CN103931179A - 用于显示立体图像的方法和显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生成立体图像的方法和自动立体化系统。通过在屏幕上生成第一图像和第二图像来获取立体图像，该第一图像所具有的图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列，且该第二图像具有与第一图像的图案相反的图案。平行带屏障具有交替的带，用于阻断第一和第二图像的交替的列。跟踪系统提供了与立体图像的观看者相关的位置信息。控制器将图像列随观看者的位置而变地相对于屏障带向左侧或右侧偏移多个图像像素或子像素。

Description

用于显示立体图像的方法和显示器
技术领域
本公开涉及电子显示器的领域。更具体而言，本公开涉及用于显示立体图像的方法和显示器。
背景技术
立体视觉显示器，也被称为三维(3D)显示器，正在快速地变得普遍。这些设备一般被用于观看3D电影或用于游戏应用。使用立体技术，可以以和真实生活中的观看者的经验接近的方式、通过向观看者的每只眼睛呈现独特的视图来提供物体的深度、来创建现实的游戏或场景。在偏振技术3D TV中，线性偏振和圆形偏振的光线被用于分离两个互补的图像。立体成像因此需要同时显示以不同偏振发射的两个互补图像。根据一些3D视觉方法，左侧和右侧图像被交替显示，并且观看者佩戴在左侧和右侧具有不同滤光器的特殊眼镜，例如快门式眼镜，以确保每只眼镜感知到互补图像中的不同图像。
自动立体化显示系统不需要观看者佩戴专门的眼镜。一些自动立体化显示系统使用头部跟踪系统或眼睛跟踪系统来主动且自适应地将从显示器发射的互补图像偏转向观看者的左眼和右眼。
传统地，头部跟踪自动立体化显示器仅提供3D中的一半可用分辨率，并且可以依赖机械透镜位移将垂直交错的立体图像引导到每只相应的眼睛，或使用可控制的屏障，该屏障具有非常小的带，这比像素大小要得的多。此外，需要复杂的电光装置在同一显示器上支持3D和二维(2D)成像。
因此，需要用于显示良好分辨率的3D图像而不需要观看者佩戴特殊眼镜同时还允许观看者自由移动的方法和设备。
发明内容
根据本公开，提供了一种用于显示立体图像的方法。生成第一图像，该第一图像所具有的图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列。还生成第二图像，该第二图像具有与第一图像的图案相反的图案。在平行带屏障的交替带中阻断第一和第二图像的交替的列。将第一图像和第二图像的图案随立体图像的观看者的位置而变地相对于屏障带向左侧或右侧偏移多个图像像素或子像素。
根据本公开，还提供了一种用于显示立体图像的显示器。该显示器包括屏幕、平行带屏障、跟踪系统以及屏幕的控制器。屏幕生成第一图像，该第一图像所具有的图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列。该屏幕还生成第二图像，该第二图像具有与第一图像的图案相反的图案。平行带屏障具有交替的带，用于阻断第一和第二图像的交替的列。跟踪系统跟踪立体图像的观看者的位置。控制器将第一图像和第二图像的图案随观看者的位置而变地相对于屏障带向左侧或右侧偏移多个图像像素或子像素。
参考附图仅通过示例的方式给出说明性实施例的下列非限制的描述，上述和其他特征将变得更明显。
附图说明
仅将参考附图通过示例的方式来描述本公开的实施例，在附图中：
图1是根据实施例的用于显示立体图像的方法的例子；
图2a是根据实施例的立体显示系统的示意性俯视图；
图2b是根据另一实施例的图2a中的立体显示系统的变体的示意性俯视图；
图3是图2a中的立体显示系统的框图；
图4是平行带屏障的简化前视图；
图5a是在3D屏幕上生成的45度偏振的第一图像的示意性局部图；
图5b是平行带屏障的示意性局部图，该屏障包括45度和135度朝向的交替的线性偏振带；
图6a是在3D屏幕上生成的135度偏振的第二图像的示意性局部图；
图6b是图5b中的平行带屏障的另一示意性局部图；
图7a是在3D屏幕上生成的图像的另一示意性局部图；
图7b示出了在图7a的图像中将图案偏移一个子像素的效果；
图8a和8b示出了移动到观看者眼睛的左侧以及像素图案的相应偏移的例子；
图9是局部图像的示意性表示，其中，想通过一只眼睛来观看的一个子像素与想通过另一眼睛来观看的相应图像的子像素相干涉；
图10是根据替代实施例的用于显示立体图像的方法的另一例子；
图11是根据另一实施例的另一立体图像显示系统的示意性俯视图；
图12是图案化有源延迟器的简化前视图；
图13是根据其他实施例的立体显示系统的示意性俯视图；
图14是图13中的立体显示系统的框图；
图15是根据又一实施例的用于显示立体图像的方法的另一例子；
图16是眼睛观看区域的示意性表示；
图17是改进的眼睛观看区域的示意性表示；
图18是另一改进的眼睛观看区域的示意性表示；
图19示出了根据又一实施例的用于显示立体图像的一般方法；
图20A示出了多个子带屏障的细节；
图20B是图20A中的多个子带屏障的放大图；
图21示出了根据实施例的屏障的列宽度的可变性；
图22示出了连续运动的屏障；
图23示出了连续运行的不均匀屏障；
图24A和24B是图23中的屏障的时间步视图；
图25是图23中的屏障的替代时间步视图；
图26示出了将立体图像分解为共同亮度图像以及分解为左侧和右侧增量图像(delta image)；
图27示出图26中的左侧和右侧增量图像的组合，该左侧和右侧增量图像在两个时隙期间在具有互补图案的两个图像上扩展；
图28示出了三阶段有源屏障自动立体化系统的三个时隙；
图29是用户在自动立体化系统前面的简化图；
图30示出了图29中的用户的摇头转动，导致不相等的视差距离；并且
图31示出了根据实施例的图像图案和屏障的可变图案宽度。
具体实施方式
在图中，相同的标号表示相同的特征。
本公开的各个方面一般解决了向观看者提供高分辨率三维(3D)成像而不需要他们佩戴特殊眼镜同时还允许观看者自由移动的一个或多个问题。
在本公开中使用下列术语：
立体观视：是指通过向观看者的左眼和右眼分开展示两个偏离的图像来建立或增强图像深度的错觉的技术；
自动立体观视：显示立体图像而不需要观看者佩戴特殊眼镜或头戴设备；
左侧图像、右侧图像：要被观看者的左眼和右眼感知的用于形成立体图像的互补图像；
偏振图像：其中以给定状态对所有图像光波进行偏振的图像；
正交偏振：反向或互补的偏振；
线性偏振：固定角度下的光线的连续偏振；
圆形偏振：连续且规则变化的角度下的光线的偏振；
像素：图像的小的离散元素，通常被水平分解为红绿蓝(RGB)排列的三个(3)子像素。
图案：立体显示器的两个图像之间的预定图像像素分布；
列：垂直考虑的图像的连续线性像素，且作为扩展，图案、显示器等的列；
平行带屏障：一层包含平行带的材料，用于交替地在第一偏振或在第一时隙中通过或阻断光线以及在第二正交偏振中或在第二时隙中阻断或通过光线；
位置跟踪：用于跟踪观看者的位置的各种技术中的任一种，包括头部跟踪、眼睛跟踪等；
偏移：将图案侧向位移一个或多个像素或子像素；
水平距离：两个点之间的距离的水平分量；
变暗：降低像素或子像素的亮度；
显示器：一般用于显示视频图像的设备；注意到术语“显示器”还用于说明“液晶显示器”的缩略词“LCD”；
屏幕：显示器的图像生成组件；
全分辨率：用于表示高质量没有分辨率损失的视频的术语，例如具有1920像素宽度乘上1080像素的分辨率；
3D屏幕：能够显示可用特殊的3D眼镜例如3D偏光镜或3D快门式眼镜来区分的两个全分辨率图像的屏幕；
控制器：处理器、计算机或者处理器和/或计算机的组合，可能包括存储器、接口和类似的组件，该控制器可以是硬连线的以便实现功能，或可以包括用于实现功能的可编程代码。
图案化的延迟器：根据预定的图案例如在形成互补带的空间交替的列中调整光波偏振的组件；
四分之一波长延迟器：用于在线性和圆形偏振之间转换的延迟器；
有源延迟器：在连续的时隙中改变偏振光延迟的光波延迟器；
偏振滤光器：通过光线的滤光器，该光线在特定的方向上线性偏振；
有源快门：一类屏障，例如包括有源延迟器以及一个或两个偏振滤光器的组合，其在连续的时隙中通过或阻断光线；
计划距离：根据显示系统的设计、在显示器和观看者之间的用于最优图像观看的优选距离；以及
撞击：光线到达表面的动作。
这里公开的方法和显示器的实施例建议在显示器上生成两个互补的偏振图像，该图像遵循在显示器上的列中定义的图案。列包括预定数量(N)的像素或子像素。在第一图像上，第一列包括每一行上的N个左侧图像像素或子像素，其可被编号为1到N。第二列然后包括N个右侧图像像素或子像素，其可被编号为N+1到2N。第三列然后包括N个左侧图像像素或子像素，接着是N个右侧图像像素或子像素的第四列。该交替图案在显示器的整个宽度上继续。在第二图像上，上述图案被反转，即第一列包括N个右侧图像像素或子像素而第二列包括N个左侧图像像素或子像素。相反的图案在显示器的整个宽度上继续用于第二图像。
