CN103916651A - 可平衡左右眼图像亮度的立体图像系统及相关驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体图像系统和驱动方法，其包含一图像产生单元和一调变模块。跟据图像信号控制器，图像产生单元在第一时段内提供具有第一亮度的第一图像，以及在第二时段内提供具有第二亮度的第二图像。调变模块用来在第一时段和第二时段内分别调变图像信号控制器，以使第一图像在通过偏振眼镜的第一镜片后具有一第三亮度，而第二图像在通过偏振眼镜的第二镜片后具有一第四亮度，其中第三亮度和第四亮度的差值小于第一亮度和第二亮度的差值。因此，本发明的优点为能降低左右眼图像在被偏极化后的亮度差异，进而改善立体图像的观赏质量。

Description

可平衡左右眼图像亮度的立体图像系统及相关驱动方法

技术领域

本发明涉及一种立体图像系统及相关驱动方法，特别是有关于一种可平衡偏极化左右眼图像亮度的立体图像系统及相关驱动方法。

背景技术

三维(three-dimensional,3 D)立体图像显示技术提供了较传统二维(two-dimensional,2D)平面图像显示技术更为栩栩如生的视觉经验。一般而言，立体图像处理涉及至少两个图像系统，可在两个稍有不同的角度与位置来撷取图像，或经由某种算法而产生出类似效果，其目的是为模拟人类因双眼间位置和角度的些微差异而感受到的深度。此二种平面图像可在一显示装置或一屏幕上以特定方式来呈现，使得观赏者左眼只看见其中一种图像，而右眼只看见另一种图像，进而让观赏者感受到类似真实视觉中的深度错觉。

目前市面上主要有两种立体图像观赏方式：裸眼与配戴眼镜。在裸眼立体图像观赏方式中，立体图像是由全像式（e-holographic）、体积式（volumetric）、多平面式（multi-planar）或平面多任务式（multiplexed 2D）等显示装置所产生，使用者不需配戴外加装置即可直接观赏。在配戴眼镜的立体图像观赏方式中，使用者必须配戴偏振眼镜、互补色眼镜（如红蓝眼镜）、或电子快门眼镜等装置，才能由平面图像感受到立体图像的错觉。

在偏振式立体图像系统中，显示装置或投影机前须设置偏振转换单元(或装置)，以提供具备不同偏振方向的左眼图像（例如水平偏振方向）和右眼图像（例如垂直偏振方向）。偏振眼镜使用不同偏振方向的左眼镜片（例如水平偏振方向）和右眼镜片（例如垂直偏振方向），使得其中一眼仅能看到垂直偏振的光线，而另一眼仅能看到水平偏振的光线。因此，使用者的左眼仅能看到相对应的左眼图像，使用者的右眼仅能看到相对应的右眼图像。左眼图像和右眼图像包含相同画面内容但视差不同，因此能在使用者的脑中迭合为具有景深及层次感的立体图像。

偏振转换单元可为扭转式向列型（Twisted Nematic,TN）液晶面板或电控双折射(Electrical Control Birefringence,ECB)液晶面板。TN或ECB型液晶面板是利用外加电场来控制向列型液晶分子的旋转角度或是双折射率，使得在不同显示周期内通过的光线能具备不同偏振状态。TN/ECB型液晶面板依照偏振片不同的搭配方式有两种模式：自然白（normally white,NW）和自然黑（normally black,NB）。

图1显示了TN型液晶面板的光电特性。横轴代表施加至液晶面板的电压，纵轴代表在特定电压下液晶面板的光线穿透率，NW代表自然白模式下的特性曲线，而NB代表自然黑模式下的特性曲线。在自然白模式下，未施加电压时液晶面板呈现透光的亮态，而在施加电压时液晶面板呈现不透光的暗态；在自然黑模式下，未施加电压时液晶呈现不透光的暗态，而在施加电压时液晶呈现透光的亮态。针对暗态时的光学特性，自然白模式下的液晶具有自我补偿特性（self-compensation effect），因此画面对比度较高；自然黑模式下的液晶对光线有作用，所以容易造成漏光而降低画面对比度。针对亮态时的光学特性，施加电压的自然黑模式其透光性会优于未施加电压的自然白模式。因此，使用者通过偏振眼镜会感受到不同亮度的左右眼图像，其中一眼的图像亮度总是大于另外一眼的图像亮度，如此会影响立体图像的观赏质量。

