CN104205823A - 改进的3d图像显示系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于提供三维显示给观看者的方法和装置。如果右眼图像区中的像素与左眼图像区中的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，则控制视差屏障以对于所述观看者阻挡所述右眼图像区或所述左眼图像区。另外，如果所述色差小于所述预定的阈值，则控制所述视差屏障以显示所述右眼图像区和所述左眼图像区两者给所述观看者。还公开了用于实现所述方法的对应设备。所述方法例如可以通过自动立体显示器控制器或者一副主动快门眼镜来执行。

Description

改进的3D图像显示系统

背景技术

本发明总体上涉及三维(3D)显示器，更具体地，涉及一种提供3D显示给观看者的方法。

利用被称为“立体视法(stereoscopy)”的技术实现了向观看者呈现3D图像，其中，将两幅偏移图像分别地显示给观看者的右眼和左眼。当观看者的大脑组合这些图像时，用户将这些不同的二维(2D)图像感知成是3D的。随着3D电影和视频游戏的普及度的最近上升，已经在立体视法方面取得了技术进步。

关于近来的3D电视机，已经使用“主动快门”眼镜来实现3D效果。主动快门眼镜包括两个镜片，每个镜片都具有能够被控制成暗的(从而阻止图像观看)或透明的(从而利于图像观看)液晶层。该眼镜与电子显示器(例如，电视机)同步以快速地交替哪一个镜片在任何指定的时间是否变暗，这实现了每只眼睛仅看到为其准备的图像的预期效果。

“自动立体视法”是指在观看者一方不使用专门的头戴装置(headgear)或眼镜的情况下显示立体图像。自动立体显示器的普及形式利用了视差屏障，该视差屏障包括被布置成阻挡指定的眼睛观看意在针对相反眼睛的图像部分的多个间隔开的列。这种精心布置的阻挡使得两个独立的图像能够同时显示给右眼和左眼。

然而，视频帧或图像的仅一部分通常在任何指定的时间按照3D显示，而其余的部分按照2D呈现。因此，对于非3D图像区而言，同一图像基本上被分别地同时显示给观看者的右眼和左眼。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种用于控制观看者的右眼和左眼从3D显示器观看到的内容的视差屏障。确定对应的右眼图像区与左眼图像区之间的色差，并且如果该色差低于预定的阈值(指示对应的图像区之间存在很小的差异或者不存在差异)，则该视差屏障可以同时显示这两个区给观看者。

根据一个实施方式，公开了一种提供三维显示给观看者的方法。如果右眼图像区中的像素与左眼图像区中的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，则控制视差屏障以对于观看者阻挡右眼图像区或左眼图像区。另外，如果色差小于预定的阈值，则控制视差屏障以显示右眼图像区和左眼图像区两者给观看者。该方法例如可以通过自动立体显示器或者一副主动快门眼镜来执行。

可操作以执行所述方法的示例性的自动立体电子显示器包括：显示层，在该显示层上投射图像，并且该图像包括多个相邻组右眼图像区和左眼图像区。视差屏障位于该显示层与观看者之间。该视差屏障包括多个分离的视差屏障区，每个视差屏障区对应于所述多个相邻组右眼图像区和左眼图像区中的一组。控制器被配置成控制每个视差屏障区。所述控制器响应于右眼图像区中的像素与左眼图像区中的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，控制每个视差屏障区以对于观看者阻挡其对应的右眼图像区或左眼图像区。所述控制器响应于所述色差小于所述预定的阈值，控制每个视差屏障以显示其对应的右眼图像区和左眼图像区两者给所述观看者。

可操作以执行所述方法的示例性的主动快门眼镜与电子显示器同步，以向观看者提供所述电子显示器的三维视图。所述主动快门眼镜包括右镜片和左镜片，通过该右镜片和该左镜片可以观看从所述电子显示器投射的图像。所述主动快门眼镜还包括分别与所述右镜片和所述左镜片相对应的右镜片视差屏障和左镜片视差屏障。控制器被配置成控制所述视差屏障。如果右镜片图像区与左镜片图像区中的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，则所述控制器控制视差屏障以阻挡观看右镜片图像区或左镜片图像区。如果所述对应像素之间的色差小于所述预定的阈值，则所述控制器控制视差屏障以准许同时通过右镜片图像区和左镜片图像区观看所述投射的图像。

