周边区域控制处理单元，在中心区域控制处理单元放大了中心图块时，其对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的缩小处理，在中心区域控制处理单元缩小了中心图块时，其对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的放大处理；以及过渡区域控制处理单元，其在中心图块和周边图块之间进行过渡的图块中，执行使用非线性放缩比例弥合中心图块和周边图块放大和缩小倍数之间间隙的过程。

Description

图像信号处理设备及方法、以及计算机程序

技术领域

本发明涉及一种处理立体图像的图像信号处理设备、图像信号处理方法、以及计算机程序，其中，所述立体图像包括左眼图像信号和右眼图像信号，具体地讲，本发明涉及一种通过调整双眼视差量实现最佳立体效果的图像信号处理设备、图像信号处理方法、以及计算机程序。

背景技术

通过显示具有左右眼之间视差的图像，能够呈现对于观看者来说好像为立体的立体图像。作为呈现立体图像的一种方法，存在这样一种方法：通过令观看者佩戴具有特殊光学特性的眼镜，呈现具有双眼视差的图像。例如，分时(time sharing)立体图像显示系统包括以分时方式显示多个互不相同的图像的显示设备和图像的观看者所佩戴的快门眼镜的组合。在极短的周期内交替地显示左眼图像和右眼图像的同时，显示设备保持与左眼图像和右眼图像的周期的同步，并且分别向左眼和右眼提供图像。另一方面，在显示左眼图像的同时，观看者佩戴的快门眼镜允许光通过快门眼镜的左眼部分，并且封锁右眼部分处的光。另外，在显示右眼图像的同时，快门眼镜的右眼部分允许光通过，而左眼部分封锁光。

应该意识到，如果对立体图像进行放大，则由于双眼视差量增加，立体效果增强(参见序号为2004-349736的日本未经审查专利申请发表物)。然而，如果双眼视差过大，则左右图像的合成变得困难，还可能导致视觉疲劳或者头昏眼花。

而且，当观看具有来自屏幕帧的大投射量的或者具有强立体效果的软件时，可能导致疲劳或者不适。

发明内容

人们希望提供一种能够通过调整双眼视差量实现最佳立体效果的性能优良的图像信号处理设备、图像信号处理方法、以及计算机程序。

人们还希望提供一种能够通过对立体图像进行放大处理或者缩小处理，并且改变双眼视差量实现最佳立体效果，同时不会导致视觉疲劳或者头昏眼花的性能优良的图像信号处理设备、图像信号处理方法、以及计算机程序。

根据本公开的实施例，提供了一种图像信号处理设备，所述图像信号处理设备包括：中心区域控制处理单元，根据预期(desired)的立体效果把立体图像信号的中心图块(image segment)放大或者缩小一倍率因子；周边区域控制处理单元，在中心区域控制处理单元放大中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的缩小处理，以及在中心区域控制处理单元缩小了中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的放大处理；以及过渡区域控制处理单元，在中心图块和周边图块之间进行过渡的图块中，使用非线性放缩比例执行连接中心图块和周边图块的放大和缩小因子之间间隙的过程。

在根据本公开所述实施例的图像信号处理设备的配置中，当增强立体图像的立体效果时，中心区域控制处理单元可以对中心图块进行放大处理，而当立体图像的立体效果减轻(moderated)时，中心区域控制处理单元可以对中心图块进行缩小处理。

在根据本公开所述实施例的图像信号处理设备的配置中，周边区域控制处理单元可以降低周边图块的图像信号的分辨率或者对比度；而过渡区域控制处理单元可以降低过渡图块的图像信号的分辨率或者对比度。

