CN103096109B - 多视图自动立体显示器及显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多视图自动立体显示器及显示方法，该显示器包括：图像形成装置、视图形成装置、人眼追踪模块及视图工作状态控制模块。图像形成装置包括多个像素以显示图像；视图形成装置可用于将图像形成装置显示的图像进行分光而形成多个视图以在各个不同方向上被投射而对应产生多个视域；人眼追踪模块用于探测观看者的双眼位于多个视域中的其中两个视域中；视图工作状态控制模块用于根据人眼追踪模块的探测结果控制图像形成装置使观看者的双眼所在两个视域对应的视图处于开启状态，并使其他视域对应的视图处于关闭状态，由于采用了基于人眼位置信息来控制多个视图的工作状态之发明设计，因此可降低3D串扰以及弱化黑带。

Description

多视图自动立体显示器及显示方法

技术领域

本发明涉及立体显示技术领域，特别涉及多视图自动立体显示器及显示方法。

背景技术

目前显示器大多还是二维显示，但近期出现了利用不同技术实现的三维显示（又称为立体显示）器，因其可以给使用者带来更逼真的立体效果，受到了很多人的欢迎和青睐。

人之所以看到的物体是三维的，是因为人有两只眼睛，并且两只眼睛有一定的间距(例如两眼间隔约为65毫米)，物体在两眼视网膜上产生两幅有细微差别的二维视图，经人的大脑处理后合成为一幅立体视图(三维视图)。立体显示技术就是利用了人眼的立体成像原理，将两幅稍有不同的二维视图分别投射到人的左右眼中，人的大脑将这两幅视图合成后形成立体视觉。

立体显示技术从消费者的观点来看，基本上可以用眼镜来区分；而戴眼镜式立体显示的硬件技术已经发展得很成熟，只是比较不符合人性需求，毕竟特殊的专用眼镜管理是很复杂的问题。裸眼式立体显示技术将会是未来主要发展趋势。事实上，裸眼式立体显示技术目前已发展到多视图自动立体(multi-view auto-stereoscopic)显示，当观看者的头从左到右移动时，一系列连续的不同的立体视图将被观看到，从而可以让观看者产生例如环视场景中的三维物体之感觉。

然而，在多视图自动立体显示器中，由于像素之间的黑矩阵(black matrix,BM)也会被放大到观看者眼前而形成黑带(或者称之为观看死区)，例如图1A和图1B所示，其分别示出黑矩阵的线宽为20微米和52.5微米情形下显示白画面时在接收面上(-100mm,100mm)范围内的黑带分布。具体地，在图1A及图1B中，左侧纵坐标上的信号强度表示左右眼二维视图信号的强度，左侧横坐标中的观看位置表示人眼观看位置；右侧纵坐标上的灰度(归一化)则是指与信号强度所对应的视图的图像归一化灰度值，右侧上方的明暗条纹图则是人眼观看到的黑带分布效果、且与右侧下方的归一化灰度曲线图相对应。从图1A和图1B中可以发现，黑矩阵的线宽尺寸越大，则出现黑带的区域相应的也越宽。倘若观看者的一只眼睛恰好落在黑带上，其所看到的就是黑屏而非立体视图，导致观看效果不佳；此外，在显示多个视图时，由于左右眼二维视图是在相邻两个视域中显示，容易导致人眼在观看视图时会察觉到显示的某一视图中混叠了其它视图的现象，该种现象通常称之为立体串扰或3D串扰，该种3D串扰容易引起观看视疲劳等问题；因此，如何改善多视图自动立体显示器的观看效果亟待解决。

发明内容

本发明的目的包括提供一种多视图自动立体显示器以及显示方法，以实现低3D串扰、弱化甚至避免黑带之目的。

具体地，本发明实施例提供的一种多视图自动立体显示器包括：图像形成装置、视图形成装置、人眼追踪模块以及视图工作状态控制模块。其中，图像形成装置包括多个像素以显示图像；视图形成装置可用于将图像形成装置显示的图像进行分光而形成多个视图以供在各个不同方向上被投射而对应产生多个视域；人眼追踪模块用于探测观看者的双眼位于多个视域中的其中两个视域中；以及视图工作状态控制模块用于根据人眼追踪模块的探测结果控制图像形成装置，并使所述多个视域中该观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，所述多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态。在本发明实施例中，上述视图工作状态控制模块控制图像形成装置使该视图工作状态控制模块控制该图像形成装置使所述多个视域中观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，所述多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态包括：将该图像形成装置中所述多个视域中观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图的图像的像素控制为亮态显示；将该图像形成装置中所述多个视域中用于显示该观看者的双眼所在的两个视域之外的其他视域所对应的视图的图像的像素控制为暗态显示。

