CN102636878B - 一种裸眼立体显示系统和实现裸眼立体显示的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串扰率低的裸眼立体显示系统，包括：LED背光模组、显示屏和综合处理器，LED背光模组包括LED左眼子元和LED右眼子元，显示屏包括LCD屏幕和光学屏幕，综合处理器接收立体图像信号后通过向LED驱动和LCD驱动分别发送LED亮灭信号及LCD刷新信号控制LED左眼子元和LED右眼子元的亮灭并同步驱动LCD屏幕刷新，使LCD屏幕在LED左眼子元打开的时间内只刷新出左眼图像，在LED右眼子元打开的时间内只刷新出右眼图像。该系统避免了图像的左右串扰，大大降低了串扰率。

Description

一种裸眼立体显示系统和实现裸眼立体显示的方法

技术领域

本发明涉及一种立体显示系统，尤其涉及一种用于裸眼立体显示技术的显示系统。

背景技术

立体显示技术已成显示产业中的重要一环。立体显示技术得到了快速发展，多种立体显示技术已成商品，世界范围内也在不断普及立体电视频道，立体显示技术已成未来显示领域的必然发展方向。

    目前的立体显示技术主要分成两种，分别是辅助式和自由立体显示两种。辅助式立体显示技术需要观看者佩戴特殊的装置才能看到立体图像。头盔式（HMD）和眼镜式是辅助式立体显示技术的两种主流技术。头盔式技术需要观看者佩戴装有液晶或OLED屏幕的头盔才能看到立体图像，但由于需要佩戴头盔，因而不方便实用和携带。而眼镜式技术相对头盔式来说比较方便，但是缺点很多：首先立体眼镜是由液晶或者偏振片制作的，看到图像的亮度会被大大降低；其次，佩戴眼镜时间不能过长，否者会使观看者感到眼部疲劳，同时对于需要佩戴眼镜进行视力矫正的观看者而言非常不便；最后由于不同生产商的技术各异，不同厂商的立体眼镜不能用于不同的显示器。鉴于辅助式立体显示技术的诸多不便，显示界一致公认未来立体显示技术必然会向自由立体显示的方向发展。

    自由立体显示技术克服了对辅助器件的依赖，能让观看者在无需佩戴任何辅助装置的情况下裸眼观看到立体图像。主流的自由立体显示技术有视障光栅法、柱透镜法、集成成像法等。

视障光栅原理如图1，由透光条11和挡光条12相间组成，使得左眼14只看到偶像素列的照明亮线，右眼15只看到奇像素列的暗条，反之亦然，从而实现了双像的分离。视障光栅法已被广泛用于各种手持立体显示设备，例如日本任天堂公司的3Ds手提游戏机正是利用了这种技术。但视障光栅法会使显示的亮度大大降低，且视障光栅13容易产生左右眼观察视区的翻转，视点相对固定。

柱透镜法如图2，由众多完全相同的柱透镜23平行排列组成，能将像素对应的图像折射到左右眼，使左眼24图像聚焦于左眼24，右眼25图像聚焦于右眼25，从而产生深度感。此方法相对于视障光栅法亮度得到很大的改进，但是像素会受到压缩，多视点的片源与现有立体显示的片源不兼容，且大面积透镜的制造工艺难，成本高，因而未能广泛推广。

集成成像法则很容易克服现在自有立体显示技术的缺点，但由于其对图像的采集难度大，且大面积的微透镜阵列难以制作，集成成像还只停留在科研研究的阶段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种串扰率低、立体效果好的裸眼立体显示系统。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种能够实现裸眼立体显示的方法，该立体显示方法具有串扰率低的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种裸眼立体显示系统，包括：

LED背光模组，包括与LED驱动连接的LED背光源，所述LED背光源由LED左眼子元和LED右眼子元组成；

显示屏，包括与LCD驱动连接的LCD屏幕和与LCD屏幕连接的光学屏幕；所述LED左眼子元和LED右眼子元发出的光加载图像信息后分别被光学屏幕偏折；

综合处理器，用以接收立体图像信号，并通过向LED驱动和LCD驱动分别发送LED亮灭信号及LCD刷新信号控制LED左眼子元和LED右眼子元的亮灭并同步驱动LCD屏幕刷新，使LCD屏幕在LED左眼子元打开的时间内只刷新出左眼图像，在LED右眼子元打开的时间内只刷新出右眼图像。

作为一个优选实施例，所述LED背光模组还包括与LED背光源连接的散射光学元件。所述LED左眼子元或LED右眼子元为单独的LED个体或LED照明模块。

在一个实施例中，所述综合处理器由信号接收单元、可编程逻辑单元、LED亮灭信号产生单元和LCD刷新信号单元组成。其中可编程逻辑单元所使用的器件为单片机或数字信号处理器或可编程逻辑器件中的现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件。

优选的，所述LED背光源的亮度具有不同档位。

所述光学屏幕由液晶屏幕、液体透镜、光学透镜、二元光学器件组成。优选的，所述液体透镜、光学透镜和二元光学器件分别为液体透镜列阵、光学透镜列阵和二元光学器件列阵。进一步的，所述光学屏幕紧贴地固定在LCD屏幕的前方或后方。