在根据本公开所述实施例的图像信号处理设备的配置中，当中心区域控制处理单元对中心图块进行放大处理时，过渡区域控制处理单元对过渡块之外沿水平方向较长的部分进行沿水平方向放大以及沿垂直方向缩小，同时对过渡块之外沿垂直方向较长的部分进行沿水平方向缩小以及沿垂直方向放大；以及，当中心区域控制处理单元对中心图块进行缩小处理时，过渡区域控制处理单元对过渡块之外沿水平方向较长的部分进行沿水平方向缩小以及沿垂直方向放大，同时对过渡块之外沿垂直方向较长的部分进行沿水平方向放大以及沿垂直方向缩小。

根据本公开的另实施例，提供了一种图像信号处理方法，所述图像信号处理方法包括：根据预期的立体效果把立体图像信号的中心图块放大或者缩小一倍率因子；在中心区域控制处理放大中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的缩小处理，以及在缩小中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的放大处理；以及在中心图块和周边图块之间进行过渡的图块中，使用非线性放缩比例执行连接中心图块和周边图块的放大和缩小因子之间间隙的过程。

根据本公开的另实施例，提供了一种计算机程序，所述计算机程序被描述为计算机可读类型，以执行对计算机上立体图像信号的处理，并且使计算机用作：中心区域控制处理单元，根据预期(desired)的立体效果把立体图像信号的中心图块(image segment)放大或者缩小一倍率因子；周边区域控制处理单元，在中心区域控制处理单元放大中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的缩小处理，以及在中心区域控制处理单元缩小了中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的放大处理；以及过渡区域控制处理单元，在中心图块和周边图块之间进行过渡的图块中，使用非线性放缩比例执行连接中心图块和周边图块的放大和缩小因子之间间隙的过程。

把根据本公开所述实施例的计算机程序定义为这样一种计算机程序：其被描述为计算机可读类型，以实现计算机上的预先确定的过程。换句话说，通过在计算机上安装根据本公开的第六实施例的计算机程序，体现计算机上的协同操作，并且获得与本公开所述实施例的图像信号处理设备的操作效果相同的操作效果。

根据本公开，能够提供通过对立体图像进行放大处理或者缩小处理，并且改变双眼视差量实现最佳立体效果，同时不会导致视觉疲劳或者头昏眼花的性能优良的图像信号处理设备、图像信号处理方法、以及计算机程序。

根据本公开的所述实施例，能够通过放大屏幕的中心图块和缩小屏幕的周边图块获得具有大双眼视差量和增强立体效果的立体图像信号，并且能够通过缩小屏幕的中心图块和放大屏幕的周边图块获得具有小双眼视差量和减轻立体效果的立体图像信号。另外，通过使用非线性放缩比例衔接屏幕的中心图块和周边图块之间过渡的图块，不存在不可见的图块。

根据本公开的所述实施例，通过降低周边图块的图像信号的分辨率或者对比度，能够降低因与中心图块的立体效果相反的立体效果而产生的不适感。另外，通过降低过渡图块的图像信号的分辨率或者对比度，能够降低因放大和缩小倍数变化而产生的不适感。

在以下根据附图所描述的本公开的实施例中以及根据附图所进行的详细描述中，本公开的更多目的、特性以及优点将会变得更加明显。

附图说明

图1是示意性说明能够把本公开施用于其的立体图像显示系统的配置的示意图；

图2是说明L子帧周期期间快门眼镜的控制操作的示意图；

图3是说明L子帧周期期间快门眼镜的控制操作的示意图；

图4A是说明立体效果的调整屏幕的配置实例(在假设增强立体效果的情况下)的示意图；

图4B是说明立体效果的调整屏幕的配置实例(在假设增强立体效果的情况下)的示意图；

图5是说明其中放大了屏幕的中心同时缩小了周边的状态的示意图；

图6是说明其中缩小了屏幕的中心同时放大了周边的状态的示意图；

图7是执行用于实现立体效果调整方法的控制过程的功能结构图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本公开的实施例。

图1中概要性地说明了能够把本公开施用于其的立体图像显示系统1的配置。图中所示的立体图像显示系统1包括在极短的周期内对左眼图像L和右眼图像R交替地进行屏幕显示的液晶显示器10和观看者头上佩戴的快门眼镜20。