优选地，该多个视图的数量大于或等于4个。

优选地，该观看者的双眼所在的两个视域之间的视域数量为至少一个。

优选地，该视图形成装置包括液晶透镜面板，用于将该图像形成装置显示的图像进行折射分光而形成该多个视图。

优选地，该液晶透镜面板适于在电场作用下形成折射率分布类似于梯度折射率柱面透镜阵列或菲涅尔柱面透镜阵列。

本发明还提供了一种多视图自动立体显示方法，其包括步骤：利用用于多个视图的显示资料驱动包括多个像素的图像形成装置显示图像；将该图像形成装置显示的图像进行分光而形成多个视图并在各个不同方向上投射朝向观看者而对应产生多个视域；探测该观看者的双眼位于该多个视域中的其中两个视域中；以及根据探测结果控制该图像形成装置使所述多个视域中该观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，所述多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态。优选地，该多视图自动立体显示方法还包括步骤：当探测到该观看者的双眼移动至该多个视域中的其他视域，则切换该多个视域分别对应的该多个视图的工作状态。

优选地，该多视图自动立体显示方法中根据探测结果控制该图像形成装置使所述多个视域中该观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，所述多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态的步骤包括：将该图像形成装置中所述多个视域中观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图的图像的像素控制为亮态显示；将该图像形成装置中所述多个视域中用于显示该观看者的双眼所在的两个视域之外的其他视域所对应的视图的图像的像素控制为暗态显示。

优选地，该多视图自动立体显示方法中将该图像形成装置显示的图像进行分光而形成多个视图并在各个不同方向上投射朝向观看者而对应产生多个视域的步骤包括：利用电场控制设置在该图像形成装置显示侧的液晶透镜面板中的液晶层产生折射率分布变化以对该图像形成装置显示的图像进行折射分光而形成该多个视图。

本发明实施例主要是基于人眼位置探测结果来控制多视图自动立体显示器产生的多个视图的工作状态，使得对应人眼观看位置的两个视图的工作状态控制为开启状态、而其他视图的工作状态控制为关闭状态；如此，对应人眼观看位置的两个处于开启状态的视图之间至少含有1个视图并处于关闭状态，3D串扰可以得到大幅度降低。此外，当人眼移动时，根据人眼探测结果，视图的工作状态会作相应的切换，如此则可以有效弱化甚至避免黑带，从而观看者的立体观看效果可得到有效改善。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1A及1B是现有技术中多视图自动立体显示器的在接收面上(-100mm,100mm)范围内观看者所观看到的黑带分布示意图；

图2是本发明实施例的多视图自动立体显示器的原理示意图；

图3A和3B是本发明实施例的液晶透镜面板的局部结构和原理示意图；

图3C是本发明实施例的另一液晶透镜面板周期性排列的局部结构和原理示意图；

图4是本发明实施例的多视图自动立体显示器在接收面上(-97.5mm,97.5mm)范围内的四个视图的信号强度分布示意图；

图5是未采用本发明实施例提出的基于人眼位置信息控制各个视图的开关特性之发明设计的情形下的3D串扰状况示意图；

图6是采用本发明实施例提出的基于人眼位置信息控制各个视图的开关特性之发明设计的情形下的3D串扰状况示意图；

图7是本发明实施例的多视图自动立体显示器在接收面上(-100mm,100mm)范围内观看者所观看到的黑带分布示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的多视图自动立体显示器及显示方法其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及功效,详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

请参照图2，其绘示为本发明实施例提供的一种多视图自动立体显示器的原理示意图。在图2中，多视图自动立体显示器10例如为一种五视图自动立体显示器，其包括图像形成装置12、视图形成装置14、人眼追踪模块16以及视图工作状态控制模块18。

其中，图像形成装置12例如采用液晶显示面板，或者是其他适合于利用用于多个视图的显示资料来驱动而显示图像的图像形成装置。本实施例以液晶显示面板为例，其包括多个子像素或者像素121；图2中仅示出十个子像素或者像素121，但实际中，其可包括成千上万个子像素或者像素。图2中的子像素或者像素121基于空间多工3D显示方式而被分成P1、P2、P3、P4、P5五类，每五个子像素或者像素为一个群组且按周期排列以适于显示有细微差别的五幅视图的图像。在此需要说明的是，像素被分成多少类，与多视图自动立体显示器10所欲显示的视图数量相对应；举例说明：若欲显示的视图数量为四个，则像素相应地被分成四类；若欲显示的视图数量为六个，则像素相应地被分成六类，以此类推。

