CN103718550A - 3d显示装置、方法和结构 - Google Patents

Abstract

一种用于显示2D/3D图像的方法、装置和（一种或多种）结构。本公开与用于向观看者传送3维深度的立体感知的系统、设备和结构相关。三个或更多的图像序列以时间多路复用的方式被显示，该三个图像序列中的每一个代表相同对象的不同的视点。通过快门护目镜观看显示的图像的观看者可以选择要被呈现给该观看者的左眼和右眼的所述三个图像序列中的两个的组合。

Description

3D显示装置、方法和结构

技术领域

本公开涉及用于向观看者传送3维（3D）深度立体感知的系统、设备和结构。

背景技术

3D显示器和系统向观看者传送3D深度的立体感知。3D显示器和系统的基本工作特征是呈现被分别显示到观看者的左眼和右眼的偏移图像。偏移图像在观看者大脑中被组合，以呈现出3D深度感知。

考虑到它们可取的视觉特性，3D显示器和系统在电影、电视和计算机行业中是流行的。不过如可以理解的，尽管3D显示器和系统以及所产生的图像可以对某些个人有吸引力，但它们对其他个人将没有吸引力。此外，对于由这种3D显示器和系统所产生的图像人的耐受性也是有个体差异的。更具体而言，在观看3D显示器上的图像时，某些个人可能变得迷失方向和/或身体不适，而其他个人可能根本不会表现出负面影响。

此外，要指出的是，由当代3D显示器和系统所产生的图像特征可能取决于场地的物理配置。例如，表观视差的量可能随着屏幕尺寸而改变，或者随着观看者距该屏幕多远而改变。

发明内容

根据本公开的一个方面，对现有技术做出了一项提高，其针对允许3D显示器的个体观看者根据该观看者的个人偏好选择性地调节所显示图像3D特征的结构和方法。

本公开的再一方面针对便于显示电影（moving(motion)picture）和/或其他广播技术的方法和结构，其中所显示的图像可以表现出3D特征的用户可选择的量。

本公开的示范性例示针对一种视觉介质，其包括若干图像序列，每一个单个图像序列包括一组至少三幅单个图像，每幅单个图像具有不同的视点。有利地，视觉介质可以是磁的、光学的、电子的、电磁的和化学的类型中的任何类型。此外，序列的数目可以是多个，从而可以包括全长的电影或图像的连续的流。

本公开的一个替代示范性示例针对一种用于提供多个单个图像的序列的方法，每个单个图像序列包括一组至少三幅单个图像，每幅单个图像具有不同视点。图像序列可以从适当的存储介质被读取并然后被传输和/或被显示。有利地，该方法可以包括接收和/或生成期望的2D/3DF效果的指示，然后仅传送图像序列中对应于该特定指示的那些单个图像。如可以理解的，可以以一定速率显示多个单个图像的序列，从而连续的运动可以被所显示图像的观看者观察到。

本公开的又一示范性示例针对一种装置，其接收观看者的输入并向显示设备提供图像序列，其中所显示的图像表现出由观看者输入所指示的2D/3D特征的期望的量。

附图说明

通过参考附图可以实现对本公开的更完整理解，附图中：

图1为示意图，示出了根据本公开的一个方面的具有不同视点的图像、眼镜和图像的观看者；以及

图2a、2b、2c和2d为示意图，示出了根据本公开的一个方面的具有不同视点的图像以及它们与观看者眼睛的同步以提供2D/3D效果；以及

图3为示意图，示出了根据本公开的一个方面的包括一系列图像的帧序列；

图4为示意图，示出了根据本公开的一个实施例，其中通过导线观看者所佩戴的眼镜被同步到计算机显示器；

图5为示出了根据本公开的方法的流程图；

图6示出了根据本公开的一个方面的示范性装置；以及

图7示出了根据本公开的一个方面的示范性装置的操作装置。

由附图和详细描述更充分地描述了说明性实施例。不过，本发明可以以各种形式被体现，而不限于附图和详细描述中所描述的实施例。

具体实施方式

下文仅例示本发明的原理。因此应理解，本领域技术人员将能够设计出各种装置，其尽管未在此处被明确描述或示出，但仍体现了本发明的原理并被包括在其精神和范围之内。

此外，此处列举的所有实例和条件性语言都主要地明确意在仅仅出于教育目的，以辅助读者理解本发明的原理和发明者对发展本领域所贡献的观念，并应理解为不限于这样的被具体地列举的实例和条件。