发明内容

有鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的就是在提供一种可平衡左右眼图像亮度的立体图像系统和驱动方法，以改善立体图像的观赏质量。

为达到上述的目的，本发明公开一种可平衡左右眼图像亮度的立体图像系统，其包含一图像产生单元、一偏振眼镜，以及一调变模块。该图像产生单元用来在一第一时段内跟据一图像信号控制器来提供具有一第一亮度的一第一图像，以及在一第二时段内跟据该图像信号控制器来提供具有一第二亮度的一第二图像。该偏振眼镜包含一第一镜片，用来在该第一时段内接收该第一图像并阻隔该第二图像，其中该第一图像在通过该第一镜片后具有一第三亮度；以及一第二镜片，用来在该第二时段内接收该第二图像并阻隔该第一图像，其中该第二图像在通过该第二镜片后具有一第四亮度。该调变模块用来在该第一时段和该第二时段内分别调变该图像信号控制器以使该第三亮度和该第四亮度的差值小于该第一亮度和该第二亮度的差值。

为达到上述的目的，本发明另公开一种在一立体图像系统中平衡左右眼图像亮度的驱动方法，其包含在一第一时段内跟据一图像信号控制器来提供具有一第一亮度的一第一图像；在一第二时段内跟据该图像信号控制器来提供具有一第二亮度的一第二图像；在该第一时段内通过一偏振眼镜的一第一镜片来接收该第一图像，其中该第一图像在通过该第一镜片后具有一第三亮度；在该第二时段内通过该偏振眼镜的一第二镜片来接收该第二图像，其中该第二图像在通过该第一镜片后具有一第四亮度；以及在该第一时段和该第二时段内调变该图像信号控制器以使该第三亮度和该第四亮度的差值小于该第一亮度和该第二亮度的差值。

本发明的优点为能降低左右眼图像在被偏极化后的亮度差异，进而改善立体图像的观赏质量。

附图说明

图1显示了液晶偏振转换单元的光电特性。

图2至图4为本发明实施例中立体图像系统的功能方块图。

图5至图6为本发明实施例中立体图像系统运作时的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、200、300               立体图像系统

10、20、30                  图像产生单元

14、24                      显示面板

16                          图像信号控制器

18                          偏振转换单元

22                          背光源模块

32                          光源模块

33                          分光镜

34                          红光显示面板

35                          绿光显示面板

36                          蓝光显示面板

37                          合光镜

40                          调变模块

42                          光强度调变器

44                          偏振控制器

46        同步单元

50        偏振眼镜

S0～S8    驱动信号

具体实施方式

图2至图4为本发明实施例中立体图像系统100、200和300的功能方块图。图5至图7为本发明实施例中立体图像系统100、200和300运作时的示意图。

在图2所示的实施例中，立体图像系统100包含一图像产生单元10和一调变模块40。图像产生单元10包含一显示面板14、一图像信号控制器16和一偏振转换单元18。调变模块40包含一光强度调变器42、一偏振控制器44、和一同步单元46。在此实施例中，立体图像系统100可为一显示装置，使用者可通过一偏振眼镜50来观赏立体图像。偏振眼镜50使用不同偏振方向的左眼镜片和右眼镜片，使得其中一眼仅能看到一第一偏振的光线，而另一眼仅能看到一第二偏振的光线。