视图形成装置14设置在图像形成装置12的显示侧以执行视图形成功能。具体地，视图形成装置14可以是具有对光线进行折射分光作用的柱面透镜阵列，例如梯度折射率柱面透镜阵列(如图2所示)或者菲涅尔柱面透镜阵列。优选地，梯度折射率柱面透镜阵列或菲涅尔柱面透镜阵列皆是通过电控液晶透镜面板来实现，如此则可以实现多视图自动立体显示器10可切换地工作在2D模式或3D模式；液晶透镜面板的大致结构和工作原理后续将结合图3A、3B和3C进行详细说明。需要说明的是，视图形成装置14并不限制是柱面透镜阵列，也可以是其他分光装置，只要其能将图像形成装置12显示的图像进行分光而形成多个不同的视图以在各个不同方向上被投射而对应在接收面20上产生多个视域即可，例如图2中所示的五个视域VP1、VP2、VP3、VP4及VP5；并且从不同的视域通常会看到不同的视图。众所周知，接收面20到视图形成装置14的距离通常称之为观看距离，例如但不限于1米。此外，从图2中可以得知，观看者的双眼所在的两个视域(例如VP2和VP4)之间间隔有一个视域(例如VP3)，如此用于观看左右眼二维视图的两个视域被间隔开来，使得供观看者的左右眼观看的两个左右眼二维视图之间的3D串扰程度被大大降低；当然，也可根据实际需求设计成观看者的双眼所在的两个视域之间间隔有两个或者更多个视域。

如图3A和3B所示，其绘示出液晶透镜面板的局部结构和工作原理。具体地，从结构的角度来看，液晶透镜面板34包括相对设置的透明基板341和343、位于透明基板341和343之间的液晶层、设置在透明基板341内侧的多个条状透明信号电极342、以及设置在透明基板343内侧的透明公共电极344。其中，透明基板341和343例如是由玻璃制成，条状透明信号电极342和透明公共电极344例如是采用透明导电材料(例如是铟锡氧化物)制成。需要说明的是，图3A和3B所示的液晶透镜面板34的局部结构仅用于形成单个多电极驱动液晶透镜，而整个液晶透镜面板34可以看成是图3A和3B所示结构的重复延伸。另一方面，从工作原理的角度来看，当液晶透镜面板34中的多个条状透明信号电极342和透明公共电极344之间无电压时，液晶层343空间中的电位线分布均匀，液晶分子有着相同的排列，入射光线可直线通过，此时相当于无柱面透镜阵列，此时为2D模式；反之，当液晶透镜面板34中的每个多电极驱动液晶透镜的多个条状透明信号电极342和透明公共电极344之间存在电压差以形成电场且电压差呈特定分布例如梯度分布，液晶层343空间中的电位线分布不均，液晶分子的排列改变会产生折射率的分布变化，这样整体折射率的分布会类似于图2中所示的实体梯度折射率柱面透镜阵列的分布，如此则可以对显示的图像进行折射分光作用以执行视图形成功能，借此产生多个视图。当然，通过对液晶透镜面板34的条状透明信号电极342的数量和施加电压的分布状况进行改变后可以得到不同折射率分布的液晶透镜阵列，例如得到如图3C所示的菲涅尔液晶透镜阵列。

请重新参考图2，多视图自动立体显示器10中的人眼追踪模块16用于获取观看者的眼睛位置信息，具体可为探测观看者的双眼位于多个视域例如视域VP1、VP2、VP3、VP4、VP5之中的其中两个视域中。在此，人眼追踪模块16可以采用现有的各种追踪系统例如头部追踪系统(head trackingsystem)或眼球追踪系统(eye tracking system)，只要其能用于探测并确定观看者的双眼所在的位置信息即可。