当然，本发明不限于上述特征和优点。实际上，本领域技术人员通过阅读下列详细的描述并且通过查看附图将认识到附加的特征和优点。

附图说明

图1例示了示例自动立体显示器。

图2例示了该示例自动立体显示器的另一视图。

图3A至图3B例示了示例性的主动快门眼镜的视图。

图4A至图4B例示了该主动快门眼镜的示例右镜片图像区和左镜片图像区。

图5例示了该主动快门眼镜的示例性的阻挡特性。

图6示意性地例示了一种提供三维显示给观看者的示例方法。

具体实施方式

公开了这样的方法和装置：其用于基于立体图像的对应的右眼图像区与左眼图像区之间的相对色差来控制3D显示系统中的视差屏障的多个部分。尽管下面公开了自动立体显示器和主动快门眼镜的实施方式，但是这些实施方式是示例性的，并且不应当被视为限制性的。

现在参照附图，图1示意性地例示了包括显示层12和视差屏障14的示例自动立体显示器10。该显示器10例如可以对应于电视机或便携式游戏设备。将交错(interleaved)的图像投射到显示层12上，并且该图像包括多个相邻组16A-E右眼图像区18和左眼图像区20。右眼图像区18和左眼图像区20通过它们的布置而交错成组16。视差屏障14位于显示层12与观看者22之间。视差屏障14包括多个分离的视差屏障区24A-F，每个视差屏障区对应于所述多个相邻组16右眼图像区18和左眼图像区20中的一组。尽管图1示出了五组16图像区，但是要理解的是，这仅仅是非限制性的示例，并且可以使用其他数量的组的图像区。

控制器26被配置成控制每个视差屏障区24。控制器26可以包括硬件、软件或者其任何组合。在一个示例中，控制器26包括一个或更多个微处理器。如果右眼图像区18的像素与左眼图像区20的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，则控制器26控制对应的各个视差屏障区24以对于观看者22阻挡其对应的右眼图像区或左眼图像区。另外，如果该色差小于预定的阈值，则控制器26控制视差屏障区14以显示其对应的右眼图像区和左眼图像区两者给观看者。

将组16A的图像区18A、20A作为示例。确定图像区18A的像素与图像区20A的对应像素之间的色差。如果该色差大于或等于预定的差阈值，则对应的视差屏障区24A被开启以阻挡观看者的右眼观看图像区20A，使得在组16A内，右眼仅看到图像区18A，而左眼仅看到图像区20A。然而，如果该色差小于预定的阈值(即，指示图像区18A和图像区20A之间存在很小的差异或不存在差异)，则视差屏障区24A被部分地或完全地关闭，使得图像区20A对于观看者22的右眼和左眼两者是可见的。

作为另一个示例，参见组16B的图像区。当被开启时，与该组16B相关联的视差屏障区24B执行下列功能：(1)阻挡观看者的右眼观看图像区20B，和(2)阻挡观看者的左眼观看(组16A的)图像区18A。如果组16B的图像区18B和图像区20B之间的色差低于所述差阈值，则视差屏障区24B将被关闭，使得不执行上述的阻挡(1)。然而，作为非预期的结果，阻挡(2)也将不被执行，致使观看者的左眼看到邻近的图像区18A、20A。如果图像区18A、20A被确定具有3D信息(即，它们的色差超过所述差阈值)，则对于观看者来说，用左眼观看区域18A、20A可能是不舒适的。为了解决这个问题，可以分析邻近组16的图像区18、20的色差，使得如果其视差屏障24A也能够被关闭(即，图像区18A和图像区20A之间的色差低于所述差阈值)，则仅关闭视差屏障24B。