可以例如以互补的偏振或在连续的时隙中在同一显示器上生成第一和第二图像。通过具有带的屏障来观看第一和第二图像，所述带也可以具有N个像素的宽度或N个子像素的宽度。在屏障上，交替的带具有交替的偏振，根据那些图像的偏振来发送第一图像或第二图像的像素列。跟踪系统向控制器提供观看者的位置。控制器可以基于观看者的位置将第一和第二图像的图案偏移零个(0)、一个(1)或多个像素或子像素。结果，当观看者例如从左向右移动时，尽管观看者的眼睛和通过屏障带看到的显示器上的列之间的角度改变，图案被偏移从而观看者的左眼继续通过合适的屏障带看到左侧图像像素或子像素。
现在参考附图，图1是根据实施例的用于显示立体图像的方法的例子。序列100包括可以以可变顺序执行的多个步骤，至少某些步骤可以同时执行。序列100包括生成第一偏振图像的步骤110。第一偏振图像具有图案，所述图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列。在步骤120中，生成第二偏振图像。第二偏振图像具有与第一偏振图像的图案相反的图像，以及互补或正交的偏振。在步骤130，发送第一和第二偏振图像通过具有N个像素宽度或N个子像素宽度的平行带的屏障。屏障的交替带具有正交的偏振。在步骤140中跟踪立体图像的观看者的位置。在步骤150，第一和第二偏振图像的图案随观看者的位置而变地被偏移到左侧或右侧。基于观看者的位置，第一或第二偏振图像的图案可被偏移零个、一个或多个显示器像素或子像素。如下所示，本公开介绍了用于显示立体图像的交替的序列。
图2a是根据实施例的立体显示系统的示意性俯视图。尽管示出了尺寸，但是图2a并不按比例。图3是图2a中的立体显示系统的框图。同时参考图2a和3，显示系统200用于产生立体图像、用于显示固定的3D图像或用于显示移动的3D图片。显示系统200包括背光201、屏幕202例如像素矩阵例如具有图像偏振能力的LCD面板、具有平行带的屏障204(在后面的图中详细说明该带)、图像源206、控制器208和跟踪系统210。
背光201照亮屏幕202。屏幕202可以是全分辨率偏振显示器，其一般被佩戴无源偏振3D眼镜的观看者使用。这样的显示系统可以包括两个堆叠的LCD面板，其使用可变的偏振角度来生成立体图像，例如如美国专利号5,629,798和7,705,935所述，其公开的整体将通过引用结合于此。在该实施例中，屏障可以是互补的椭圆偏振滤光器。
图2b示出了屏幕202的另一变体，这是图2a的根据另一实施例的立体显示系统的变体的示意性俯视图。屏幕202可以包括放在交替帧序列屏幕(alternate frame sequencing screen)234例如LCD面板或有机发光二极管(OLED)面板的前面的有源延迟器232。有源延迟器232快速连续地恒定地改变光的偏振，与第一和第二图像的显示同步。屏障204可以形成一层，其包括图案化的延迟膜242，后面是偏振滤光器244。可以看到偏振滤光器244可被移除，允许佩戴3D立体无源眼镜的多个用户观看。
屏幕202生成的图像如下被图案化：在第一图像212中，第一组的N个相邻列的像素或子像素包含右侧图像信息，并且第二组的N个相邻列的像素或子像素包含左侧图像信息。该2N列的图案在屏幕202的宽度上重复。在第二图像214中，上述图案被反转；第一组N个相邻列的像素或子像素包含左侧图像信息，并且第二组的N个相邻列的像素或子像素包含右侧图像信息。图像212和214具有正交的偏振。如图2a所示，值N等于4个像素。在其他实施例中，N可以在2到12个像素的范围内。在另一其他实施例中，N可以表示6到24个子像素之间的范围，其中每个像素被分为红色、绿色和蓝色的子像素，如本领域技术人员熟知。可以使用N的其他范围，并且以上值不限制本公开。为了方便说明，通过显示少数几列来简化图2a和2b。实际上，具有1920像素水平分辨率的显示系统例如可以具有480列，每列具有等于4像素的列宽度N。
图4是平行带屏障的简化前视图。以上介绍的屏障204包括多个交替的正交偏振的带205i，即具有第一偏振的带2051、2053、2055、2057和2059以及具有与第一偏振互补和正交的第二偏振的带2052、2054、2056、2058和20510。屏障204的真实实现可以包括大得多的数量的带205i。每个带的大小与屏幕202的图案匹配，且由此是N个像素或N个子像素宽。屏障204整体的大小与屏幕202的大小匹配。屏障204可被构造为图案化的四分之一波长延迟膜或者可以包括在第一偏振角θ和第二偏振角θ加90度之间交替、例如45度和135度偏振的带205i。
图5a是在3D屏幕上生成的45度偏振的第一图像的示意性局部图。图5b是平行带屏障的局部图，该屏障包括45度和135度朝向的交替的线性偏振带。同时考虑图5a和5b，第一图像212的局部图形成12子像素宽乘4像素高的矩阵。在实际实现中，3D屏幕可以包括更多数量的像素行和列，而屏障可以有相应的大小。如图5a和5b所示，值N被设置为6个子像素，该值仅是为了说明的目的而选择的。
图5a示出了屏幕202在第一偏振下生成的第一图像212。子像素由两个字母来标识，例如“R-G”或“L-B”，其中，第一个字母表示右侧(R)或左侧(L)图像像素，而第二个字母表示红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)中的一种。用加粗线标识的最右侧的N个子像素列形成右侧图像像素的组2122。这些像素由屏幕202发射，并经过屏障204的带2053，如图5b所示。用加粗线来强调带2051和2053，反映了其偏振与第一图像212的偏振相匹配的事实。还在图2a中示出了图5a和5b的带和像素组，其中，俯视图允许观察各个元素的几何形状以及屏幕202的像素列、屏障204的带与观看者216的眼睛218和219之间的方向性。人们可以在图2a中看到右侧图像像素的组2122朝着观看者的右眼218投射经过带2053。
如果合适地定位，带2053的偏振由此提供了方向性地朝着观看者216的右眼218传播的那N个子像素列2122。在图5a中用细线标识的另一组2121的N个子像素列表示左侧图像像素。这些像素由屏幕204发射，并撞击到屏障204的带2052上。由于屏障2052的正交偏振，在从观看者216的右眼218看来这些左侧像素被阻断。但是，相同的左侧像素还撞击在屏障2051上的组2121上，通过屏障204，以方向性地朝着观看者216的左眼219传播。
图6a是在3D屏幕上生成的135度偏振的第二图像的示意性局部图。图6b是图5b中的平行带屏障的另一示意性局部图。图6a示出了第二图像214的一部分。在图2a中可以看到图6a中的像素组2141和2142从屏幕204的同一部分发射，该部分还发射像素组2121和2122。图6b与图5b相同，除了强调在产生图像214时不同的带与屏幕204的当前偏振匹配。
图6a由此示出了屏幕202在第二偏振下生成的第二图像214。用加粗线标识的最左侧的N个子像素列形成右侧图像像素的2141组。这些像素由屏幕202发射，并经过屏障204的带2052，该带在图6b中用加粗线标识，以反映其偏振与第二图像214的偏振相匹配。如果合适地定位，带2052的偏振提供了可以从观看者216的右眼218看到的那N个子像素列2141。在图6b中用细线标识的最右侧组2142的N个子像素列表示左侧图像像素。这些像素由屏幕204发射，并撞击在屏障204的带2053上。由于与第二图像214的偏振正交的带2053的偏振，从观看者216的右眼219看到这些左侧像素被阻断。但是，相同的左侧像素还撞击在屏障2052上并经过屏障204以被观看者216的左眼219看到。
可以看到，在图6a和6b的以上描述中，左侧和右侧组的图像像素都经过同一屏障2052，并且可以被观看者216的左眼和右眼分别看到。这在如图所示的特定例子中出现，因为带2052位于屏障204的中间长度。该特殊情形可能不用于其他显示系统配置和几何形状。
还可以看到，如图2a所示的屏幕202、屏障204以及显示系统200相对于观看者216位置的一般几何形状允许观看3D图像而不需要观看者216佩戴任意眼镜或头戴设备。通过3D屏幕202的第一图像212与第二图像214的组合可以获得3D图像的全分辨率。
不限制本公开的范围，图2a示出了显示系统200，其中N等于4个图像像素或12个图像子像素，屏幕202在60cm的宽度220上具有1920个像素的水平分辨率，屏障204位于离屏幕204的大约1cm的距离222，而显示系统200和观看者216之间的计划距离224为大约60cm。观看者216基本上位于计划距离224，并且立体图像基本上以观看者为中心，如图2a所示。在逐个像素而不是逐个子像素来偏移第一和第二偏振图像的图案的实施例中，屏障204的带可以更宽并且屏障204和屏幕202之间的距离可以更大。根据其显示器几何形状来适配值N，受益于本公开的本领域的技术人员将能够容易地构造各种尺寸和形状的显示系统，用于各种用途。