液晶显示器10配备有液晶显示器面板11、背光12、图像信号处理单元13、控制快门眼镜20的快门机构的打开和关闭时序(timing)的快门控制单元14、时序控制单元15、背光控制单元16、数据驱动器17、以及门驱动器18。在这一实施例中，液晶显示器10根据输入图像信号Din显示图像，其中，输入图像信号Din包括具有左右之间视差的右眼图像信号DR和左眼图像信号DL。

例如，液晶显示器面板11为有源矩阵类型，其为每像素设置TFT。背光12为把光照射于液晶显示器面板11的光源。根据从背光控制单元16所供给的控制信号CTLB，对控制背光12进行控制，以按分时方式在其光照(光辐射)动作和关闭动作之间进行转换。

作为背光12，例如，可以使用LED(发光二极管)、CCFL(冷阴极荧光灯)等。然而，如果使用CCFL，则易于出现余辉，而且RGB中每种颜色的余辉特性变得不同。因此，以下将描述使用具有很小余辉的LED的背光12。

液晶显示器面板11具有作为整体按矩阵形状排列的一系列像素，并且根据从门驱动器18所供给的驱动信号对从背光12所辐射的光进行调制，执行基于输入图像信号Din的图像显示，其中，所述驱动信号基于从数据驱动器17所供给的图像电压。在本实施例中，液晶显示器面板11按分时方式在诸如帧周期的预先确定的周期内交替地显示基于右眼图像信号DR的右眼图像R和基于左眼图像信号DL的左眼图像L。

图像信号处理单元13根据输入图像信号Din通过执行对向液晶显示器面板11写右眼图像信号DR和左眼图像信号DL的写次序(即，显示次序)的控制，为液晶显示器面板11创建图像信号。在本实施例中，图像信号处理单元13根据输入图像信号Din，创建为帧周期内交替排列的左眼图像信号DL和右眼图像信号DR的图像信号D1。另外，以下，在帧周期之外，将把左眼图像L的显示周期称为“L子帧周期”，把右眼图像R的显示周期称为“R子帧周期”。

而且，尽管图像信号处理单元13通过对立体图像进行放大处理或者缩小处理，并且改变双眼视差量实现预期的立体效果，然而与这一方面相关的详细描述将推迟到以后进行。

时序控制单元15控制门驱动器18和数据驱动器17的驱动时序，同时还把从图像信号处理单元13所供给的图像信号D1供给于数据驱动器17。时序控制单元15还可以针对图像信号D1执行过驱动过程。

门驱动器18根据时序控制单元15的时序控制，沿门导线顺序地驱动液晶显示器面板11中的每像素。

数据驱动器17根据从时序控制单元15所供给的图像信号D1把图像电压供给于液晶显示器面板11的每像素。具体地讲，对图像信号D1进行D/A转换，创建等价于图像电压的模拟图像信号，并且把图像信号输出于每像素。

快门控制单元14向快门眼镜20输出用于控制图像信号处理单元13在左右快门机构的打开和关闭之间进行转换的时序控制信号CTL，其中，时序控制信号CTL相应于右眼图像信号DR和左眼图像信号DL的输出时序。

由于液晶显示器10的观看者(未在图1中加以显示)佩戴了快门眼镜20，快门眼镜20使立体视觉成为可能。快门眼镜20具有左眼透镜21L和右眼透镜21R。在左眼透镜21L和右眼透镜21R上分别设置用于封锁至光圈的光的光封锁快门(未在图中加以显示)。例如，光封锁快门包括液晶快门等。从快门控制单元14所供给的控制信号CTL控制这些光封锁快门的光封锁功能的有效状态(即，关闭状态)和无效状态(即，打开状态)。

