CN103686133A - 一种用于裸眼立体显示器的图像补偿装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于裸眼立体显示器的图像补偿装置及其方法。该图像补偿装置包括：侦测单元，侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度；补偿单元，根据位置坐标和头部旋转角度调整每一图像帧的宽度，并使人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处；以及立体图像呈现单元，根据调整后的图像帧宽度，形成相应的立体图像并显示于屏幕。相比于现有技术，本发明的图像补偿装置可解决观看者头部发生旋转时的图像串扰及3D效果较差等问题，通过水平方向上的图像帧偏移操作以及图像帧的宽度缩短，进而使观看者人眼之间的眉心在图像帧序列方向的投影点重新位于相邻图像帧的交界处，因此可降低图像串扰并提升观看者的3D体验效果。

Description

一种用于裸眼立体显示器的图像补偿装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种裸眼立体显示器，尤其涉及一种用于该裸眼立体显示器的图像补偿装置及其补偿方法。

背景技术

裸眼3D立体显示器又称多视角裸眼立体显示器，其主要原理是利用人眼视差特性，在多个用户同时裸眼观看（无须佩带头盔、偏光镜等辅助设备）的条件下呈现出具有空间深度且影像悬浮于屏幕外的逼真立体影像。例如，该多视角裸眼立体显示器采用透镜阵列技术，通过摩尔纹干涉测量法精确对位，通过在水平方向上改变光线的传输方向为双眼提供有细微差异的透视图像，从而利用左右眼的视差实现立体效果。

在现有技术中，一些厂商运用柱状透镜式3D技术（lenticular lens），并结合了裸眼3D技术解决方案，已开发出无须配戴3D眼镜的全视角（deadzone free）笔记本电脑和3D液晶屏，以提供消费者更方便且更舒适的3D视觉体验。就裸眼全视角3D显示技术来说，其突破了传统裸眼3D显示的视角限制，以眼球追踪（Eye-Tracking）技术抓取用户眼球移动的位置，使用户无论站在哪个位置，均能看到相同效果的3D影像。如此一来，用户不仅能够看到画面效果更优异的3D影像，而且还没有视角限制。

此外，当用户在最佳观赏距离（诸如双眼平视时）观看裸眼3D电视时，人的左眼与右眼之间的距离（6.5厘米）刚好等于一个图像帧（View）的宽度。由于用户的两眼皆落于3D图像最佳的位置，双眼间的眉心位于相邻两图像帧的交界处，此时的图像串扰（Crosstalk）最小，从而能看到最好的3D图像效果。然而，当用户的头部发生旋转，两眼与3D电视并非平行时，此时两眼间的距离在水平方向上的投影却小于一个图像帧的宽度，并且眉心也会偏离相邻两图像帧的交界处，此时用户所看到图像的串扰较高，3D图像效果也随之变差。

有鉴于此，如何设计一种用于裸眼立体显示器的图像补偿方案，使观看者即使发生头部旋转时仍然能够看到串扰较少且图像效果较好的3D图像，以消除上述缺陷或不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中的裸眼立体显示器在观看者头部发生旋转时观看到的3D图像所存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于裸眼立体显示器的图像补偿装置及其方法。

依据本发明的一个方面，提供了一种用于裸眼立体显示器的图像补偿装置，适于根据观看者的脸部旋转进行图像补偿，包括：

一侦测单元，用以侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度；

一补偿单元，根据所述侦测单元所侦测的位置坐标和头部旋转角度，调整每一图像帧的宽度，并使得该观看者人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处；以及

一立体图像呈现单元，根据所述补偿单元调整的图像帧宽度，形成相应的立体图像，并将所述立体图像显示于屏幕。

在其中的一实施例中，所述补偿单元包括：一位置补偿单元，用于根据所侦测的位置坐标以及头部旋转角度，确定观看者人眼之间的眉心在图像帧序列方向的投影点，并使得所述投影点位于相邻图像帧的交界处；以及一宽度补偿单元，用于根据观看者人眼之间的距离，结合该观看者头部的旋转角度，计算调整后的每一图像帧的宽度。