回到图3，跟踪系统210包括相机(未明确示出)，用于跟踪观看者216的位置。相机例如可以是直接位于屏幕202上面的摄像头。在实施例中，跟踪系统210可以跟踪观看者216的头部。在另一实施例中，跟踪系统210可以分开跟踪观看者216的右眼218和左眼219。跟踪系统210还可以计算观看者216的右眼218和左眼219之间的距离221。用户位置跟踪系统在本领域中熟知，并且在这里不会进一步描述。
跟踪系统210向控制器208提供观看者位置信息，包括水平位置，可能还包括观看者的垂直位置。反过来，基于观看者位置数据，控制器208可以指示屏幕将第一和第二图像212和214的图案向左侧或向右侧偏移。替换地，控制器218可以指示图像源206向第一和第二图像212和214的图案的左侧或右侧源偏移。由于用通常是垂直的列来限定图像像素以及屏障204的带205i，观看者216的上下移动对图像感知具有有限的影响。下列图及其描述将说明图案偏移将如何允许向观看者216提供高质量的立体图像显示器同时允许自由移动。
图7a是在3D屏幕上生成的图像的另一示意性局部图。在图7a的非限制的例子中，值N被设置为6个子像素。该图示出了包含4个像素行和12个子像素列的局部图像。图7a提供了与图6a类似的信息，因此用加粗线标识的最左侧N个子像素列形成右侧图像像素的组2141。此外，为了说明的目的，图7a的子像素列被编号为701-712，其中，这些标记表示屏幕202上的实际物理的子像素位置。可以看到，右侧图像像素的组2141物理地出现在屏幕202的子像素列701-706上。
图7b示出了在图7a中的图像中使图案偏移一个子像素的效果。跟踪系统210检测到观看者216的位置向右侧的适度改变。更具体来说，跟踪系统210可以检测观看者的头部向左侧移动，或者观看者的眼睛向左侧移动。跟踪系统210将观看者的新位置相关的信息提供给控制器208。基于该位置信息，控制器208计算应用到图像212和214的图案的向右侧偏移的量，并指示屏幕202相应地偏移图案。在图7b的例子中，应用到图像214的图案向右侧偏移一个子像素。图案偏移一个子像素的右侧图像像素的不同的组2141s现在物理地出现在屏幕202的子像素列702-707上。如果观看者216移动回到原始的位置，跟踪系统210检测到新的观看者位置并通知控制器208，该控制器转而指示屏幕回复到如图7a所示的零偏移的原始图像212和214。当然，基于检测到观看者216的位置，应用到图像212和214的图案可以朝左侧或朝右侧偏移。
尽管图7b示出了基于子像素的图案偏移，一些显示器可以运行以便在每个像素的基础上来对图案进行偏移。这例如可以用于显示器被集成在平板电脑中的情形，其中观看者可以从横向转为纵向。当平板电脑被保持在横向时，可以在每个子像素的基础上来水平偏移，如图7a和7b所示。当平板电脑被保持在纵向时，子像素变成垂直朝向的直列，并且在像素之间进行水平偏移。在其他变体中，在显示器的构造不使用RGB子像素排列时，也可以使用在每个像素的基础上的偏移。
可以看到，尽管在观看者的头部改变位置时，应用到左侧图像和右侧图像子像素的图案的位置被偏移，但是，取决于该子像素位置的图案的阶段(phase)，使用第一图像212或第二图像214，给定的子像素继续被显示在屏幕上的恒定子像素位置。例如，在图7a的子像素列701中被显示为右侧子像素的红色子像素(R-R)在图7b的子像素列701中保持为红色子像素，但现在被显示为左侧子像素(L-R)。因此在观看者的头部移动时，偏振图案的位置被偏移，而不是实际的图像像素或子像素。
图8a和8b示出了观看者的眼睛移动到左侧以及像素图案的相应偏移。显示系统200更为简化，以显示图像212和214的像素列。在图8a和8b的例子中，值N被设置为4个像素。在图8a中，观看者216的位置沿着显示系统200的中心线802。在图8b中，观看者216沿着箭头804移动到左侧。在跟踪系统210检测到观看者位置后，如控制器208所命令，将图像212和214的图案沿着箭头806向右侧相应地偏移一个像素。图8a和8b不按比例，并且图像图案的偏移量将部分取决于屏幕202和屏障204之间的距离、屏障204和观看者216之间的距离以及观看者216的眼睛之间的距离。
尽管选择值“N”来确定像素图案的宽度，根据显示系统200的几何形状并且根据观看者216离屏幕202的期望距离，该值可以在屏幕202的宽度上变化。随着观看者216与屏幕202的最左侧或最右侧边缘之间的观看角度增加，由于在大的观看角度下屏幕202和屏障204之间的相对距离增加，图案宽度可以变得更大。作为例子，图案在屏幕202的中心可以具有N个子像素的宽度，但朝着屏幕202的左侧或右侧边缘增加到N+1个子像素的宽度。
为了2D观看，或者如果在任意给定的时间跟踪系统210无法跟踪观看者216的位置，控制器208可以指示屏幕202生成相同的第一和第二图像212和214。在跟踪系统210检测到观看者头部的重要倾斜，例如当观看者在显示系统200前方水平躺下时，控制器208还可以指示屏幕202生成相同的第一和第二图像212和214。这有助于降低因为立体图像分开的轴和观看者眼睛的轴之间的不同引起最后的观看不舒适和3D效果损失。在通过屏障204来隐藏观看时，第一图像212的任意图像像素对应于第二图像212的相同图像像素，屏障204将其向观看者216引导，反之亦然。产生的全分辨率2D图像于是在观看者距离的较宽范围内、从观看者2016的角度位置的较宽范围变得可见。
屏障204的带可以与第一和第二偏振图像图案的列平行或基本平行。可能存在某些情形，整数数量的像素或子像素的偏移与观看者216的给定位置没有准确匹配。依赖于图像图案的偏移量，从观看者的位置来看，从屏幕202发射的完整像素列或子像素列可能出现在屏障204的两个相邻带205的结合处。这会导致左侧图像和右侧图像在整个垂直像素线上的串扰。如果与显示系统200和观看者216之间的计划距离224相比观看者216离显示系统200更近或更远，或者依赖于观看者216的眼睛之间的距离，该相同情形也会出现。为了减少该可能性，在实施例中，屏障204的带205可以从垂直轴略微旋转。例如，带205可以轴向旋转在2到30度之间变化的例如9度的角度。
例如在平板电脑应用中可以使用屏障204相对于第一和第二偏振图像图案的列的较大角度例如30度的旋转，其中，较大角度的旋转允许按行或按列来偏移图案，取决于平板电脑是纵向还是横向的。不管平板电脑被保持在横向还是纵向，将图像图案偏移到左侧或右侧将提供满足观看者位置的类似效果。
图9是局部图的示意性表表示，其中，通过一只眼睛观看的一个子像素与通过另一只眼睛观看的相应图像的子像素相干涉。斜线1000表示屏障204的两个相邻带在屏幕202上的结合处。考虑到屏幕202上的图案像素的列是垂直的，线1000示出了带205被旋转角度α，在图9中为了方便说明该角度被扩大。如图所示的任意像素行1002、1004和1006以及任意子像素列1011-1019位于屏幕202的各个部分。像素图案可以是斜的，并遵循屏障带205的角度。跟踪系统210向控制器208提供观看者位置信息，其可以包括垂直位置。基于观看者垂直位置数据，控制器208可以指示屏幕202将第一和第二图案212和214的倾斜图案偏移到左侧或右侧。
控制器208包括屏幕202和屏障204的结构的存储器映射表。控制器还知道屏障204的带205相对于屏幕202的像素列的轴向旋转的值。控制器208还具有与屏幕202上的图像212和214的图案的任意偏移有关的信息。控制器208还可以考虑从跟踪系统210获取的观看者的垂直位置。控制器由此基于观看者的垂直和水平位置并基于屏障204的轴向旋转来计算图案的这样的点，从观看者看来左侧和右侧子像素在这些点处重叠。如图9所示，位于像素行1004和子像素列1015的结合处的绿色子像素G1位于这样的点处。结果，在点G1处的左侧绿色子像素和右侧绿色子像素之间会出现串扰。
在一个实施例中，控制器208可以指示屏幕202关闭点G1处的左侧和右侧图像子像素中的一个或两者。在另一实施例中，控制器202可以指示屏幕202使点G1处的左侧和右侧图像子像素中的较亮的一个变暗。该变暗可以通过一个或多个位置接近的绿色子像素的增加来补偿。如本领域熟知，给定颜色的子像素亮度可被指定为0-255范围的整数值。假设点G1处的左侧绿色子像素具有150的亮度值，而相应的右侧绿色子像素具有100的亮度值，则点G1的左侧绿色子像素可变暗为100的亮度值，降低该点的串扰效应。为了补偿，一个或多个围绕的左侧图像绿色子像素的亮度值可以增加。例如，左侧绿色子像素G2和G3的亮度每个可以增加25个点，或者左侧绿色子像素G2、G3、G4和G5的亮度每个可以增加12个点。在每个像素的基础上偏移图像图案的变体中，还可以在每个像素的基础上进行亮度补偿。在另一变体中，定义不是三(3)个子像素的倍数的值N，例如将N定义为等于13个子像素，允许在所有三(3)种颜色上分配变暗子像素的数量。