快门控制单元14与左眼图像L和右眼图像R的每一显示周期相对应地，执行对快门眼镜20的光封锁快门的控制，以致能够在左眼透镜21L和右眼透镜21R的打开状态和关闭状态之间交替地转换每一状态。具体地讲，执行这样控制：在L子帧周期期间把左眼透镜21L的光封锁快门设置为打开状态，把右眼透镜21R的光封锁快门设置为关闭状态，而在R子帧周期期间把右眼透镜21R的光封锁快门设置为打开状态，把左眼透镜21L的光封锁快门设置为关闭状态。

图2中说明了L子帧周期期间快门眼镜20的控制操作。如图中所示，在L子帧周期期间，根据来自快门控制单元14的控制信号CTL，左眼透镜21L的快门处于打开状态，右眼透镜21R的快门处于关闭状态，基于左眼图像L的显示光LL仅通过左眼透镜21L。另外，图3中说明了R子帧周期期间快门眼镜20的控制操作。如图中所示，在R子帧周期期间，根据来自快门控制单元14的控制信号CTL，右眼透镜21R的快门处于打开状态，左眼透镜21L的快门处于关闭状态，基于左眼图像R的显示光RR仅通过右眼透镜21R。

在图1中所示的立体图像显示系统中，如果图像信号处理单元13对立体图像进行了放大处理或者缩小处理，则双眼视差量改变，并且能够实现预期的立体效果。

然而，如果双眼视差过大，则左右图像的合成变得困难，而且还可能导致视觉疲劳或者头昏眼花。另外，当观看具有来自屏幕的大量投射或者具有高效立体效果的软件时，也可能导致疲劳或者头昏眼花。

因此，本发明者建议了一种通过把图像(输入的立体图像)划分为中心区域和周边区域，并且针对每一区域进行放大和缩小，在不导致视觉疲劳或者头昏眼花的情况下，实现最佳立体效果的方法。

图4中说明了一种根据本公开的立体效果的实现方法。图中描述了立体效果的调整屏幕，把图块划分为中心区域、周边区域、以及中心区域和周边区域之间的过渡区域。然而，图4A为其中对屏幕的中心加以放大，以增强立体效果的情况，而图4B为其中对屏幕的中心加以缩小，以使立体效果减轻的情况。

如果放大屏幕的中心，则双眼视差增加，立体效果加强。在这一情况下，沿水平方向(H)和垂直方向(V)两个方向把中心区域放大了倍率因子N。另一方面，如果使用N为自变量的函数f(N)表示，则沿水平方向(H)和垂直方向(V)两个方向把周边区域缩小了倍率因子1/f(N)。f(N)是单调增加函数，通常为f(N)＝N。

过渡区域使用非线性比例沿水平方向(H)和垂直方向(V)弥合中心区域和周边区域放大和缩小倍数之间的间隙。在图4A中所示的例子中，过渡区域基本上为帧形状，在其之外，沿水平方向(H)放大水平方向为长的部分，沿垂直方向(V)缩小水平方向为长的部分。另外，还沿水平方向(H)缩小帧形状之外垂直方向为长的部分和沿垂直方向(V)放大帧形状之外垂直方向为长的部分。而且，离中心区域越近，过渡区域的放大和缩小倍数变得越大，即越接近倍率因子N，离中心区域越远，放大倍数逐渐地变得越低，离周边区域越近，过渡区域的放大和缩小倍数变得越小，即越接近倍率因子1/f(N)。尽管过渡区域中的立体效果变得不明显，但不存在不可见的图块。

图5中说明了其中放大了屏幕的中心同时缩小了周边的状态。人们可能会意识到在中心处增加了双眼视差量，并且增强了立体效果。

另外，周边区域和过渡区域明显地降低了分辨率和对比度。尽管周边区域的图块展示了与中心区域相反的立体效果，但通过降低频率特性或者对比度，能够减少不适感。

相反，如果缩小屏幕的中心，则降低了前后效果，并且获得了预期的立体效果。在这一情况下，把中心区域沿水平方向(H)和垂直方向(V)两个方向缩小倍率因子1/N。另一方面，如果使用N为自变量的函数f(N)表示，则沿水平方向(H)和垂直方向(V)两个方向把周边区域放大了倍数f(N)。f(N)是单调增加函数，通常为f(N)＝N。