在其中的一实施例中，调整后的每一图像帧的宽度W2根据如下数学关系式予以计算：

W2＝Ｗ１×cosθ；

其中W1表示观看者人眼之间的距离，θ表示观看者头部的旋转角度。

在其中的一实施例中，所述图像补偿装置利用光栅电压来控制观看者人眼看到的图像宽度，所述宽度补偿单元通过该光栅电压的数值改变来调整每一图像帧的宽度。

在其中的一实施例中，所述图像补偿装置利用控制电压来改变液晶透镜的弯曲度，所述宽度补偿单元通过透镜弯曲角度的改变来调整每一图像帧的宽度。

在其中的一实施例中，观看者头部旋转后的左眼和右眼所看到的图像帧编号，不同于头部旋转前的左眼和右眼各自所看到的图像帧编号。

依据本发明的另一个方面，提供了一种用于裸眼立体显示器的图像补偿方法，适于根据观看者的脸部旋转进行图像补偿，该图像补偿方法包括以下步骤：

侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度；

根据所侦测的位置坐标和头部旋转角度，调整每一图像帧的宽度，并使得该观看者人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处；以及

根据所调整的图像帧宽度，形成相应的立体图像，并将所述立体图像显示于屏幕。

在其中的一实施例中，所述调整每一图像帧的宽度的步骤还包括：根据所侦测的位置坐标以及头部旋转角度，确定观看者人眼之间的眉心在图像帧序列方向的投影点，并使得所述投影点位于相邻图像帧的交界处；以及根据观看者人眼之间的距离，结合该观看者头部的旋转角度，计算调整后的每一图像帧的宽度。

在其中的一实施例中，计算调整后的每一图像帧的宽度W2采用如下数学关系式：

W2＝Ｗ１×cosθ；

其中，W1表示观看者人眼之间的距离，θ表示观看者头部的旋转角度。

采用本发明的用于裸眼立体显示器的图像补偿装置及其方法，通过侦测单元来侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度，补偿单元根据侦测单元所侦测的位置坐标和头部旋转角度来调整每一图像帧的宽度，并使该观看者人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处，再利用立体图像呈现单元形成相应的立体图像从而显示于屏幕。相比于现有技术，本发明的图像补偿装置可解决观看者头部发生旋转时的图像串扰及3D效果较差等问题，通过图像帧在水平方向上的平移操作以及缩短图像帧的宽度，进而使观看者人眼之间的眉心在图像帧序列方向的投影点重新位于相邻图像帧的交界处，因此可降低图像串扰并提升观看者的3D体验效果。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1示出观看者在最佳观赏距离观看裸眼立体显示器且双眼平视时的状态示意图；

图2示出观看者在头部发生旋转时观看裸眼立体显示器引起图像串扰（crosstalk）的状态示意图；

图3示出依据本发明一实施方式的用于裸眼立体显示器的图像补偿装置的结构示意图；

图4示出采用图3的图像补偿装置对图像帧进行平移从而使人眼之间的眉心投影点位于相邻图像帧的交界处的状态示意图；

图5示出采用图3的图像补偿装置对图像帧的宽度进行调整和计算的原理示意图；以及

图6示出依据本发明另一实施方式的用于裸眼立体显示器的图像补偿方法的流程框图。

具体实施方式

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。

图1示出观看者在最佳观赏距离观看裸眼立体显示器且双眼平视时的状态示意图。图2示出观看者在头部发生旋转时观看裸眼立体显示器引起图像串扰（crosstalk）的状态示意图。

参照图1，使用数字标记100表示观看者的左眼（或右眼），104表示观看者的右眼（或左眼），102表示左眼100与右眼104之间的中心位置（也称为眉心）。在图1中，左眼100与右眼104之间的距离为W1。此外，3D图像可划分为若干多个图像帧（View），任意相邻的两个图像帧分别标记为View1和View2，其中，左眼100对应地观看到图像帧View1，右眼104对应地观看到图像帧View2。

当观看者在最佳观赏距离观看时，左眼100与右眼104之间的距离W1为6.5厘米，且刚好对应于一个图像帧的宽度。由于左眼100位于图像帧View1的峰值，右眼104位于图像帧View2的峰值，眉心102位于左眼100与右眼104之间的中心以及图像帧View1与图像帧View2之间的交界处，因此观看者的两眼皆落在3D图像最佳的观看位置，此时左眼的图像串扰（crosstalk）最少，右眼的图像串扰也最少。

参照图2，此时观看者的头部发生旋转（如箭头所示），左眼100与右眼104不再位于水平方向。不难看出，在头部发生旋转后，左眼100与右眼104之间的距离仍然保持W1不变，右眼104仍然对应图像帧View2的峰值，但是眉心102已偏离图像帧View1与图像帧View2之间的交界处，左眼100也已不再对应图像帧View1的峰值。例如，左眼100在水平方向上的投影点与右眼104在水平方向上的投影点之间的距离为W2，该距离W2小于图像帧View1的峰值处到图像帧View2的峰值处的距离W1。也就是说，此时右眼的图像串扰（crosstalk）最少，但左眼的图像串扰较大，观看者所看到的3D图像效果会变差。