此外，视图工作状态控制模块18电连接人眼追踪模块16，用于根据人眼追踪模块16的探测结果控制图像形成装置12以实现对多视图自动立体显示器10产生的多个视图的工作状态进行控制，例如使观看者的双眼所在的两个视域(例如VP2和VP4)所对应的视图处于开启状态，即将该图像形成装置中多个视域中观看者的双眼所在的两个视域(例如VP2和VP4)所对应的视图的图像的像素控制为亮态显示；同时，使其它视域(例如VP1、VP3和VP5)所对应的视图处于关闭状态，即将该图像形成装置中多个视域中用于显示该观看者的双眼所在的两个视域之外的其他视域(例如VP1、VP3和VP5)所对应的视图的图像的像素控制为暗态显示。在此，使其它视域(例如VP1、VP3和VP5)所对应的视图处于关闭状态，同时将图像形成装置12中用于显示观看者的双眼所在的两个视域(例如VP2和VP4)之间的视域(例如VP3)所对应的视图的图像的像素(例如V3)控制为关闭状态，如此用于观看左右眼二维视图的两个视域被间隔开来，使得供观看者的左右眼观看的两个左右眼二维视图之间的串扰程度被大大降低，同时使其它视图的带来的串绕消失。

需要说明的是，本发明上述实施例主要是基于视图工作状态控制模块18根据人眼位置探测结果来控制多视图自动立体显示器10产生的多个视图的工作状态之发明设计，至于图像形成装置12、视图形成装置14和人眼追踪模块16的具体结构设置，本领域技术人员可以进行适当变换，只要变换后的结构能实现类似或相同功能即可。

另外，本发明上述实施例的多视图自动立体显示器10执行的多视图自动立体显示方法可大致归纳为以下几个步骤：

(i)、驱动包括多个像素的图像形成装置显示图像，在此例如是利用用于多个视图的显示资料来进行驱动，以便于后续形成多个视图；

(ii)、将图像形成装置显示的图像进行分光而形成多个视图并在各个不同方向上投射朝向观看者而对应产生多个视域，具体地，可以利用电场控制设置在图像形成装置显示侧的液晶透镜面板中的液晶层产生折射率分布变化以对图像形成装置显示的图像进行折射分光而形成该多个视图，而形成的多个视图的数量优选为大于或等于4个；

(iii)、获取观看者的双眼位置信息，例如探测双眼位于多个视域中的哪两个视域中，而观看者的双眼所在的两个视域之间存在一个或多个视域（或者说，观看者）；以及

(iv)、根据获取的双眼位置信息控制所述多个视图的开启/关闭状态，例如根据探测结果控制图像形成装置使多个视域中该观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态；对应双眼观看位置的两个处于开启状态的视图之间至少存在一个处于关闭状态的视图。

另外，在上述实施例的多视图自动立体显示器10执行的多视图自动立体显示方法中，在步骤(ii)中，将该图像形成装置显示的图像进行分光而形成多个视图并在各个不同方向上投射朝向观看者而对应产生多个视域的步骤包括：利用电场控制设置在该图像形成装置显示侧的液晶透镜面板中的液晶层产生折射率分布变化以对该图像形成装置显示的图像进行折射分光而形成该多个视图。

此外，在上述实施例的多视图自动立体显示器10执行的多视图自动立体显示方法中，在步骤(iv)中：根据探测结果控制该图像形成装置使所述多个视域中该观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，所述多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态的步骤包括：

将该图像形成装置中所述多个视域中观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图的图像的像素控制为亮态显示；将该图像形成装置中所述多个视域中用于显示该观看者的双眼所在的两个视域之外的其他视域所对应的视图的图像的像素控制为暗态显示。

下面将以四视图自动立体显示为例，结合图4、图5、图6和图7来说明本发明实施例所能达到的技术效果。

具体地，图4绘示出本发明实施例的多视图自动立体显示器在接收面上(-97.5mm,97.5mm)范围内的四个视图a、b、c、d的信号强度分布，图5绘示出未采用本发明实施例提出的基于人眼位置信息控制各个视图的开关特性之发明设计的情形下的3D串扰状况，图6绘示出采用本发明实施例提出的基于人眼位置信息控制各个视图的开关特性之发明设计的情形下的3D串扰状况；图5和图6中的纵坐标代表3D串扰程度，其以百分比来表示，也即百分比越大，表示对应观看位置的串扰就越严重。在图5中，由于未采用基于人眼位置信息控制各个视图的开关特性之发明设计，四个视图a、b、c、d同时开启，其导致3D串扰较严重。而在图6中，由于采用了本发明实施例提出的基于人眼位置信息控制各个视图的开关特性之发明设计，当左右眼分别位于视域(32.5mm,65mm)和视域(-32.5mm,0mm)中时，视图a、c开启，视图b、d关闭；而当左右眼分别位于视域(0mm,32.5mm)和视域(-65mm,-32.5mm)中时，视图b、d开启，视图a、c关闭；如此，由于观看者左右眼所分别观看的视图之间的视图处于关闭状态，3D串扰现象被大幅度地削弱。