过渡区域使用非线性比例沿水平方向(H)和垂直方向(V)弥合中心区域和周边区域放大和缩小倍数之间的间隙。在图4B中所示的例子中，过渡区域基本上为帧形状，在其之外，沿水平方向(H)缩小水平方向为长的部分，沿垂直方向(V)放大水平方向为长的部分。另外，还沿水平方向(H)放大帧形状之外垂直方向为长的部分和沿垂直方向(V)缩小帧形状之外垂直方向为长的部分。而且，离中心区域越近，过渡区域的放大和缩小倍数变得越小，即越接近倍率因子1/N，离中心区域越远，放大倍数逐渐地变得越高，离周边区域越近，过渡区域的放大和缩小倍数变得越接近倍率因子f(N)。尽管过渡区域中的立体效果变得不明显，但不存在不可见的图块。

图6中描述了其中缩小了屏幕的中心同时放大了周边的状态。人们可能会意识到在中心处减小了双眼视差量，而且立体效果减轻。

另外，周边区域和过渡区域明显地降低了分辨率和对比度。尽管周边区域的图块展示了与中心区域相反的立体效果，但通过降低频率特性或者对比度，能够减少不适感。

图7中描述了执行用于实现上述立体效果调整方法的控制过程的功能结构图。

中心区域控制处理单元71对图块之外的中心区域进行放大和缩小处理。在其中增强立体效果的情况下，中心区域控制处理单元71沿水平方向(H)和垂直方向(V)两个方向把中心区域放大倍率因子N。根据预期的立体效果确定放大倍数N。相反，在其中立体效果减轻的情况下，中心区域控制处理单元71沿水平方向(H)和垂直方向(V)两个方向把中心区域缩小倍率因子1/N。

周边区域控制处理单元72根据中心区域的放大和缩小处理，对图块之外的周边区域进行放大和缩小处理。在其中增强中心区域中立体效果的情况下，沿水平方向(H)和垂直方向(V)两个方向把周边区域缩小倍率因子1/f(N)。相反，在其中中心区域中立体效果减轻的情况下，周边区域控制处理单元72沿水平方向(H)和垂直方向(V)两个方向把周边区域放大倍率因子f(N)。

另外，周边区域控制处理单元72还明显地降低了周边区域的分辨率和对比度。尽管周边区域的图块展示了与中心区域相反的立体效果，但通过降低频率特性或者对比度，能够减少不适感。

过渡区域控制处理单元73根据中心区域的放大和缩小处理以及周边区域的放大和缩小处理，在图块之外的过渡区域中，使用非线性比例沿水平方向(H)和垂直方向(V)执行弥合中心区域和周边区域放大和缩小倍数之间间隙的过程。

在其中增强中心区域中立体效果的情况下，过渡区域控制处理单元73沿水平方向(H)放大过渡区域之外水平方向为长的部分，沿垂直方向(V)缩小过渡区域之外水平方向为长的部分，并且沿水平方向(H)缩小过渡区域之外垂直方向为长的部分，沿垂直方向(V)放大过渡区域之外垂直方向为长的部分。另外，离中心区域越近，过渡区域的放大和缩小倍数变得越大，即越接近倍率因子N，离中心区域越远，倍率因子逐渐地变得越低，离周边区域越近，过渡区域的放大和缩小倍数变得越小，即越接近倍率因子1/f(N)。