再次回到图2a，当跟踪系统210确定与显示系统200和观看者216之间的计划距离224相比观看者216更接近显示系统200，控制器208可以通过减少像素图案或子像素图案的宽度来调整值N，例如从12减少为11或10个子像素或从4减少为3个像素。如果屏障的值N无法被改变，例如在固定屏障的情形下，会在与G1类似的多个点出现左侧和右侧像素之间的串扰，并且可以在需要时使用上述像素或子像素变暗和对变暗像素或子像素的亮度补偿。如果与计划距离224相比观看者216从显示系统200移开更远，由于观看者216和显示系统200之间的完全(sheer)的距离，任意分辨率的损失的效果将减小。下面将讨论解决与观看者216和显示系统200之间的距离相关的问题的额外实施例。
在一些实施例中，可以在连续时隙的序列中依次产生具有垂直像素行的图像，该垂直像素行被分为N个左侧和右侧像素或子像素的组，与图像212和图214类似。在那些实施例中，通过使平行垂直带在不透明和透明形式之间交替，例如在显示第一图像时形成阻断-通过-阻断-通过模式并且在显示第二图像时形成通过-阻断-通过-阻断模式，可以向屏障提供时间序列。图10是根据替代实施例的用于显示立体图像的方法的另一例子。序列110包括可以以可变顺序执行的多个步骤，至少一些步骤可被同时执行。序列1100包括在两个时隙中的第一时隙期间生成第一图像的步骤1110。该第一图像所具有的图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列。在步骤1120中，在两个时隙的第二时隙期间生成第二图像。该第二图像所具有的图案与第一图像的图案相反。在步骤1130，发送第一和第二图像通过屏障，该屏障具有N个像素宽度或N个子像素宽度的平行带。屏障的偶数编号的带在每个连续的第一时隙中打开并在每个连续的第二时隙中关闭，而奇数编号的带在每个第一时隙中关闭并在每个第二时隙中打开。在步骤1140跟踪立体图像的观看者的位置。在步骤1150，第一和第二图像的图案随观看者的位置而变地向左侧或向右侧偏移。基于观看者的位置，第一和第二图像的图案可以被偏移零个、一个或多个显示像素或子像素。如下所示，图10的序列可以被进一步一般化。
图11是根据另一实施例的另一立体显示系统的示意性俯视图。在显示系统1200中，图2a和3中的屏幕202被时间多路复用3D显示器1202替代，例如佩戴有源快门式3D眼镜的观看者一般使用的传统3D显示器。如屏幕202的情形，显示器1202生成具有图案和相反图案的第一和第二图像，其中，像素或子像素被排列为N个像素或子像素的列，交替的左侧图像和右侧图像列。与图2a和2b类似，为了便于说明，通过显示较少数量的列来简化图11。显示器1202在连续的时隙中生成第一和第二图像。屏障1204包括有源延迟器1206和偏振滤光器1208。屏障1204还可以被称为图案化的有源快门。图12是图案化的有源延迟器的简化前视图。垂直带1210和1212还具有N个像素或N个子像素的宽度。垂直带1210在每个第一时隙中开启并在每个第二时隙中关闭，而垂直带1212在每个第一时隙中关闭并在每个第二时隙中开启。有源延迟器1206对带1210和1212的延迟由此在奇数和偶数时隙中交替。随后，偏振滤光器1208通过或阻断图像列，以将光线合适地引向观看者216的左眼219或右眼218。上面介绍的控制器例如控制器208可以确保显示器1202的像素行的偏振改变与带1210和1212的延迟改变之间的同步。在实施例中，带1210和1212被分为行，例如五(5)行1214-1218。还可以使用不同数量的行数。当显示器1202的图像的顶部的第一行被刷新，带1210和1212在顶部行1214中交替其延迟。在显示器1202的相应图像行被刷新时，行1210和1212然后在下一行1215中交替其延迟。与显示器1202的像素行的相应组同步地更新多个大行中的带1210和1212的延迟，降低了串扰。图案化的有源屏障的垂直带1210和1212与第一和第二图像的列平行或基本平行。由于和上面解释的相同的原因，图案化的有源屏障的垂直带1210和1212可以交替地倾斜2到30度例如9度。和图2b中的系统类似，偏振滤光器1208可被移除，以允许佩戴3D立体无源眼镜的多个用户观看。
尽管上面描述了立体显示系统和方法的各个实施例，其中，偏振图像在屏幕上生成，并被发送通过具有平行偏振带的屏障，本公开的变体建议将屏幕放在屏障前面，从而屏幕更靠近观看者。来自背光的光线首先被发送通过屏障，然后被屏幕用于生成偏振图像。产生的显示系统的几何形状与上面描述的那些不同，但显示器还是基于相同的原则来运行并提供类似的结果。
图13是根据又一实施例的立体显示系统的示意性俯视图。图13不按比例，并且为了便于说明而被简化。图14是图13中的立体显示系统的框图。图13和14中的显示系统1300可以与上面介绍的显示系统比较，因为它一般以类似的方式运行，使用相同的运行原则用于显示立体图像。显示系统1300包括背光201、屏障1304、屏幕202、图像源206、控制器208和跟踪系统210。屏障1304可以与图11中的屏障1204类似，其元件是相反的顺序，并包括与屏障1204类似的偏振滤光器和有源延迟器，该屏障1304具有N个像素或N个子像素宽度的平行带，在连续的时隙中通过或阻断光线的屏障1304的交替的带。屏幕202例如可以是能够快速连续地显示图像的光阀像素矩阵例如LCD面板。屏幕或者可以是全分辨率帧有序立体屏幕(full-resolution frame sequenced stereoscopic screen)，与上面介绍的屏幕234类似。屏障1304的平行带可以如图12所示，并且屏幕202以和更早的图中的屏幕类似的方式来运行。在显示器1300的运行中，背光201照亮屏障1304。屏障1304从背光201朝着屏幕202发送光线。屏幕202转而在两个时隙中的第一时隙期间例如在一秒的1/120中从发送的光线生成第一图像，该第一图像所包含的图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列，在两个时隙中的第二时隙期间生成第二图像，该第二图像具有与第一图像相反的图案。第一和第二图像图案的列可以与屏障1304的带基本平行，或者可以被旋转2到30度之间变化例如9度的角度。跟踪系统210跟踪立体图像的观看者的位置。控制器208对屏幕202的运行和屏障1304的有源延迟器功能的运行进行同步。控制器208还将屏幕202上出现的第一和第二图像向左侧或向右侧偏移多个像素或子像素的数量，该数量被确定为随着从跟踪系统210获取的观看者位置而变化。图像图案的偏移提供了与更早的图中相同的效果。
图15是根据又一实施例的用于显示立体图像的方法的另一例子。序列1500包括从背光发送光线通过屏障的步骤1510，该屏障具有N个像素宽度或N个子像素宽度的平行带，在两个交替的时隙中开启或关闭的屏障的交替的带。屏障的偶数编号的带在每个连续的第一时隙中开启并在每个连续的第二时隙中关闭，而奇数编号的带在每个第一时隙中关闭并在每个第二时隙中开启。在步骤1520中，在第一时隙期间从发送的光线生成第一图像，该第一图像具有的图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列。然后在步骤1530中，在第二时隙期间从发送的光线生成第二图像，该第二图像具有与第一图像相反的图案。在步骤1540跟踪立体图像的观看者的位置。在步骤1550，第一和第二图像的图案随观看者的位置而变地向左侧或向右侧偏移。基于观看者的位置，第一和第二图像的图案可以被偏移零个、一个或多个显示像素或子像素。
因此对于本领域技术人员来说很明显，用于显示立体图像的上述设备和方法可以或者生成图案化的图像，然后发送这些图像通过具有相应开启和关闭图案的屏障，或者在使用光线生成图像之前发送光线通过屏障。在两种情形下，都可以生成立体图像，并且跟踪系统可以偏移屏幕上的图像图案以补偿观看者的移动。还可以看到，在有源延迟器被置于背光和屏幕之间时，将其所有垂直带转为透明模式，允许多个观看者在佩戴有源眼镜时感知到3D图像。
图16、17和18示出了上述各个实施例在可观察观看区域方面的效果。例如，图16是眼睛观看区域的示例性表示。图16的说明可用于显示系统200、1200和1300中的任一个。在显示器上示出了两个任意点1602和1604。与显示器的任意其他点类似，这些点可以被观看者216的右眼218和左侧219二者看到。右眼218和左眼219之间示出的眼间距例如可以等于65mm。对于显示系统的给定布置，其中跟踪系统210和控制器208确保图像图案的合适对齐，左眼219感知到12个左侧子像素(在图16、17和18的非限制的实施例中，N被设置为4个像素即12个子像素)和0个右侧子像素；另外说明，左眼219在区域1608中从没有任意3D串扰的显示器看到图像。右眼218也在区域1606中从没有任意3D串扰的显示器中看到图像，感知到12个右侧子像素和0个左侧子像素。