显示面板14可为自发光性显示面板，例如主动矩阵有机发光二极管（active-matrix organic light-emitting diode,AMOLED）显示面板。显示面板14的出光面可配置圆偏振片或线偏振片（未显示），以让显示图像具有特定偏振状态。跟据图像信号控制器16传来的信号，显示面板14可在左眼图像周期内显示左眼图像，以及在右眼图像周期内显示右眼图像，其中左眼图像和右眼图像包含相同图像内容但视差不同。

偏振转换单元18可为一主动式相位板（active retarder），设置于显示面板14的出光侧。偏振控制器44可控制偏振转换单元18的运作模式，进而改变显示图像的偏振态样，使得左眼图像和右眼图像分别具备不同偏振状态。

同步单元46可同步图像信号控制器16、光强度调变器42和偏振控制器44的时序，使得使用者能分别通过偏振眼镜的左右眼镜片来接收亮度相同的左右眼图像，进而在脑中迭合为具有景深及层次感的立体图像。

在图3所示的实施例中，立体图像系统200包含一图像产生单元20和一调变模块40。图像产生单元20包含一背光源模块22、一显示面板24、一图像信号控制器16和一偏振转换单元18。调变模块40包含一光强度调变器42、一偏振控制器44和一同步单元46。在此实施例中，立体图像系统200可为一显示装置，使用者可通过一偏振眼镜50来观赏立体图像。显示面板24可为非自发光性显示面板，例如被动式液晶显示面板(Passive Matrix LCD)或主动式薄膜晶体管（Active Matrix thin film transistor,TFT）液晶显示面板。背光源模块22可包含发光二极管（light-emitting diode,LED）光源、冷阴极萤光灯管（cold cathode fluorescent lamp,CCFL）或白炽灯泡等，设置于显示面板24的入光侧以提供光源。显示面板24的出光面可配置圆偏振片或线偏振片（未显示），以让显示图像具有特定偏振态样。跟据图像信号控制器16传来的信号，显示面板24可在左眼图像周期内显示左眼图像，以及在右眼图像周期内显示右眼图像，其中左眼图像和右眼图像包含相同图像内容但视差不同。偏振转换单元18可为一主动式相位板，设置于显示面板24的出光侧。偏振控制器42可控制偏振转换单元18的运作模式，使得左眼图像和右眼图像分别具备不同偏振状态。同步单元46可同步图像信号控制器16、光强度调变器42和偏振控制器44的时序，使得使用者能分别通过偏振眼镜50的左右眼镜片来接收亮度相同的左右眼图像，进而在脑中迭合为具有景深及层次感的立体图像。

在图4所示的实施例中，立体图像系统300包含一图像产生单元30和一调变模块40。图像产生单元30包含一光源模块32、一分光镜33、红光显示面板34、绿光显示面板35、蓝光显示面板36、一合光镜37，和一偏振转换单元18。调变模块40包含一光强度调变器42、一偏振控制器44和一同步单元46。在此实施例中，立体图像系统300可为一投影装置，可将立体图像投射至一屏幕上，使用者可通过一偏振眼镜50来观赏立体图像。光源模块32可包含发光二极管光源、冷阴极萤光灯管或白炽灯泡等。分光镜34可将光源模块32提供的光源分别投射至红光显示面板34、绿光显示面板35和蓝光显示面板36以提供红绿蓝三原色的光线，再由合光镜37组合成完整的左眼图像和右眼图像，其中左眼图像和右眼图像包含相同图像内容但视差不同。合光镜37的出光面可配置圆偏振片或线偏振片（未显示），以让显示图像具有特定偏振态样。偏振转换单元18可为一主动式相位板，设置于合光镜37的出光侧。偏振控制器42可控制偏振转换单元18的运作模式，使得投射至屏幕上的左眼图像和右眼图像具备不同偏振状态。同步单元46可同步光强度调变器42和偏振控制器44的时序，使得使用者能分别通过偏振眼镜的左右眼镜片来接收亮度相同的左右眼图像，进而在脑中迭合为具有景深及层次感的立体图像。