为了解决上述图2中的图像串扰较大以及3D图像效果较差的缺陷，图3示出依据本发明一实施方式的用于裸眼立体显示器的图像补偿装置的结构示意图。

参照图3，本发明用于裸眼立体显示器的图像补偿装置包括一侦测单元（Face Detection Unit）20、一补偿单元（Face Rotate Compensation Unit）22以及一立体图像呈现单元（3D Rendering Unit）24。

具体地，侦测单元20用以侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度。补偿单元22根据侦测单元20所侦测的位置坐标和头部旋转角度，调整每一图像帧的宽度，并使得该观看者人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处。立体图像呈现单元24根据补偿单元22调整的图像帧宽度，形成相应的立体图像数据，这些立体图像数据被写入系统硬件中，并将3D图像信息显示于屏幕。

在一具体实施例中，观看者头部旋转后的左眼和右眼所看到的图像帧编号，不同于头部旋转前的左眼和右眼各自所看到的图像帧编号。例如，在立体呈现技术中，根据透镜的折射路径，将观看者应该要看到的图像帧排列于折射路径上，诸如，观看者在原图像帧宽度W1下应该看到9View（View1～View9）的3D图像范围，左眼和右眼分别看到第5个图像帧View5和第6个图像帧View6。当观看者的头部发生旋转后，由于图像帧的偏移操作，观看者所看到的图像帧编号有所调整，诸如，经过偏移操作调整后，左眼和右眼分别看到第7个图像帧View7和第8个图像帧View8。

图4示出采用图3的图像补偿装置对图像帧进行平移从而使人眼之间的眉心投影点位于相邻图像帧的交界处的状态示意图。图5示出采用图3的图像补偿装置对图像帧的宽度进行调整和计算的原理示意图。

参照图4和图5，在该示意性实施例中，补偿单元22还包括一位置补偿单元和一宽度补偿单元。其中，位置补偿单元对应于图4中的偏移操作，宽度补偿单元对应于图5中的图像帧调整。

在图4中，位置补偿单元根据所侦测的位置坐标以及头部旋转角度，确定观看者人眼之间的眉心在图像帧序列方向的投影点，将图像帧平移距离X，从而使该投影点位于相邻图像帧View1和View2的交界处。

在图5中，宽度补偿单元根据观看者人眼之间的距离W1，结合该观看者头部的旋转角度θ，计算调整后的每一图像帧的宽度。更具体地，调整后的每一图像帧的宽度W2根据如下数学关系式予以计算：

W2＝Ｗ１×cosθ；

其中，W1表示观看者人眼之间的距离，θ表示观看者头部的旋转角度。

在一具体实施例中，该图像补偿装置利用光栅电压来控制观看者人眼看到的图像宽度，并且宽度补偿单元通过该光栅电压的数值改变来调整每一图像帧的宽度。

在一具体实施例中，该图像补偿装置利用控制电压来改变液晶透镜的弯曲度，并且宽度补偿单元通过透镜弯曲角度的改变来调整每一图像帧的宽度。

图6示出依据本发明另一实施方式的用于裸眼立体显示器的图像补偿方法的流程框图。应当理解，该图像补偿方法对图3中的图像补偿装置一一对应。

参照图6，在本发明的图像补偿方法中，首先执行步骤S11，侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度。接着，在步骤S13中，根据所侦测的位置坐标和头部旋转角度，调整每一图像帧的宽度，并使得该观看者人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处。最后，在步骤S15中，根据所调整的图像帧宽度，形成相应的立体图像，并将该立体图像显示于屏幕。

结合图2、图3和图6，该图像补偿方法先通过侦测单元20侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度。接着，补偿单元22根据所侦测的位置坐标和头部旋转角度，调整每一图像帧的宽度，并使得该观看者人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处。最后，立体图像呈现单元24根据所调整的图像帧宽度，形成相应的立体图像，这些立体图像数据被写入系统硬件中，并将3D图像信息显示于屏幕。