此外，此处列举本发明原理、方面和实施例以及其具体实例的所有陈述都意在既涵盖其结构又涵盖其功能的等同物。此外，意在使这样的等同物既包括当前已知的等同物，也包括将来被开发的等同物，也即，被开发出来执行相同功能的任何元素，不论其结构如何。

因此，例如，本领域技术人员应理解，此处图示代表体现本公开原理的说明性结构的概念视图。相应地，本领域技术人员应容易理解，本公开适用于涉及到电影、电视、计算机显示器、视频游戏和其他音频/视频技术，即电话会议，的各种应用。

以附加背景的方式，首先要指出，3D深度的感知是通过生成单独的左右透视图来被实现的。正是在左右透视之间的渐进差异，称为视差，其在3D环境中提供了用于感知深度的视觉暗示。那么，3D显示系统的一个目标就是向观看者的左眼呈现与被呈现给观看者右眼的右眼图像相隔离的左眼图像。这样允许观看者的视觉系统（中枢神经系统，大脑等）合并该两幅图像以获得深度感或立体感知。

向用户呈现3D图像的早期方法，并且与公众立体视觉相关联的一种常见方法是利用立体照片（anaglyph）图像。公众熟悉立体照片部分是由于其用于非剧场3D介质，例如连环画和电视广播中，其中偏振不切实际，并且因为它采用了具有红色和蓝绿色滤光器的原型3D眼镜，每个滤光器用于一只眼睛。

对于立体照片，通过使用两个滤光器，一个红色，一个蓝绿色，两幅图像以相加方式叠加起来。

为了呈现3D立体电影，两幅图像一般通过正交线性偏振滤光器被投影叠加到同一屏幕上。投影图像的观看者佩戴具有一对正交线性偏振滤光器的眼镜，每个滤光器用于一只眼睛。由于每个线性偏振滤光器仅通过相似偏振的光，并阻挡正交偏振的光，所以观看者的每只眼睛仅看到随后由观看者的大脑组合的图像之一。如可以理解的，使用线性偏振滤光器要求观看者保持他的/她的头部水平，因为观看滤光器倾斜将导致图像“掺混”到一起。

或者，两幅图像可以通过表现相反旋向性（handedness）的圆偏振滤光器被投影叠加到同一屏幕上。观看者佩戴具有一对相反安装的圆偏振镜片的眼镜，每个镜片用于一只眼睛。因此，左圆偏振光被右旋圆偏振镜片消除，而右圆偏振光被左旋圆偏振镜片消除。结果基本上类似于使用线性偏振眼镜观看线性偏振投影，只是有利地，观看者能够倾斜他的/她的头部并仍然维持满意的左/右分离和3D效果。

最近，在美国专利No.6687003中描述了一种使用多色滤光器来录制和观看彩色立体图像的方法。这种方法（ColorCode3-D）使用琥珀色和蓝色滤光器，并且不像更早的立体照片系统那样，它使用现有的电视介质提供了几乎全彩色的视图。观看者的一只眼睛（左眼，琥珀色滤波器）接收交叉光谱色彩信息，并且另一只眼睛（右眼，蓝色滤波器）接收单色图像。两幅图像在观看者的大脑中被“组合”。

了解了该附加背景知识后，本领域技术人员将迅速理解，这种3D系统和方法的观看者/用户对这种系统没有个体控制。对于3D电影而言，电影观众必须决定是去看其中对3D效果他们不能控制的特定电影的3D放映，还是去看同一电影的2D放映。当然，能够做出这种选择的先决条件是电影院运营者提供两种不同的放映，运营成本相当高。

相应地，根据本公开对这一组问题的一种解决方案是为电影观众提供一副眼镜，其中他们能够观看3D展示但体验不到3D效果。通过这种方式，电影观众的任何个人不良作用得以避免。

为了克服这些不良作用，被动偏振眼镜被采用。更具体而言，在使用线偏振光来生成3D电影的情况下，对于观看者的每只眼睛，偏振眼镜将包括基本相同的偏振镜片（膜、滤光器等）。类似地，对于圆偏振的3D电影，眼镜的每个镜片将具有基本相同的圆偏振镜片（滤光器、膜等）。通过这种方式，3D电影的观看者将仅看到一个偏振取向，并因此，在不以3D方式观看电影的同时，将有利地不经受任何与3D观看相关联的不良作用。