如果观看者216略微移动到左侧，眼睛219在区域1609中，或者移动到右侧，左眼在区域1607中，则左眼219可以感知到某些3D串扰，因为将会和仅11个左侧子像素一起感知到1个右侧子像素。当然，跟踪系统210将调整图像图案的对齐以克服该影响，由此减少或再次消除3D串扰，从而左眼219可以再次看到12个左侧子像素而右眼219可以看到12个右侧子像素。
为了在眼睛从其区域1606或1608移开时避免3D串扰，显示系统可以关闭交替图案的结合处的像素或子像素的3D部分。产生的缺失颜色强度可以被同一颜色的相邻像素或子像素补偿，如上所示。图17是改善的眼睛观看区域的示意性表示。在右眼218和左眼219之间示出了相同的眼间距217。在更广的区域1706和1708中，两个任意点1702和1704被观看者216的两个眼睛同时看到。在这些区域中，每只眼睛感知到对于相关眼睛来说合适的11个左侧或右侧子像素，而没有3D串扰。区域1706和1708更广，这降低了对跟踪系统210的准确性和速度的性能需求。得到适度降低的3D分辨率，例如从12到11个子像素，而没有任意2D分辨率的降级。
为了适应各个眼间距以及观看者216和屏幕之间的各个距离，显示系统可以关闭多个像素或子像素，而增加多个围绕的像素或子像素的强度。图18是另一改善的眼睛观看区域的示意性表示。在甚至更广的区域1806和1808中，两个任意点1802和1804被观看者216的两只眼睛看到。观看者216可以从屏幕移动地更近或更远，或者可以具有较小的眼间距237，例如在孩子的情形下是58mm的眼间距。眼睛218和218分别保持在区域1806和1808中。在区域1806和1808中没有3D串扰。存在3D分辨率的一些降低，从图16中的12个子像素减小为10个子像素。但是，由于围绕被关闭的子像素的一些子像素具有增加的强度，不存在亮度的降低或2D分辨率的损失。
图19示出了根据另一实施例的用于显示立体图像的一般方法。序列1900包括可以以可变顺序执行的多个步骤，至少一些步骤可以被同时执行。序列1900包括生成第一图像的步骤1910。第一图像所具有的图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列。在步骤1920中，生成第二图像。第二图像所具有的图案与第一偏振图像的图案相反。在步骤1930，在平行带屏障的交替带中阻断第一图像和第二图像的交替的列。平行带屏障的带形成与第一和第二图像的图案互补的图案。
可以看到，可以使用显示系统200、1200或1300中的任一个或类似的显示器来实现序列1900，从而使得来自背光201或来自另一光源的光线可以通过屏幕然后通过屏障，或者通过屏障然后通过屏幕。因此，平行带屏障可以与图2a、2b、3和11中的情形一样在生成这些图像之后阻断第一和第二图像的交替的列，或者可以与图13和14中的情形一样在图像生成之前阻断来自光源的光线。
在步骤1940，第一和第二偏振图像的图案随立体图像的观看者的位置而变地相对于屏障的带被偏移到左侧或右侧。基于观看者的位置，第一和第二偏振图像的图案可被偏移零个、一个或多个像素或子像素。如下将说明，上面展示的显示系统200、1200和1300的变体可以涉及具有移动带的平行带屏障。结果，通过在步骤1940中指定相对于屏障带来偏移第一和第二偏振图像的图案，在序列1900中对之前介绍的序列100和1100进行一般化。
一些变体可以包括与图像图案具有不同带宽度的屏障。其他变体涉及与可变的屏障带宽度一起使用的可变的图像图案宽度。另一些变体涉及移动的屏障带。又一些变体可以包括这些特征中的两个或多个，例如与图像图案具有不同宽度的移动屏障带。可以使用多个子带屏障来实现这些变体中的某一些，现在将进行描述。
图20A示出了多个子带屏障的细节。图20B是图20A中的多个子带屏障的放大图。同时参考20A和20B，多个子带屏障2000可被用于增加屏障宽度且由此图像列的宽度的灵活性。如图所示的屏障2000是有源快门。屏障2000的每个通过的带2002和每个阻断的带2004被分为多个子带2006、2008。屏障2000的每个子带2006、2008可编程并且/或者电可控制，允许通过打开或关闭多个子带2006、2008来控制带2002、2004的宽度。
典型地，子带2006、2008可以具有大约400微米的宽度，用于60-cm高清显示器。在每个子带2006、2008之间存在大约5到20微米量级的空隙2010。该空隙2010提供相邻子带2006、2008之间的电绝缘。空隙2010的存在可以导致图像之间的1.25％到5％的串扰，因为阻断带2004会允许一些光线通过空隙2010。为了克服该影响，可以在屏障2000上在每对子带2006、2008之间的结合处上增加永久的黑带(未示出)，类似于LCD面板上使用的熟知的黑矩阵。尽管该黑带可以在产生的图像上建立轻微的莫阿效应(moiréeffect)，该效应将由于空隙2010的窄尺寸而保持适中。可以通过相对于屏幕上的图像的列在例如5和35度的范围内轴向旋转屏障2000的列的图案来进一步最小化莫阿效应。
在非限制的例子中，1.25像素宽度的子带2006、2008可以与每个带2002或2004的2个、4个或多达10个子带2006或2008结合来使用。或者，也可以考虑具有0.5像素宽度的子带2006、2008。
图21示出了根据实施例的屏障的列宽度的可变性。通过将屏障2000的合适数量的子带2006、2008关联为通过带2002和阻挡带2004，可以获取较宽宽度范围内的通过和阻挡带。在实施例中，屏障2000可被集成到图11的系统1200中并替换屏障1204。在另一实施例中，屏障2000可被集成到图13的系统1300中并替换屏障1304。不管怎样，跟踪系统210向控制器208提供观看者216与包含屏障2000的显示系统之间的距离的度量。在观看者216非常接近显示器时，控制器208可以选择屏幕1202或202生成的第一和第二图像图案中的较大数量N的像素或子像素，并通过将合适数量的子带2006、2008关联到通过带2002和阻挡带2004来控制屏障2000的带2002、2005的相应宽度。在图21中，位置(a)，观看者216最接近根据显示系统设计的例子的屏幕，并且值N等于8个像素或24个子像素(图21不按比例)。在位置(d)，观看者216在离根据显示系统设计的屏幕最远的位置，并且N等于2个像素或6个子像素。在位置(b)和(c)，值N被分别设置为6和4个像素。当然，可以考虑N的其他值，并且图21中提供的值是为了说明的目的而不是要限制本公开。
如前所述，为了避免由于观看者的眼间距的不同、观看者和显示器之间的可变距离以及类似原因引起的串扰，一些显示系统可以关闭交替图案的结合处的像素或子像素的3D部分。为了该3D分辨率损失随时间在显示器上扩展，多个子带屏障2000可被用于不间断地改变通过带和阻断带的位置。图22示出了连续运动的屏障。该图示出了四(4)个连续的时隙T1、T2、T3和T4。在时隙T1中，最左侧的带是通过带20021，且下一个带是阻断带20041。通过带20021由多个通过子带2006构成，而阻断带20041由多个阻断子带2008构成。在时隙T2中，之前开启的大部分子带现在被关闭，反之亦然。通过带和阻断带也已经侧向移动了一个子带。另外说明，在最左侧的通过带20021中在时间T1开启的一个最左侧的子带2006A在时间T2保持开启。在同一时间，在阻断带20041中关闭的一个最左侧的子带2008B作为带20042的一部分保持关闭。这应用于屏障2000的宽度。该过程在时隙T3、T4等继续。
当然，屏障2000的通过带和阻断带的移动与图像生成相协调。例如，控制器208可以确保屏幕202或1202的图像生成跟踪屏障2000的带的移动。结果，假设显示系统前面的观看者没有移动，第一和第二图像在和屏障2000的带相同的方向上并且以和屏障2000的带相同的速率偏移。如果用户侧向移动，第一和第二图像的图案相对于屏障的移动带向左侧或向右侧偏移。
例如在每两(2)个时隙出现通过带和阻断带的位置的改变。例如，对于120Hz的LCD，屏障2000可以每1/60秒交替它的带的通过和阻断状态，并且带图案可以每1/30秒侧向偏移一个子带，在该情形下，一些像素或子像素比其他的像素或子像素更长地保持阻断或关闭。但是，关闭的像素或子像素仍然仅以30Hz的速率出现，并且将基本上保持无法让多数观看者发现。