相反，在其中中心区域中立体效果减轻的情况下，过渡区域控制处理单元73沿水平方向(H)缩小过渡区域之外水平方向为长的部分，沿垂直方向(V)增加过渡区域之外水平方向为长的部分，并且沿水平方向(H)放大过渡区域之外垂直方向为长的部分，沿垂直方向(V)缩小过渡区域之外垂直方向为长的部分。另外，离中心区域越近，过渡区域的放大和缩小倍数变得越小，即越接近倍率因子1/N，离中心区域越远，放大倍率因子逐渐地变得越高，离周边区域越近，过渡区域的放大和缩小倍数变得越接近倍率因子f(N)。

另外，过渡区域控制处理单元73明显地降低了过渡区域的分辨率和对比度。尽管过渡区域的图块的放大和缩小倍数改变，但通过降低频率特性或者对比度，能够减少不适感。

本公开包含与2010年6月4日向日本专利局提出的日本优先专利申请JP2010-128580相关的主题，特将它们的全部内容并入此处，以作参考。

这一技术领域中的熟练技术人员将会意识到：可以依据设计要求和其它因素，对本公开进行多方面的修改、组合、局部组合以及变动，只要这些修改、组合、局部组合以及变动处于所附权利要求或者其等效要求的范围内即可。

Claims (6)

1.一种图像信号处理设备，包含：

中心区域控制处理单元，根据预期的立体效果把立体图像信号的中心图块放大或者缩小一倍率因子；

周边区域控制处理单元，在中心区域控制处理单元放大中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的缩小处理，以及在中心区域控制处理单元缩小了中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的放大处理；以及

过渡区域控制处理单元，在中心图块和周边图块之间进行过渡的图块中，使用非线性放缩比例执行连接中心图块和周边图块的放大和缩小因子之间间隙的过程。

2.根据权利要求1所述的图像信号处理设备，其中，当增强立体图像的立体效果时，中心区域控制处理单元对中心图块进行放大处理，而当立体图像的立体效果减轻时，中心区域控制处理单元对中心图块进行缩小处理。

3.根据权利要求1所述的图像信号处理设备，其中：

周边区域控制处理单元降低周边图块的图像信号的分辨率或者对比度；以及

过渡区域控制处理单元降低过渡图块的图像信号的分辨率或者对比度。

4.根据权利要求1所述的图像信号处理设备，其中，当中心区域控制处理单元对中心图块进行放大处理时，过渡区域控制处理单元对过渡块之外沿水平方向较长的部分进行沿水平方向放大以及沿垂直方向缩小，同时对过渡块之外沿垂直方向较长的部分进行沿水平方向缩小以及沿垂直方向放大；以及，当中心区域控制处理单元对中心图块进行缩小处理时，过渡区域控制处理单元对过渡块之外沿水平方向较长的部分进行沿水平方向缩小以及沿垂直方向放大，同时对过渡块之外沿垂直方向较长的部分进行沿水平方向放大以及沿垂直方向缩小。

5.一种图像信号处理方法，包含：

根据预期的立体效果把立体图像信号的中心图块放大或者缩小一倍率因子；

在中心区域控制处理放大中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的缩小处理，以及在缩小中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的放大处理；以及

在中心图块和周边图块之间进行过渡的图块中，使用非线性放缩比例执行连接中心图块和周边图块的放大和缩小因子之间间隙的过程。

6.一种计算机程序，被描述为计算机可读类型，以便执行对计算机上立体图像信号的处理，并且使计算机用作：

中心区域控制处理单元，根据预期的立体效果把立体图像信号的中心图块放大或者缩小一倍率因子；

周边区域控制处理单元，在中心区域控制处理单元放大中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的缩小处理，以及在中心区域控制处理单元缩小了中心图块时，对立体图像信号的周边图块进行相应倍率因子的放大处理；以及

过渡区域控制处理单元，在中心图块和周边图块之间进行过渡的图块中，使用非线性放缩比例执行连接中心图块和周边图块的放大和缩小因子之间间隙的过程。

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