控制器26还被配置成比较所述多组右眼图像区和左眼图像区中的对应像素的色阶(color scale)值，以确定出所述对应像素之间的色差，并且可以将所述色差存储到存储器27内的差异图中。由此，为了确定右眼图像区18A与左眼图像区20A之间的色差是否大于或等于阈值，可以检查针对组16的图像区18A、20A的差异图。在一个示例中，该差异图被预先确定，并且控制器26仅需要从存储器27检索该预先确定的差异图。

该差异图例如可以基于0-255色阶。该图内存储的色差表示每个更大的图像区18、20内的对应的(即相似地定位的)显示区。根据该差异图的粒度，由该色差所表示的显示区可以表示单个像素或一组像素。在一个示例中，像素或一组像素的不同的红色、绿色和蓝色(RGB)值被分别地比较，并且该显示区中的相应的红色值、绿色值和蓝色值之间的最大差值被存储在该差异图中。在一个示例中，该预定的阈值是0-255色阶上的“9”。当然，这仅仅是示例阈值，并且要理解的是，可以使用其他的阈值。

响应于右图像区与左图像区中的对应像素之间的色差小于预定的阈值，可以降低一组右图像区和左图像区的亮度。由此，为了使用上述的组16的示例，随着视差屏障区14被部分地或完全地关闭，为了防止图像区20A呈现得太亮，图像区18A、20A中的一个或两个的亮度可以被调节为实现预期的亮度。这可以包括例如按50％的亮度操作图像区18A、20A中的每一个。当然，其他调节也是可能的，诸如增加其对应的视差屏障区24被开启的其它图像区18、20(例如，具有大于或等于预定阈值的对应色差的邻近图像区)的亮度。由此，利用该技术，可以降低3D显示的亮度，这能够在每瓦特流明和亮度两者方面导致更好的性能。

在一个示例中，视差屏障14包括液晶显示器(LCD)，该液晶显示器可选地可以是单色LCD。在该示例中，控制该视差屏障包括调节施加至视差屏障区24A-F中的适当的一个视差屏障区的电压以准许预期量的光穿过视差屏障区24A-F。

图2示意性地例示了该示例自动立体显示器10的另一视图。如图2所示，图像区18、20和它们的对应视差屏障区24可以在显示器10内竖直地延伸为多列。每个视差屏障区24都可以作为单个单元来控制，使得如果在组16的图像区18、20内存在满足或超过差阈值的任何色差，则开启与该组16相对应的整个视差屏障区24。另选地，每个视差屏障区24都可以包括可单独控制的区域30，使得指定的视差屏障区24中的多个部分可以被区别地控制。这将使得图像区18、20的一部分能够仅可被右眼或左眼观看到，但是该图像区的其他部分可以被双眼观看到。当然，尽管图像区18、20和视差屏障区24被示出为竖直的条，但是要理解的是，这仅仅是示例，并且还可以根据观看者相对于电子显示器10的方位来使用对角的或水平的条。

图3A-3B例示了可以被用于实现和上述自动立体显示器10相似的效果的主动快门眼镜40。主动快门眼镜40与电子显示器42(例如，电视机的观看区)同步以向观看者提供电子显示器42的三维视图。控制区52与显示器42通信以提供同步(例如，通过无线连接)。控制器52可以包括硬件、软件或其任意组合。在一个示例中，控制器52包括一个或更多个微处理器。

该眼镜包括右镜片44和左镜片46，通过该右镜片和该左镜片可以观看从电子显示器42投射的图像。眼镜40还包括与右镜片44相对应的右镜片视差屏障48和与左镜片46相对应的左镜片视差屏障50。视差屏障48、50可以位于它们对应的镜片44、46的前方、后面或内部。

控制器52被配置成如果右镜片图像区与左镜片图像区中的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，则控制视差屏障48、50以阻挡观看右镜片图像区或左镜片图像区(即，右镜片图像的一部分或者左镜片图像的一部分)。控制器52还被配置成如果所述对应像素之间的色差小于预定的阈值，则控制视差屏障来准许同时通过右镜片图像区和左镜片图像区观看所投射的图像。