关闭像素或子像素的持续时间可以被进一步降低。图23示出了连续运动的不均匀屏障。通过带2002比阻断带2004略微宽一些。在时间T1，示出了通过带20023和较窄的阻断带20043。然后在时间T2，示出了阻断带20044和通过带20024。一个子带2006C在两个通过带20023和20024中保持开启。现在没有子带被关闭超过1/60秒。屏幕202或1202可以将观看者通过在两个(2)连续时隙中开启的屏障子带而保持可见的图像像素或子像素限制为显示2D信息，以减少串扰。此外，屏幕202或1202可以将这些像素或子像素的亮度降低一半，以保持整体恒定的图像亮度。本领域技术人员将理解，在连续两个(2)时隙可见的图像像素或子像素随时间以快速的速率改变位置。他们还将理解，将屏障2000的带相对于图像图案旋转一个角度可以进一步在显示屏幕上分布这些像素。
图24A和24B是图23中的屏障的时间步视图。在顶部(a)，每个通过带2002包括7个子带，且每个阻断带2004包括6个子带。在底部(b)，每个通过带2002包括8个子带，且每个阻断带2004包括6个子带。也可以考虑其他配置。图24A和24B均复现了图23中示出的概念。每行(T1到T8)表示一个时隙中的整个屏幕2000(示意性地，不按比例)。可以看到，当每个带在开启和关闭(通过和阻断)位置之间交替时，它们也侧向移动。通过带2002变得比阻断带2004更宽，一些子带在两个连续的时隙中保持开启。
图25是图23中的屏障的替代时间步视图。在图25中，多子带屏障2000的变体包括可以获取三(3)个单独状态的子带，包括阻断、通过或半通过。比较图24B和25，在图24B中在连续两个时隙中保持开启的子带在图25中采用半通过状态。在观看者可以通过在两个(2)连续时隙中开启的屏障子带看到这些像素或子像素时，这提供了使屏幕202或1202上的像素或子像素变暗的替代解决方案。
如上所述，可以在120Hz下开启或关闭屏障例如屏障1204、1304和2000的垂直带。速率足以在屏幕202上提供亮度一致的外观。但是，当观看者216用户眨眼时，可以在观看者的视网膜上记录正好在眨眼之前显示的最后亮和暗的垂直带，并且临时破坏亮度一致性。该效果可被感觉为闪烁。现在将描述旨在减少或消除该闪烁的本公开的实施例。
图26示出了将立体图像分解为共同亮度图像并分解为左侧和右侧增量图像。图26示出了单视场图像3000，其反映了应被观看者216感知到的立体图像的二维视图。
立体图像300包括四(4)个元素，包括方形3001、圆形3002、三角形3003和背景3004。为了说明的目的而不是要限制本公开，方形3001整个是均匀的灰度级，而背景3004整个是白色的。仍然为了说明的目的而不是要限制本公开，用熟知的RGB协议来编码单视场图像300，其中，值0表示没有亮度而值255表示全亮度。因此，方形3001的亮度可以是(180:180:180)，因为方形3001是灰度级。圆形3002的亮度可以是(125:125:125)，且三角形3003的亮度可以是(62:62:62)，表示更暗的灰度级。背景3004的亮度是(255:255:255)，因为背景3004整个是白色的。为了说明的目的，圆形3002和三角形3003可以具有任意其他的颜色，只要它们与方形3001和背景3004不同。
在左侧图像3006和右侧图像3013的三维中观看单视场图像3000的场景。左侧图像3006包括与立体图像3000的元素的左侧视图对应的四(4)个元素，包括方形3007、圆形3008、三角形3009和背景3010。由于在立体图像3000和左侧图像3006中发现相同的元素，对应的元素具有相同的颜色，具有相同的亮度。因此，方形3007的亮度是(180:180:180)而背景3010的亮度是(255:255:255)。背景3010包括部分3011，这也是白色的并且不能从完全的背景3010中区分。
右侧图像3013包括四(4)个元素，与包括方形3014、圆形3015、三角形3016和背景3017的立体图像3000的元素的右侧视图对应。由于在立体图像3000和右侧图像3013中发现相同的元素，对应的元素具有相同的颜色，具有相同的亮度。因此，方形3014的亮度是(180:180:180)，而背景3017的亮度是(255:255:255)。背景3017包括部分3018，这也是白色的并且不能从完全的背景3010中区分。
例如通过更早的图中的图像源206来生成组合图像3022。对于每个子像素，组合图像3022具有左侧图像3006和右侧图像3013的对应子像素的最高共同亮度。例如考虑左侧图像3006的方形3007，其具有亮度(180:180:180)，左侧图像3006内的区域内的子像素的位置对应于右侧图像3013的部分3018的位置，该图像具有亮度(255:255:255)。用于组合图像3022的对应区域3023的最高共同亮度则是(180:180:180)，表示方形3001和3007的灰度级。类似地，区域3026的最高共同亮度反映了左侧图像3006和方形3014的白色部分3011的子像素位置，区域3026因此具有相同的灰度级(180:180:180)。其他区域3024、3025和3027由左侧图像3006和右侧图像3013的各种元素的最高共同亮度值的子像素选择的类似子像素形成。背景3028具有白亮度(255:255:255)，且对应于在左侧图像3006和右侧图像3013上都是白色的子像素。
通过从左侧图像3006的每个子像素减去组合图像3022的对应子像素的亮度在图像源206中获取左侧增量图像3032。通过从右侧图像3013的每个子像素减去组合图像3013的对应子像素的亮度，在图像源206中获取右侧增量图像3022。例如，从表示白色的部分3011的亮度(255:255:255)减去区域3026的亮度(180:180:180)，在左侧增量图像3032生成具有亮度(75：75：75)的区域3034，表示另一个灰度级。类似地，从表示白色的部分3018的亮度(255:255:255)减去区域3023的亮度(180:180:180)，在右侧增量图像3042产生也具有亮度(75：75：75)的区域3044。如图所示，左侧图像3066和右侧图像3013的较大部分包含白背景3010和3017。因此，组合图像3022的较大部分也包含白背景3028。左侧增量图像3032和右侧增量图像3044是通过在每个像素的基础上从左侧图像3006和右侧图像3013的亮度减去组合图像3022的亮度而获得的，第一和第二图像的较大部分没有亮度(0:0:0)，且因此是黑色的。
可以通过替换RGB协议来修改图26的以上描述，该协议利用任何其他熟知的协议使用0-255的范围以表示亮度级。例如，子像素亮度可以用LCD显示器的完全亮度能力的百分比表示。在图26的描述中，假设之前使用的0-255的RGB协议具有在0-255范围上的线性亮度响应，是指例如128的亮度值加上64亮度值将产生192的亮度值。实际上，在计算的亮度值和显示器的亮度之间可能存在非线性响应，例如在通常使用的伽马编码中。该非线性响应可改变增量图像3032和3034、组合图像3022、左侧图像3006和右侧图像3013的亮度等级的计算。为了便于描述，使用RGB协议的非线性响应来表示上述描述，且不会限制本发明。受益于本公开的本领域普通技术人员能基于立体图像3000的元素和集成在自动立体化显示系统中的屏幕的特定特点来计算各种图像3006、3013、3022、3032和3042中的每个元素的亮度等级。
图27示出了图26的左侧和右侧增量图像的结合，左侧增量图像和右侧增量图像在具有互补图案的两个图像上在两个时隙期间扩展。图27示意性地示出了可以在图像源206中执行的处理。
在时隙T2期间，左侧增量图像3032的N个像素或子像素的偶数编号的列0、2、4、6……与右侧增量图像3042的N个像素或子像素的奇数列1、3、5、7……结合以形成第一图像3052，其具有N个左侧增量图像像素或子像素和N个右侧增量图像的像素或子像素的交替的列。在时隙T3期间，左侧增量图像3032的N个像素或子像素的奇数列与右侧增量图像3042的N个像素或子像素的偶数列合并，以形成第二图像3062，其具有与第一图像3052的图案相反的图案。结果，在T2期间，区域3034的部分3034A和3034C以及区域3044的部分3044A和3044C是第一图像3052的一部分。在时隙T3期间，区域3034的部分3034B和区域3044的部分3044B是第二图像3062的一部分。
图28示出了三阶段有源屏障自动立体化系统的三个时隙。除了在两个时隙中示出图案化的图像外，三阶段有源屏障自动立体化系统也在额外的时隙示出了非立体图像部分，其不产生任何闪烁效果，也没有因为使用有源屏障而产生的任何进一步的伪影。