本发明还提供了一种实现裸眼立体显示的方法，其步骤包括：

（1）综合处理器接收立体图像信号，并分别向LED驱动和LCD驱动同步发送LED亮灭信号及LCD刷新信号；

（2）LED驱动接收LED亮灭信号后控制LED左眼子元和LED右眼子元的交替亮灭；

（3）LCD驱动接收LCD刷新信号后控制LCD屏幕刷新并使LCD屏幕在LED左眼子元打开的时间内只刷新出左眼图像，在LED右眼子元打开的时间内只刷新出右眼图像；

（4）LED左眼子元和LED右眼子元发出的光加载图像信息后经光学屏幕发生偏折分别进入观看者左眼和右眼。

本发明采用的LED亮灭信号和LCD刷新信号具有很高的同步性，能够保证在LED左眼子元打开的时间内，LCD屏幕上只刷新出左眼图像；在LED右眼子元打开的时间内，LCD屏幕只刷新出右眼图像，加载左眼图像和右眼图像的背光源通过光学屏幕后分别被偏折到观众的左眼和右眼。观看者无需佩戴辅助设备即可观看到立体图像，同时也避免了图像的左右串扰，大大降低了串扰率。同时，本发明所采用的综合处理器能够控制背光源的亮度强弱，使背光源亮度变得可调，提高了立体显示效果。

附图说明  

图1为视障光栅自由立体显示原理图；

图2为柱透镜自由立体显示原理图；

图3为本发明裸眼立体显示系统框架图；

图4为LED亮灭信号时序原理图；

图5为LCD刷新信号时序原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细介绍。

如图3所示的实施例，本发明裸眼立体显示系统包括LED背光模组、与LED背光模组连接的显示屏、LED驱动、LCD驱动（即液晶显示器驱动）和综合处理器，其中LED背光模组由LED背光源和与LED背光源连接的散射光学元件组成，显示屏包括LCD屏幕（即液晶显示器屏幕）和与LCD屏幕连接的光学屏幕，LCD屏幕优选为时分式液晶屏幕，如TN或STN 。综合处理器的输出端与LED驱动的输入端和LCD驱动的输入端连接，LED驱动的输出端与LED背光源的输入端连接，LED驱动通过接收综合处理器发出的LED亮灭信号来控制LED背光源的亮灭，LCD驱动的输出端与LCD屏幕连接，LCD驱动通过接收综合处理器发出的LCD刷新信号来控制LCD屏幕图像的刷新。由于LED亮灭信号和LCD刷新信号都是综合处理器发出的，具有很高的同步性，使LED背光源的亮灭与LCD显示屏的刷新在时间上同步进行。

本实施例中的散射光学元件并不是必要装置，散射光学元件的主要功能是能够使LED背光源的亮度更加均匀，增强立体显示效果。即使没有散射光学元件，本发明的目的仍然能够实现。

本实施例中的LED背光源是由白光LED子元构成的LED背光源阵列，LED子元分为左眼子元和右眼子元，这些左眼子元或右眼子元既可以是单独的LED个体，也可以是LED照明模块。

本实施例的综合处理器是由信号接收单元、可编程逻辑单元、LED亮灭信号产生单元和LCD刷新信号单元组成。其中可编程逻辑单元所使用的器件为单片机（Microcontroller）或数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）或可编程逻辑器件中的现场可编程门阵列（FPGA）或复杂可编程逻辑器件（CPLD）。

综合处理器发出的LED亮灭信号是一种用于控制LED子元亮灭的PWM信号。每个周期的LED亮灭信号均由左眼子元开启信号、左眼子元熄灭信号、右眼子元开启信号及右眼子元熄灭信号组成,其中左眼子元开启信号的占用时间为T₁，左眼子元熄灭信号占用时间为T₂，右眼子元开启信号占用时间为T₃，右眼子元熄灭信号占用时间为T₄。当LED驱动接收到综合处理器发出的左眼子元开启信号后，将会控制LED左眼子元发光，直到LED驱动接收到综合处理器发出的左眼子元熄灭信号后才控制LED左眼子元熄灭；当LED驱动接收到右眼子元开启信号后，将会控制LED右眼子元发光，直到LED驱动接收到右眼子元熄灭信号后才控制LED右眼子元熄灭。左眼子元开启的时间为T_L，右眼子元开启的时间为T_R，其中T₁、T₂、T₃、T₄远小于T_L、T_R。

本实施例中，综合处理器发出的LCD刷新信号是一种用于控制LCD屏幕刷新的PWM信号，当LCD驱动接收到综合处理器发出的LCD刷新信号后，便会指示LCD屏幕进行刷新。LCD刷新信号由左眼刷新信号与右眼刷新信号组成，左眼刷新信号占用时间为T₅，右眼刷新信号占用时间为T₆。当LCD驱动接收到左眼刷新信号后便会驱动LCD屏幕刷新出左眼图像；当LCD驱动接收到右眼刷新信号后便会驱动LCD屏幕刷新出右眼图像。左眼帧时间为T_iL，右眼帧时间为T_iR。其中T₅、T₆远小于T_iL、T_iR。