在本发明的实施例中，偏振转换单元18可包含一TN型液晶面板或一ECB液晶面板。如前所述，由于液晶分子亮暗态特性的差异，偏振转换单元18在自然白和自然黑模式下运作时漏旋光性和透光性不同，左右眼图像的强度也会不同。假设偏振转换单元18在左眼图像周期是在自然白模式下运作，而在右眼图像周期是在自然黑模式下运作，为了避免使用者通过偏振眼镜会感受到较亮的右眼图像和较暗的左眼图像，本发明利用光强度调变器42来降低偏振转换单元18在不同模式下对同一图像造成的亮度差异。

图5和图6为本发明实施例中立体图像系统100、200和300运作时的示意图。S0代表相关于左右眼图像的原始驱动信号，S1~S8代表相关于左右眼图像的调变驱动信号。驱动信号S0~S8可为显示面板14中每一像素的灰阶驱动信号（图2的实施例）、背光源模块22的驱动信号（图3的实施例）或是光源模块32的驱动信号（图4的实施例），由光强度调变器42来控制。

本发明可使用电压调变方式来平衡偏极化双眼图像的亮度，以降低偏振转换单元18在不同模式下对同一图像造成的亮度差异。若偏振转换单元18在左眼图像周期是在自然白模式下运作，而在右眼图像周期是在自然黑模式下运作，光强度调变器44可在左眼图像周期内提升驱动信号的振幅（ΔV代表参考振幅），如S1所示；光强度调变器44可在右眼图像周期内调降驱动信号的振幅，如S2所示；光强度调变器44可将同时在左眼图像周期内提升驱动信号的振幅以及在右眼图像周期内调降驱动信号的振幅，如S3所示。

本发明亦可使用脉冲调变方式来平衡双眼图像的亮度，以降低偏振转换单元18在不同模式下对同一图像造成的亮度差异。若偏振转换单元18在左眼图像周期是在自然白模式下运作，而在右眼图像周期是在自然黑模式下运作，光强度调变器44可在左眼图像周期内将原始驱动信号调变成占空比（duty cycle）Δ T1较大的脉冲驱动信号，并在右眼图像周期内将原始驱动信号调变成占空比Δ T2较小的脉冲驱动信号，如S4所示。

本发明亦可同时使用电压调变和脉冲调变方式来平衡双眼图像的亮度，以降低偏振转换单元18在不同模式下对同一图像造成的亮度差异。若偏振转换单元18在左眼图像周期是在自然白模式下运作，而在右眼图像周期是在自然黑模式下运作，光强度调变器44可在左眼图像周期内将原始驱动信号调变成振幅和占空比较大的脉冲驱动信号，如S5所示；光强度调变器44可在右眼图像周期内将原始驱动信号调变成振幅和占空比较小的脉冲驱动信号，如S6所示；光强度调变器44可在左眼图像周期内将原始驱动信号调变成振幅和占空比较大的脉冲驱动信号，并在右眼图像周期内将原始驱动信号调变成振幅和占空比较小的脉冲驱动信号，如S7和S8所示。

综上所述，本发明能跟据偏振转换单元18的光电特性和运作模式，来调整在被偏极化前左右眼图像的亮度，以降低左右眼图像在被偏振转换单元18偏极化后的亮度差异，进而改善立体图像的观赏质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种可平衡左右眼图像亮度的立体图像系统，其特征在于，包含：

一图像产生单元，用来：

在一第一时段内跟据一图像信号控制器来提供具有一第一亮度的一第一图像；以及

在一第二时段内跟据该图像信号控制器来提供具有一第二亮度的一第二图像；以及

一调变模块，用来在该第一时段和该第二时段内分别调变该图像信号控制器，使得该第一图像在通过一偏振眼镜的一第一镜片后具有一第三亮度，且该第二图像在通过该偏振眼镜的一第二镜片后具有一第四亮度，其中该第三亮度和该第四亮度的差值小于该第一亮度和该第二亮度的差值。

2.如权利要求1所述的立体图像系统，其特征在于，该调变模块包含一光强度调变器，用来调变一驱动信号使其在该第一时段和该第二时段内分别具备相异振幅或是相异占空比，以控制该图像产生单元的运作。