对屏障1204、1206、1304或2000的控制被调整，以允许屏障1204、1206、1304或2000在第一时隙T1期间的全透明模式，而在时隙T2和T3期间在屏障1204、1206、1304或2000的交替带中通过或阻断光线。在T1期间，图像源206向屏幕202提供组合图像3022，而控制器208将屏障1204、1206、1304或2000保持在全透明模式，允许组合图像3022被完全显示而没有阻断。在T2期间，图像源206向屏幕提供第一图像3052，而控制器208将屏障1204、1206、1304或2000保持在图11、12、13和20的以上描述中所述的第一模式中。在T3期间，图像源206向屏幕提供第二图像3062，而控制器208将屏障1204、1206、1304或2000保持在与第一模式相反的第二模式中。屏幕202由此在三个连续的时隙中显示第一图像3052、第二图像3062和组合图像3022。该过程继续重复T1、T2和T3之间的序列。
在变体中，由于三阶段有源自动立体化系统使用三(3)个时隙，屏障1204、1206、1304或2000可被配置为以180Hz的速率在时隙之间交替。
当然，如图26到28的描述所示的在组合图像3022之外生成第一和第二图像3052和3062的方法可被包含在上述系统1200和1300中，该系统使用跟踪系统210将第一和第二图像3052和3062的图案随立体图像的观看者的位置而变地相对于屏障带向左或向右偏移多个图像像素或子像素。在三阶段有源屏障自动立体化系统中，可以使用多子带屏障2000，从而包括可变屏障宽度、屏障的连续运动、通过带和阻断带的不相等宽度以及像素或子像素变暗在内的特征都可被使用。
如图21中的以上描述所示，当系统被调整以便集成多子带屏障2000时，可以根据观看者216和系统1300之间的距离来选择屏障的列宽度。在图21的描述中，假设图像图案的列中的像素或子像素的数量N在第一和第二图像的宽度上即在屏幕202的宽度上恒定。图29是自动立体化系统前面的用户的简化视图。图29仅示出了显示系统13000的显示器的屏幕202和屏障2000，以简化实施例的描述。
根据跟踪系统所测量的在观看者216的眼睛218和219与屏幕202之间的距离3100来选择或调整如图29所示的像素或子像素的值N。在图29的情形下，在显示器的宽度上的恒定值N是合适的。图30示出了图29中的用户的摇头转动，由于明显的眼间距的变化而引起不相等的视差距离。为了说明的目的，在图30中大幅放大了摇头转动的效果。在图30中，观看者将头部转向一侧。跟踪系统210可以提供右眼218和屏幕202之间的距离3100，用于计算在屏幕202和屏障2000上使用的N的值。但是，由于观看者216的左眼219更接近屏幕，在观看者的眼睛218和219与屏幕202左侧的列3102之间的对齐被丢失。
可以通过图17和18中的以上描述所示的改进的眼睛观看区域来适应头部的小转动。但是，这不足以压制在某些应用中或者大幅摇头转动时不相等的视差距离的有害效果。
图31示出了根据实施例的图像图案和屏障的可变图案宽度。头部跟踪系统210例如通过测量观看者的左眼219和屏幕202之间的距离3112，来测量观看者的左眼219和示出立体图像的显示器之间的距离。头部跟踪系统210还测量立体图像和观看者的右眼218之间的距离3110。可以看到，高质量的头部跟踪系统当前是可用的，并且能够提供上述测量，包括观看者头部的位置、观看者眼睛的位置以及绕着三(3)个轴的头部旋转包括前后倾(pitch)、摇头(yaw)和转动(roll)。
基于距离3110来计算列宽度N1。基于距离3112来计算分开的列宽度N2。值N1用于屏幕202和屏障2000的最右端。值N2用于屏幕202和屏障2000的最左端。
如果观看者216面向屏幕202而没有头部旋转，如图29所示，针对屏幕202和屏障2000，跨显示器地使用相同的值N＝N1＝N2。但如果值N1和N2不相等，列宽度N在屏幕202和屏障2000的宽度上可变。
如果右眼218比左眼219更远，则第一和第二图像图案的每列的像素或子像素的数量N在第一和第二图像的宽度上可变，从而从屏幕202和屏障2000的左侧到右侧使用增加的值N，该值N是较小的N2和较大的N1之间的插值。
如果右眼218比左眼219更近，则第一和第二图像图案的每列的像素或子像素的数量N在第一和第二图像的宽度上变化，从而从屏幕202和屏障2000的左侧到右侧使用减小的值N，该值N是较大的N2和较小的N1之间的插值。
可以使用本领域普通技术人员的能力范围内所期望的简单三角法或合适的计算来实现值N1和N2之间的插值以向显示器的每列提供合适的值N。控制器208可以实时进行计算，或者在存储器(未示出)中存储N1和N2的不同值的插值表。
当然，如图29到31的描述所示的对N的值进行调整和插值的方法可被包含在上述系统1300中，该系统使用跟踪系统210将第一和第二图像的图案随立体图像的观看者的位置而变地相对于屏障带向左或向右偏移多个图像像素或子像素。可变的图案宽度也可被包含在三阶段有源屏障自动立体化系统中。使用多子带屏障2000，在使用可变图案宽度的系统中，包括可变屏障宽度、屏障的连续运动、通过带和阻断带的不相等宽度以及像素或子像素变暗在内的特征都可被使用。
本领域普通技术人员将理解，用于示出立体图像的设备和方法的描述仅是说明性的而不是以任何方式来限制。可以向受益于本公开的本领域普通技术人员很容易地建议其他实施例。此外，公开的方法和设备可被定制，以向与自动立体化图像的生成相关的现有需求和问题提供有价值的解决方案。
本领域普通技术人员还将理解，多种类型的视频显示器或其他装置可以在相同的设备中实现成像的其他方面。
简单起见，并未示出和描述用于显示立体图像的设备和方法的实现的所有正常特征。当然可以理解，在视频系统的任意这样的实际实现的开发中，需要进行多种实现特定的决策，以实现开发者的特定目标，例如符合应用、系统、网络和业务相关的限制，并且这些特定目标在实现之间以及在开发者之间都会不同。可以理解，开发工作将会是复杂的耗时的，但却是受益于本公开的视频显示器领域中的普通技术人员的工程的日常工作。
根据本公开，可以使用各种类型的操作系统、计算平台、网络设备、计算机程序和/或通用目的机器来实现这里描述的组件、处理步骤和/或数据结构。此外，本领域普通技术人员将理解，也可以使用不太通用的设备，例如硬布线设备、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等。在通过计算机和机器来实现包含一系列处理步骤的方法并且那些处理步骤被存储为机器可读的一系列指令时，它们可被存储在有形介质中。
这里描述的系统和模块可以包括适用于这里描述的目的的软件、固件、硬件或软件、固件或硬件的组合。软件和其他模块可以位于服务器、工作站、个人计算机、计算化平板电脑、个人数字助理(PDA)和适用于这里描述的目的的其他设备。可以通过本地存储器、通过网络、通过浏览器或其他应用或者通过适用于这里描述的目的的其他方法来访问软件和其他模块。这里描述的数据结构可以包括适用于这里描述的目的的计算机文件、变量、编程阵列、编程结构、或任意电子信息存储机制或方法或其组合。
尽管以上通过非限制说明性的实施例来描述本公开，可以在所附权利要求书的范围内调整这些实施例，而不偏离本公开的精神和实质。

Claims (56)

1.一种显示立体图像的方法，包括：
生成第一图像，该第一图像具有图案，该图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列；
生成第二图像，该第二图像具有与所述第一图像的图案相反的图案；
在平行带屏障的交替带中阻断第一和第二图像的交替的列；
将所述第一和第二图像的图案随所述立体图像的观看者的位置而变地相对于屏障的带向左侧或右侧偏移多个图像像素或子像素。
2.如权利要求1所述的方法，包括通过跟踪所述观看者的头部来确定该观看者的位置。
3.如权利要求1所述的方法，包括通过跟踪所述观看者的眼睛来确定该观看者的位置。
4.如权利要求3所述的方法，包括测量在所述观看者的眼睛之间的距离。
5.如权利要求4所述的方法，包括：如果所述观看者的眼睛之间的距离相对于该观看者和所述屏障之间的距离小于从该观看者的眼睛看来左侧和右侧图像像素或子像素开始重叠的阈值，则使一个或多个图像像素或子像素变暗。
6.如权利要求5所述的方法，包括增加在一个或多个变暗的图像像素或子像素的周围的一个或多个图像像素或子像素的亮度。
7.如权利要求4所述的方法，包括将所述观看者的眼睛之间的距离发送到图像源，用于调整所述第一和第二图像。
8.如权利要求1所述的方法，其中，图像像素包括一个红色、一个绿色和一个蓝色的图像子像素。
9.如权利要求1所述的方法，其中N处于6到24个图像子像素的范围内。
10.如权利要求1所述的方法，其中N处于2到12个图像子像素的范围内。
11.如权利要求1所述的方法，包括：如果不能确定所述观看者的位置，则生成相同的第一和第二图像。
12.如权利要求1所述的方法，其中：
在两个时隙中的第一个期间生成所述第一图像；
在两个时隙中的第二个期间生成所述第二图像；以及