或者，具有液晶镜片的主动眼镜（快门眼镜，shutterglasses）被用于3D投影/显示以与所显示的图像同步地遮挡或透过光。更具体而言，凭借采用交替帧排序方法，眼镜交替地对佩戴者的一只眼睛遮闭（变暗），然后对另一只眼睛遮闭，与被显示的图像同步。被显示的图像为每只眼睛交替示出不同的透视，由此实现3D效果。

根据本公开的一个方面，对左右两只眼睛，交替的遮闭被同步到单个透视，由此消除任何3D效果。相反地，观看者所观察到的是2D图像，并因此不会感受到任何3D观看的不良作用。

从操作上讲，具有液晶镜片的一幅眼镜被制作成用户可选择的，这样它们工作在或是交替遮闭模式或是同步遮闭模式。通过这种方式，当眼镜工作于交替遮闭模式时，对于被恰当显示（或投影）的图像，佩戴者将观察到3D效果。或者，当眼镜工作于同步遮闭模式时，对显示的图像，佩戴者将观察到2D效果。

尽管根据本公开的目前为止所描述的这些技术可以令人满意地为观看者消除3D效果和任何所造成的生理不良作用，但要指出的是，它们不允许观看者选择性地调节感受到的3D效果的量。

有鉴于此，本公开的再一方面针对一种主动显示系统装置和方法，其允许观看者选择3D效果的量，或者完全没有3D效果。更具体而言，图像被循序显示，其中图像表现三个或更多不同的视点。主动眼镜被使用这样眼镜的佩戴者可以选择显示图像的四种不同组合中的一种。

同时参考图1、2a、2b、2c和2d，所示出的示意图其示出了图像100（图1）的观看者以及图像A、B和C，每幅图像表现不同的视点，的序列。出于本实例的目的，并根据本公开的一个方面，要指出的是，对于图像中的每一幅，视点的分离是不同的。亦即，构成单个图像A、B和C中的每一幅所来自的视点是不同的。这一差异被测量为视点分离。例如，图像A和B的视点分离为x，而图像B和C的视点分离为2x。最后，图像A和C的视点分离为3x。

如可以理解的，可以使用具有被分离开约7cm（人眼的大致分离）的镜片的双镜片照相机生成“标准”立体图像对。可以使用被安装于可调节固定装置上的照相机生成具有更大的镜片分离的图像，由此产生期望的视点分离度或量。

图像A、B和C被快速相继地显示在反射屏幕或其他主动显示设备上。主动快门眼镜120由观看者100佩戴。

眼镜120（其可以包括LCD设备）的两个单个镜片121、122的每一个与所显示图像中的特定的一幅同步。开关125或其他可选择元件允许佩戴者选择该单个镜片要与图像A、B或C中的哪个（些）同步。

如可以理解的，眼镜镜片121、122中的每一个对应于眼镜120的佩戴者的特定眼睛（左或右）。因此，并参考表1，如果两个镜片121和122都与图像B同步，那么如图2a中所示，眼镜120的佩戴者将观察到2D图像。

表1

右/左眼图像/视点分离和3D效果

不过，如果两个镜片不是同步到同一图像，那么快门眼镜的佩戴者将因为被每只眼睛所看到的不同图像的视点间的差异而感受到3D效果。通过这种方式，镜片被遮闭这样使得每只眼睛仅看到特定图像并因此只看到该图像的视点。相应地，如果右眼快门同步到图像A并且左眼快门同步到图像C，那么佩戴者的左眼将仅看到图像C并且佩戴者的右眼将仅看到图像A，而且佩戴者将“观察到”如图2d中所示的具有极端3D效果的图像。