在一具体实施例中，调整每一图像帧的宽度的步骤还包括根据所侦测的位置坐标以及头部旋转角度，确定观看者人眼之间的眉心在图像帧序列方向的投影点，并使得所述投影点位于相邻图像帧的交界处（如图4所示），以及根据观看者人眼之间的距离，结合该观看者头部的旋转角度，计算调整后的每一图像帧的宽度（如图5所示）。

在一具体实施例中，计算调整后的每一图像帧的宽度W2采用如下数学关系式：

W2＝Ｗ１×cosθ；

其中，W1表示观看者人眼之间的距离，θ表示观看者头部的旋转角度。

采用本发明的用于裸眼立体显示器的图像补偿装置及其方法，通过侦测单元来侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度，补偿单元根据侦测单元所侦测的位置坐标和头部旋转角度来调整每一图像帧的宽度，并使该观看者人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处，再利用立体图像呈现单元形成相应的立体图像从而显示于屏幕。相比于现有技术，本发明的图像补偿装置可解决观看者头部发生旋转时的图像串扰及3D效果较差等问题，通过图像帧在水平方向上的平移操作以及缩短图像帧的宽度，进而使观看者人眼之间的眉心在图像帧序列方向的投影点重新位于相邻图像帧的交界处，因此可降低图像串扰并提升观看者的3D体验效果。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种用于裸眼立体显示器的图像补偿装置，适于根据观看者的脸部旋转进行图像补偿，其特征在于，该图像补偿装置包括：

一侦测单元，用以侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度；

一补偿单元，根据所述侦测单元所侦测的位置坐标和头部旋转角度，调整每一图像帧的宽度，并使得该观看者人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处；以及

一立体图像呈现单元，根据所述补偿单元调整的图像帧宽度，形成相应的立体图像，并将所述立体图像显示于屏幕。

2.根据权利要求1所述的用于裸眼立体显示器的图像补偿装置，其特征在于，所述补偿单元包括：

一位置补偿单元，用于根据所侦测的位置坐标以及头部旋转角度，确定观看者人眼之间的眉心在图像帧序列方向的投影点，并使得所述投影点位于相邻图像帧的交界处；以及

一宽度补偿单元，用于根据观看者人眼之间的距离，结合该观看者头部的旋转角度，计算调整后的每一图像帧的宽度。

3.根据权利要求2所述的用于裸眼立体显示器的图像补偿装置，其特征在于，调整后的每一图像帧的宽度W2根据如下数学关系式予以计算：

W2＝W1×cosθ；

其中，W1表示观看者人眼之间的距离，θ表示观看者头部的旋转角度。

4.根据权利要求2所述的用于裸眼立体显示器的图像补偿装置，其特征在于，所述图像补偿装置利用光栅电压来控制观看者人眼看到的图像宽度，所述宽度补偿单元通过该光栅电压的数值改变来调整每一图像帧的宽度。

5.根据权利要求2所述的用于裸眼立体显示器的图像补偿装置，其特征在于，所述图像补偿装置利用控制电压来改变液晶透镜的弯曲度，所述宽度补偿单元通过透镜弯曲角度的改变来调整每一图像帧的宽度。

6.根据权利要求1所述的用于裸眼立体显示器的图像补偿装置，其特征在于，观看者头部旋转后的左眼和右眼所看到的图像帧编号，不同于头部旋转前的左眼和右眼各自所看到的图像帧编号。

7.一种用于裸眼立体显示器的图像补偿方法，适于根据观看者的脸部旋转进行图像补偿，其特征在于，该图像补偿方法包括以下步骤：

侦测观看者的位置坐标和头部旋转角度；

根据所侦测的位置坐标和头部旋转角度，调整每一图像帧的宽度，并使得该观看者人眼之间的眉心位于相邻图像帧的交界处；以及

根据所调整的图像帧宽度，形成相应的立体图像，并将所述立体图像显示于屏幕。

8.根据权利要求7所述的用于裸眼立体显示器的图像补偿方法，其特征在于，所述调整每一图像帧的宽度的步骤还包括：

根据所侦测的位置坐标以及头部旋转角度，确定观看者人眼之间的眉心在图像帧序列方向的投影点，并使得所述投影点位于相邻图像帧的交界处；以及

根据观看者人眼之间的距离，结合该观看者头部的旋转角度，计算调整后的每一图像帧的宽度。

9.根据权利要求8所述的用于裸眼立体显示器的图像补偿方法，其特征在于，计算调整后的每一图像帧的宽度W2采用如下数学关系式：

W2＝W1×cosθ；

其中，W1表示观看者人眼之间的距离，θ表示观看者头部的旋转角度。

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