本发明中的光学屏幕用于偏折已加载立体图像信号的背光传播方向，它是由液晶屏幕、液体透镜、光学透镜、二元光学器件组成的，其中，液体透镜、光学透镜和二元光学器件也可以换成液体透镜列阵、光学透镜列阵和二元光学器件列阵。光学屏幕放置于即LCD屏幕的前方或后方，二者之间既可以采取紧贴固定的方式，也可以采用非紧贴固定的方式。

在本发明的另一实施例中，所述综合处理器能够根据用户要求调节LED亮灭信号的时序，从而改变LED亮灭占空比，实现数字式调节背光显示亮度。同时，综合处理器还具有模拟式调光功能，将背光亮度分为不同档位。当数字式调光的功能不能满足用户对亮度的要求时，只需调节模拟调光档位，综合处理器则根据不同档位发送指令，改变背光源驱动电路的电阻组合态，从而改变背光源的亮度。

本发明的工作原理是：立体图像源向裸眼立体显示系统的综合处理器发送时分式的立体图像信号，信号的模式与现有的3D片源相兼容。当综合处理器接收到所述立体图像信号后，经过算法的处理，产生同步性很高的LED亮灭信号和LCD刷新信号并分别发送到LED驱动和LCD驱动，LED驱动接收到LED亮灭信号后，根据该信号的时序控制LED背光源的左眼子元和右眼子元做出相应的动态亮灭操作；当LCD驱动接收到LCD刷新信号后，根据该信号的时序控制LCD屏幕刷新出左眼图像和右眼图像。由于两种信号的同步性很高，致使在LED背光源的左眼子元打开的时间内，相对应的，在LCD屏幕上只刷新出左眼图像；同理，在LED右眼子元打开的时间内， LCD屏幕只刷新出右眼图像。也就是说LED左眼子元是在左眼图像刷新出现后才开启，在右眼图像刷新出现前关闭；而LED右眼子元是在右眼图像刷新出现后才开启，在左眼图像刷新出现前关闭。LED左眼子元发出的光加载左眼图像后被光学屏幕偏折，进入观看者的左眼；LED右眼子元发出的光加载右眼图像后被光学屏幕偏折，进入观看者的右眼。观看者无需佩戴辅助设备即可观看到立体图像，同时也避免了图像的左右串扰。

Claims (9)

1.一种裸眼立体显示系统，包括：

LED背光模组，包括与LED驱动连接的LED背光源，所述LED背光源由LED左眼子元和LED右眼子元组成；

显示屏，包括与LCD驱动连接的LCD屏幕和与LCD屏幕连接的光学屏幕；所述LED左眼子元和LED右眼子元发出的光加载图像信息后分别被光学屏幕偏折；

综合处理器，由信号接收单元、可编程逻辑单元、LED亮灭信号产生单元和LCD刷新信号单元组成，所述综合处理器用以接收立体图像信号，并通过向LED驱动和LCD驱动分别发送LED亮灭信号及LCD刷新信号控制LED左眼子元和LED右眼子元的亮灭并同步驱动LCD屏幕刷新，使LCD屏幕在LED左眼子元打开的时间内只刷新出左眼图像，在LED右眼子元打开的时间内只刷新出右眼图像。

2.根据权利要求1所述的裸眼立体显示系统，其特征在于，所述LED背光模组还包括与LED背光源连接的散射光学元件。

3.根据权利要求1所述的裸眼立体显示系统，其特征在于，所述LED左眼子元或LED右眼子元为单独的LED个体或LED照明模块。

4.根据权利要求1所述的裸眼立体显示系统，其特征在于，所述可编程逻辑单元所使用的器件为单片机或数字信号处理器或可编程逻辑器件中的现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件。

5.根据权利要求1所述的裸眼立体显示系统，其特征在于，所述LED背光源的亮度具有不同档位。

6.根据权利要求1所述的裸眼立体显示系统，其特征在于，所述光学屏幕由液晶屏幕、液体透镜、光学透镜、二元光学器件组成。

7.根据权利要求7所述的裸眼立体显示系统，其特征在于，所述液体透镜、光学透镜和二元光学器件分别为液体透镜列阵、光学透镜列阵和二元光学器件列阵。

8.根据权利要求7所述的裸眼立体显示系统，其特征在于，所述光学屏幕紧贴地固定在LCD屏幕的前方或后方。

9.一种实现裸眼立体显示的方法，其步骤包括：

（1）综合处理器接收立体图像信号，并分别向LED驱动和LCD驱动同步发送LED亮灭信号及LCD刷新信号；

（2）LED驱动接收LED亮灭信号后控制LED左眼子元和LED右眼子元的交替亮灭；

（3）LCD驱动接收LCD刷新信号后控制LCD屏幕刷新并使LCD屏幕在LED左眼子元打开的时间内只刷新出左眼图像，在LED右眼子元打开的时间内只刷新出右眼图像；

（4）LED左眼子元和LED右眼子元发出的光加载图像信息后经光学屏幕发生偏折分别进入观看者左眼和右眼。

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