类似地，如果镜片被遮闭这样使得佩戴者的右眼仅看到图像B并且佩戴者的左眼仅看到图像C，那么佩戴者将观察到如图2c中所示的具有相对中等3D效果的图像。

最后，如果镜片被遮闭这样使得佩戴者的右眼仅看到图像A并且佩戴者的左眼仅看到图像B，那么佩戴者将观察到如图2b中所示的具有微弱3D效果的图像。

现在转向图3，示出了根据本公开的一个方面的包括一系列图像的若干帧序列。如图3中所示，图像被示为胶片或影片的一部分。本领域的技术人员将容易理解，这样的胶片、影片或电影仅仅是一系列静止（或运动）的图像。它通常是通过使用照相机录制摄影图像或通过使用动画效果、视觉效应来创建图像来被产生，或者是由计算机生成的。当然，胶片是由一系列单个图像（帧）制成的。当这些图像（帧）被快速地相继显示时，观看者会有运动正在发生的错觉。观看者不能看到帧之间的闪烁，部分由于被称为视觉暂留的效应，据此效应，在该图像的源已被移除之后，眼睛将视觉图像保持一段时间。尽管在图3中所示的本实例中是胶片，但本领域的技术人员当然应理解，本公开和实例适用于针对图像序列的任何适当的介质，例如胶片、磁盘、磁带、DVD、CD，无论是化学的、电子的、光学的、磁的、电子的/电磁的传输，或适用于任何已知的图像存储/回放/传输，系统等。

如图3所示并根据本公开的一个方面，所示的胶片包括已被指定为序列1、序列2，……序列n的一系列图像序列。每个个体序列还包括一系列图像，即图像A、图像B和图像C。特定序列（例如序列1）中的图像基本相同，但针对不同的3D透视或视野点或视点分离。亦即，在特定序列中的图像A和图像B和/或图像C之间的原则差异在于，构成该序列的每幅单个图像一般地表现不同的视点分离。如前关于所详述的图2（a）、（b）、（c）和（d）所述，根据观看者的眼睛（一只或两只）看到哪幅特定图像，该观看者将观察到不同的3D效果的量（或者完全没有3D效果）。

现在转向图4，示出了根据本公开的一个方面的替代装置/配置。如该图4中所示，计算机显示设备被用于为佩戴如前所述的可变快门眼镜的观看者显示图像。眼镜被示为被链到或连接到计算机显示系统，从而单个镜片可以由计算机系统可控地遮闭。并且尽管眼镜被示为连接到计算机系统，但本领域技术人员应容易理解，无线机制也可以被采用。例如，可以采用公知的蓝牙、wi-fi或其他无线格式/协议来实现眼镜和计算机系统之间的通信。

通过这种方式，计算机显示器的观看者可以经由眼镜（开关等）指示他的/她的对2D/3D图像显示的偏好，并且该偏好可以被指示给计算机显示系统，这样使得眼镜可以与显示的图像同步。从而，快门眼镜的适当镜片可以与显示的适当图像同步，这样使得观看者能够感知到该2D/3D的度。

如前所指出的，由显示设备所显示的图像的流可以被制作成序列，其中每一个单个序列包括一系列图像，每幅图像具有不同的视点分离。在与根据本公开的快门眼镜一起使用时，快门眼镜的被各个遮闭的镜片调节/决定哪个（些）图像被观看者的单个眼睛看到。在三个或更多图像构成单个序列的那些情况下，眼镜遮闭这样使得尽管序列的所有图像可以在特定显示设备上被相继显示，仅适当的图像被适当的眼睛（一只或两只）所看到。

有鉴于此，要指出的是，诸如图4中所示的计算机显示系统当在与系链（tethered）/有线或无线快门眼镜结合时，有利地仅需要显示示出由快门眼镜（或如运行在计算机系统上的应用的其他机制）所指示的2D/3D分离度的那些图像。

更具体而言，并仅仅出于本实例的目的，我们假定观看者仅期望看到“正常的”3D图像。如前所提及的，在这样的正常的3D被期望时，观看者的右眼和左眼分别仅看到图像A和B。尽管如此，在显示为电影的一部分，例如，作为全部胶片的一部分时，单个序列的全部三幅图像，即图像A、图像B和图像C被示出/显示/投影。快门眼镜将特定图像与该观看者的特定眼睛同步，从而2D/3D的期望的度被感知。

不过，在以图4所示方式布置时，有利地，仅需要在计算机显示系统上显示被特定观看者选择所需的那些图像。更具体而言，并继续以上假定，据此假定正常或微弱的3D效果被期望，观看者可以例如经由快门眼镜上的开关，或通过软件机制例如经由键盘，来做出这种选择。结果，计算机显示系统被通知期望的3D度，并因此能够仅依次显示结合快门眼镜来产生该效果所需要的那些图像（图像A和图像B）。因此，尽管计算机文件或介质可以包含一系列图像序列，其中每个序列具有若干表现不同视点分离的单个图像，但仅产生期望的视觉效应所需要的那些单个图像需要被显示。