在连续的时隙中开启和关闭屏障的交替带。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述第一和第二图像的光线在图像生成之前经过所述屏障。
14.如权利要求12所述的方法，其中：
所述屏障的带被划分为子带；
所述屏障的带处于连续运动；并且
所述第一和第二图像的图案跟踪所述屏障的带的连续运动。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述屏障的带每1个或每2个时隙被侧向偏移一个或多个子带。
16.如权利要求15所述的方法，其中：
所述屏障的开启带具有N个像素的宽度或N个子像素的宽度；并且
所述屏障的关闭带比开启带窄一个或多个子带。
17.如权利要求12所述的方法，还包括基于所述观看者和所述立体图像之间的距离来调整第一和第二图像图案中的像素或子像素的数量N。
18.如权利要求12所述的方法，包括：
生成组合图像，对于每个子像素，该组合图像具有左侧和右侧图像的相应子像素的最高共同亮度；
通过从所述左侧图像的每个子像素减去所述组合图像的相应子像素的亮度来生成所述第一图像；
通过从所述右侧图像的每个子像素减去所述组合图像的相应子像素的亮度来生成所述第二图像；以及
在三个连续的时隙中显示所述第一图像、所述第二图像和所述组合图像；
其中，所述组合图像被显示而没有阻断。
19.如权利要求12所述的方法，其中，N时在所述第一和第二图像的宽度上的常数。
20.如权利要求12所述的方法，包括：
测量所述立体图像和所述观看者的左眼之间的距离；
测量所述立体图像和所述观看者的右眼之间的距离；
如果右眼比左眼更远，在所述第一和第二图像的宽度上改变第一和第二图像图案中的每列的像素或子像素的数量N，从而从第一和第二图像的左侧到右侧使用增加的N值；以及
如果右眼比左眼更近，在第一和第二图像的宽度上改变第一和第二图像图案中的每列的像素或子像素的数量N，从而从第一和第二图像的左侧到右侧使用减少的N值。
21.如权利要求1所述的方法，其中，所述屏障的带具有N个像素的宽度或N个子像素的宽度。
22.如权利要求1所述的方法，其中，所述屏障的带与第一和第二图像图案的列基本平行。
23.如权利要求1所述的方法，其中，所述屏障的带在5到35度的旋转范围内相对于第一和第二图像图案的列来轴向旋转。
24.如权利要求1所述的方法，其中，所述屏障的带保持恒定的位置。
25.如权利要求1所述的方法，其中，用于所述第一和第二图像的光线在图像生成之后经过所述屏障。
26.如权利要求1所述的方法，其中：
所述第一和第二图像具有正交的偏振；并且
所述屏障的交替带具有正交的偏振。
27.一种用于显示立体图像的显示器，包括：
屏幕，用于生成第一图像，该第一图像具有图案，该图案包括N个左侧图像像素或子像素和N个右侧图像像素或子像素的交替的列，并且所述屏幕用于生成第二图像，该第二图像具有与所述第一图像的图案相反的图案；
平行带屏障，其具有交替带，用于阻断所述第一和第二图像的交替的列；
跟踪系统，用于跟踪所述立体图像的观看者的位置；以及
屏幕的控制器，将所述第一和第二图像的图案随所述观看者的位置而变地相对于屏障的带向左侧或右侧偏移多个图像像素或子像素。
28.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏幕是全分辨帧有序立体屏幕。
29.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏障包括有源延迟器以及一个或多个偏振滤光器。
30.如权利要求27所述的显示器，其中：
N等于12个图像子像素；
所述屏幕在大约60cm的宽度上具有1920像素的水平分辨率；
所述屏障位置离所述屏幕大约1cm；并且
所述显示器和所述观看者之间的计划距离为大约60cm；
从而当所述观看者基本上位于计划的距离并且基本上所述立体图像以该观看者为中心时，不会出现所述第一和第二图像的图案的偏移。
31.如权利要求27所述的显示器，其中，N处于2到12个图像像素的范围内；
32.如权利要求27所述的显示器，其中，所述显示器被集成到平板电脑中。
33.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏障在2到30度的旋转范围内相对于所述屏幕来轴向旋转。
34.如权利要求33所述的显示器，其中，所述控制器被配置为，基于所述观看者的位置以及所述屏障的轴旋转来计算从该观看者看到的左侧图像像素或子像素和右侧图像像素或子像素重叠的图案点。
35.如权利要求34所述的显示器，其中，所述控制器被配置为，使重叠的左侧和右侧图像像素或子像素中更亮的一个变暗，并且成比例地增加与变暗的图像像素或子像素靠近的至少一个图像像素或子像素的亮度。
36.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏幕是全分辨率立体屏幕，所述第一图像是左旋圆形偏振图像且所述第二图像是右旋圆形偏振图像。
37.如权利要求36所述的显示器，其中，所述屏障包括图案化的四分之一波长延迟膜和偏振滤光器。
38.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏幕是全分辨率立体屏幕，其在θ度的线性偏振下生成所述第一图像，并在θ加90度的线性偏振下生成所述第二图像。
39.如权利要求38所述的显示器，其中，所述屏障包括在θ度和θ加90度的线性偏振之间交替的偏振滤光带。
40.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏障的带具有N个像素的宽度或N个子像素的宽度。
41.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏障的带与第一和第二图像图案的列基本平行。
42.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏障的带相对于第一和第二图像图案的列在5到35度旋转的范围内轴向旋转。
43.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏障将所述带保持在恒定的位置。
44.如权利要求27所述的显示器，其中，所述屏障被放置在所述屏幕的前面。
45.如权利要求27所述的显示器，其中：
所述屏幕被配置为生成正交偏振的所述第一和第二图像；并且
所述屏障的交替带具有正交偏振。
46.如权利要求27所述的显示器，其中：
所述屏幕被配置为在两个时隙的第一个期间生成所述第一图像；
所述屏幕被配置为在两个时隙的第二个期间生成所述第二图像；
所述屏障被配置为在连续的时隙中开启和关闭交替带。
47.如权利要求46所述的显示器，其中，所述屏幕被放置在所述屏障的前面。
48.如权利要求46所述的显示器，其中，所述屏障的带被划分为子带。
49.如权利要求48所述的显示器，其中，所述控制器被配置为通过关联多个子带来调整所述屏障的子带的宽度。
50.如权利要求49所述的显示器，其中：
所述跟踪系统被配置为确定所述观看者和所述显示器之间的距离；并且
所述控制器被配置为基于所述观看者和所述显示器之间的距离来调整第一和第二图像图案中的像素或子像素的数量N。
51.如权利要求48所述的显示器，其中：
所述屏障被配置为以连续运动来移动它的带；并且
所述屏幕的控制器被配置为跟踪所述屏障的带的连续运动。
52.如权利要求51所述的显示器，其中，所述屏障被配置为每1个或每2个时隙对将该屏障的带侧向偏移一个或多个子带。
53.如权利要求51所述的显示器，其中：
所述屏障的开启带具有N个像素或子像素的宽度；并且
所述屏障的关闭带比开启带窄一个或多个子带。
54.如权利要求46所述的显示器，包括：
图像源，其被配置为：
向所述屏幕提供组合图像，对于每个子像素，该组合图像具有左侧和右侧图像的相应子像素的最高共同亮度；
通过从所述左侧图像的每个子像素减去所述组合图像的相应子像素的亮度来向屏幕提供所述第一图像；
通过从所述右侧图像的每个子像素减去所述组合图像的相应子像素的亮度来向屏幕提供第二图像；
其中，
所述屏幕被配置为在三个连续的时隙上显示所述第一图像、所述第二图像和所述组合图像；并且
所述平行带屏障被配置为使所述组合图像通过而没有阻断。
55.如权利要求46所述的显示器，其中，N在所述显示器的宽度上是恒定的。
56.如权利要求46所述的显示器，其中：
所述跟踪系统被配置为，确定所述立体图像和所述观看者的左眼之间的距离并确定该立体图像和该观看者的右眼之间的距离；并且
所述控制器被配置为在显示器的宽度上改变N，从而：
如果右眼比左眼更远，从所述显示器的左侧到右侧使用增加的N值；并且
如果右眼比左眼更近，从所述显示器的左侧到右侧使用减小的N值。
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