此外，图7绘示出在接收面上(-100mm,100mm)范围内观看者观看到的黑带分布状况，在图7中，纵坐标上的灰度(归一化)表示观看者所观看到的视图的图像归一化灰度值，也即，灰度值越大表示对应观看位置的视图亮度就越大；并且图7上方的明暗条纹表示观看者所能察觉的黑带分布效果。本发明实施例由于采用了基于人眼位置信息控制各个视图的开关特性之发明设计，当探测到人眼移动时，也即当探测到观看者的双眼从当前的两个视域移动到另两个视域(例如从观看视图a、c的位置移动到观看视图b、d的位置)时，各个视图的工作状态会在开启状态和关闭状态之间作相应的切换，如此多视图自动立体显示器10的3D显示过程中出现的黑带不易被观看者所察觉，使得观看者所观看到的黑带状况被有效的弱化（相较于图1A和1B所示的黑带分布状况而言），从而观看者的立体观看效果可得到有效改善。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种多视图自动立体显示器，包括图像形成装置以及视图形成装置，该图像形成装置包括多个像素以显示图像，该视图形成装置可用于将该图像形成装置显示的图像进行分光而形成多个视图以在各个不同方向上被投射而对应产生多个视域；其特征在于，该多视图自动立体显示器还包括：

人眼追踪模块，用于探测观看者的双眼位于该多个视域中的其中两个视域中，该观看者的双眼所在的两个视域之间的视域数量为至少一个；以及

视图工作状态控制模块，用于根据该人眼追踪模块的探测结果控制该图像形成装置，并使所述多个视域中该观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，所述多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态。

2.根据权利要求1所述的多视图自动立体显示器，其特征在于，该视图工作状态控制模块控制该图像形成装置使所述多个视域中观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，所述多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态包括：

将该图像形成装置中所述多个视域中观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图的图像的像素控制为亮态显示；

将该图像形成装置中所述多个视域中用于显示该观看者的双眼所在的两个视域之外的其他视域所对应的视图的图像的像素控制为暗态显示。

3.根据权利要求1或2中所述的多视图自动立体显示器，其特征在于，该多个视图的数量大于或等于4个。

4.根据权利要求1或2中所述的多视图自动立体显示器，其特征在于，该视图形成装置包括液晶透镜面板，用于将该图像形成装置显示的图像进行折射分光而形成该多个视图。

5.根据权利要求4所述的多视图自动立体显示器，其特征在于，该液晶透镜面板适于在电场作用下形成折射率分布类似于梯度折射率柱面透镜阵列或菲涅尔柱面透镜阵列。

6.一种多视图自动立体显示方法，其特征在于，包括步骤：

利用用于多个视图的显示资料驱动包括多个像素的图像形成装置显示图像；

将该图像形成装置显示的图像进行分光而形成多个视图并在各个不同方向上投射朝向观看者而对应产生多个视域；

探测该观看者的双眼位于该多个视域中的其中两个视域中，该观看者的双眼所在的两个视域之间的视域数量为至少一个；以及

根据探测结果控制该图像形成装置使所述多个视域中该观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，所述多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态。

7.根据权利要求6所述的多视图自动立体显示方法，其特征在于，还包括步骤：

当探测到该观看者的双眼移动至该多个视域中的其他视域，则切换该多个视域分别对应的该多个视图的工作状态。

8.根据权利要求6所述的多视图自动立体显示方法，其特征在于，根据探测结果控制该图像形成装置使所述多个视域中该观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图处于开启状态，所述多个视域中的其它视域所对应的视图处于关闭状态的步骤包括：

将该图像形成装置中所述多个视域中观看者的双眼所在的两个视域所对应的视图的图像的像素控制为亮态显示；

将该图像形成装置中所述多个视域中用于显示该观看者的双眼所在的两个视域之外的其他视域所对应的视图的图像的像素控制为暗态显示。

9.根据权利要求6所述的多视图自动立体显示方法，其特征在于，将该图像形成装置显示的图像进行分光而形成多个视图并在各个不同方向上投射朝向观看者而对应产生多个视域的步骤包括：

利用电场控制设置在该图像形成装置显示侧的液晶透镜面板中的液晶层产生折射率分布变化以对该图像形成装置显示的图像进行折射分光而形成该多个视图。