3.如权利要求1所述的立体图像系统，其特征在于，该图像产生单元另包含：

一显示面板，其包含多个像素，用来在该第一时段内跟据该图像信号控制器来分别调整每一像素的灰阶以显示该第一图像，以及在该第二时段内跟据该图像信号控制器来分别调整每一像素的灰阶以显示该第二图像；

一偏振单元，设置于该显示面板的一出光面，用来使该第一图像和该第二图像在通过后呈现一特定偏振状态；以及

一偏振转换单元，设置于该偏振单元的一出光面，用来使具该特定偏振状态的该第一图像在通过后呈现一第一偏振状态，以及使具该特定偏振状态的该第二图像在通过后呈现一第二偏振状态。

4.如权利要求1所述的立体图像系统，其特征在于，该图像产生单元包含：

一显示面板，用来在该第一时段内显示该第一图像，以及在该第二时段内显示该第二图像；

一背光源模块，用来提供该显示面板显示图像所需的光源，并跟据该图像信号控制器来调整光源强度；以及

一偏振单元，设置于该显示面板的一出光面，用来使该第一图像和该第二图像在通过后呈现一特定偏振状态；以及

一偏振转换单元，设置于该偏振单元的一出光面，用来使具该特定偏振状态的该第一图像在通过后呈现一第一偏振状态，以及使具该特定偏振状态的该第二图像在通过后呈现一第二偏振状态。

5.如权利要求1所述的立体图像系统，其特征在于，该图像产生单元包含：

一光源模块，用来提供一光源，并跟据该图像信号控制器来调整该光源的强度；

一红光显示面板；

一绿光显示面板；

一蓝光显示面板；

一分光镜，用来将该光源分别投射至该红光显示面板、该绿光显示面板和该蓝光显示面板以分别提供一红光光线、一绿光光线和一蓝光光线；

一合光镜，用来接收该红光光线、该绿光光线和该蓝光光线以

提供该第一图像或该第二图像；以及

一偏振单元，设置于该合光镜的一出光面，用来使该第一图像和该第二图像在通过后呈现一特定偏振状态；以及

一偏振转换单元，设置于该偏振单元的一出光面，用来使具该特定偏振状态的该第一图像在通过后呈现一第一偏振状态，以及使具该特定偏振状态的该第二图像在通过后呈现一第二偏振状态。

6.一种在一立体图像系统中平衡左右眼图像亮度的驱动方法，其特征在于，包含：

在一第一时段内跟据一图像信号控制器来提供具有一第一亮度的一第一图像；

在一第二时段内跟据该图像信号控制器来提供具有一第二亮度的一第二图像；

在该第一时段内通过一偏振眼镜的一第一镜片来接收该第一图像，其中该第一图像在通过该第一镜片后具有一第三亮度；

在该第二时段内通过该偏振眼镜的一第二镜片来接收该第二图像，其中该第二图像在通过该第一镜片后具有一第四亮度；以及

在该第一时段和该第二时段内调变该图像信号控制器以使该第三亮度和该第四亮度的差值小于该第一亮度和该第二亮度的差值。

7.如权利要求6所述的驱动方法，其特征在于，另包含：

调变一驱动信号使其在该第一时段和该第二时段内分别具备相异振幅或是相异占空比；以及

跟据该驱动信号来调变该图像信号控制器。

8.如权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，另包含：

在该第一时段和该第二时段内提供一光源，并跟据该驱动信号来调整该光源的强度。

9.如权利要求6所述的驱动方法，其特征在于，该第一图像呈现一第一偏振状态，而该第二图像呈现一第二偏振状态度，且该第一偏振状态相异于该第二偏振状态。

10.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，该第一偏振状态与该第二偏振状态互相正交。

11.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，另包含：

在该第一时段内通过该第一镜片来阻挡该第二图像；以及

在该第二时段内通过该第二镜片来阻挡该第一图像。