要指出的是，尽管到目前为止图像的观看者被示为一般与那些图像的源共处一地，但本公开不受此限制。例如，并继续参考图4，如果计算机显示系统（例如，经由有线电视或卫星）正在接收被传输的图像序列，计算机显示系统可以向该系列图像的源发信号通知其观看者的2D/3D选择，这样仅那些对于显示所选择的2D/3D所必须的单个图像需要被传输/接收并向观看者本地显示。

图5中示出根据本公开的示范性方法的流程图。尽管该流程图中未具体示出，多个单个图像序列，每个序列包括一组至少三幅单个图像，其中每幅单个图像具有不同的视点，被存储在各种已知介质中的任何一种中并是可获取的或以其他方式可存取的或可接收的。

在存取序列之前，期望的2D/3D效果的指示可以被接收（方框500），然后该序列被存取（方框510）。然后，如期望的，该序列中对应于该指示的图像被显示和/或被传输（方框520）。可以进一步检查指示中的变化（方框530），并且对应于指示中的该变化的后续图像可以被存取，然后被显示和/或被传输。

图6示出了根据本公开的一个方面的示范性装置600。更具体而言，这样的示范性装置600可以包括处理单元605（即中央处理单元），存储器610，输入/输出结构620，和/或经由一个或多个互连（总线）互连到输入/输出设备的控制器607，该输入/输出设备可以包括，仅为举例，存储设备630（即磁盘），和网络接口640。如本领域技术人员可以理解的，该架构和清单在任何方面均非限制性的。因此，本领域技术人员应进一步理解，可以由各种已知组件/结构/方法的中的任何构造出这样的设备，使得所得到的装置具有能够通过程序控制（软件/固件）来执行和操作的能力，并可以被实现为计算机、智能设备和/或现有技术中公知的“机顶盒”。

由装置600所提供的输入/输出控制功能包括显示器650、660，它们可以是独立的（即电视或其他显示器）或作为计算机装置的一部分。更进一步地，这种显示功能可以由观看者所佩戴的显示器，即显示眼镜680提供。可以通过眼镜680、键盘690或其他“远程”控制器670上的开关提供装置的输入，该输入可以提供观看者偏好（即2D/3D效果的度）。并且尽管输入装置被示为系链的（tethered），本领域技术人员应理解，各种无线技术中的任何无线技术是可用的，其提供向装置指示观看者偏好的机制。最后，要指出的是，尽管装置600被示为独立设备，本领域技术人员当然应理解，这样的设备可以被进一步集成到显示器，例如被示为650的显示器中。

现在参考图7，示出了一种具有图6所示场所装置的装置，其被集成到更大的网络710（即互联网、内部网等）中，从而可以由一个或多个内容提供者710提供内容。用这种装置，可以向内容提供者提供用户偏好，从而向在该场所处的观看者传送所期望的2D/3D效果。

此刻，尽管我们已使用一些具体实例讨论和描述了本发明，但本领域技术人员应认识到，我们的教导不受此限制。因此，本发明应当仅以在此所附的权利要求的范围而限定。

Claims (9)

1.一种视觉介质，其包括：

一个数目的图像序列，每个单个图像序列包括

一组至少三幅单个图像，每幅所述单个图像具有不同的视点。

2.权利要求1所述的视觉介质是从包括以下各项的组中所选择的一种：

磁的、光学的、电子的、电磁的和化学的。

3.权利要求1所述的视觉介质，其中所述序列的数目为多个。

4.一种方法，其包括步骤：

提供多个单个图像序列，每个单个图像序列包括

一组至少三幅单个图像，所述单个图像中的每一幅具有不同的视点。

5.权利要求4所述的方法，其还包括步骤：

从适当的存储介质获取所述多个单个图像序列。

6.权利要求5所述的方法，其还包括步骤：

传输所述多个单个图像序列。

7.权利要求5所述的方法，其还包括步骤：

显示所述多个单个图像序列。

8.权利要求4所述的方法，其还包括步骤：

接收期望的2D/3D效果的指示；

从适当的存储介质获取所述多个单个图像序列；以及

仅传送图像序列中对应于所述指示的那些单个图像。

9.权利要求7所述的方法，其中所述多个单个图像序列以一种速率被显示，以使得连续的运动被显示的图像的观看者观察到。

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