参照图4A-B，例示了多个右镜片图像区54A-F和对应的左镜片图像区56A-F。每个图像区54、56都具有对应的视差屏障部分48、50，视差屏障部分48、50被控制以准许或限制通过其关联的图像区来观看。由此，如果镜片图像区54A与56A之间的色差大于或等于该阈值，则视差屏障部分48A、50A照常操作，使得镜片图像区54A、56A中的仅一个在任何指定的时间是可见的。

然而，如果镜片图像区54A、56A之间的色差小于差阈值(即，指示图像区54A、56A之间存在很小的差异或者不存在差异)，则可以操作对应的视差屏障部分48A、50A来同时显示区域54A、56A两者。在一个示例中，每个区域被显示，但是仅具有部分透明度(例如，对于每个区域54A、56A 50％的透明度)。在另一个示例中，区域54A、56A以全亮或几乎全亮被显示，但是控制器52与显示器42通信以降低其它图像区的亮度来节省电力。

眼镜40包括可操作以从右镜片44的视角记录显示器42的投射图像的右相机镜头58，和可操作以从左镜片46的视角记录显示器42的投射图像的左相机镜头60(参见图3B)。在一个示例中，控制器52被配置成通过比较由右相机镜头58和左相机镜头60所记录的图像，来确定右镜片图像区54与左镜片图像区56的对应像素之间的色差是否大于或等于预定的差阈值。

控制器52可以将所确定出的色差存储在存储器53内的差异图中。即使是临时地，也可以将所记录的右图像和左图像存储到存储器53中。控制器52可以按照与控制器26相同的方式来创建差异图。由此，该差异图可以基于0-255色阶，可以存储针对多个像素或多组像素的值，可以单独地分析RGB像素值，等等。

控制器52可以可选地被进一步配置成基于定时器、用户偏好、或者所述定时器和所述用户偏好来控制右镜片视差屏障48和左镜片视差屏障50，以至少部分地阻挡右镜片图像区和左镜片图像区不被用于观看从电子显示器42投射的图像。参照图5，与显示器42相对应的图像62以及与显示器42外侧的区域相对应的图像64(参见交叉阴影区)可以通过右镜片和左镜片被观看到。基于所存储的用户偏好或者指示经过预定时段的定时器，视差屏障48、50可以被控制成部分地或者全部地阻挡在任一镜片中观看区域64。这种阻挡可以被用于提供更加沉浸式的3D观看体验。然而，使用定时器可以是有利的，这是因为用户在他们正设置视频观看事件时可能想要看到显示器42的外侧(例如，用户可能想要看到和/或观看键盘或遥控器)。

控制器52还可以被配置成无线地发送通知给电子显示器42，以指示准许观看者同时通过右镜片44和左镜片46观看哪些右镜片图像区54和对应的左镜片图像区56。用于执行这种发送的无线收发器例如可以位于控制器52内。

图4示意性地例示了一种提供三维显示给观看者的示例方法100。确定右眼图像区中的像素与左眼图像区中的对应像素之间的色差(步骤102)，并且比较所确定出的差值与预定的差阈值(步骤104)。如果右眼图像区中的像素与左眼图像区中的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，则控制视差屏障以对于观看者阻挡右眼图像区或左眼图像区(步骤106)。另外，如果该色差小于预定的阈值，则控制视差屏障以显示右眼图像区和左眼图像区两者给观看者(步骤108)。

前述描述和附图表示了在本文中所教导的方法和装置的非限制性示例。同样地，本发明不限于前述描述和附图。相反地，本发明仅受限于所附的权利要求书及其合法的等同物。

Claims (17)

1.一种提供三维显示给观看者的方法，该方法包括：

如果右眼图像区中的像素与左眼图像区中的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，则控制视差屏障以对于所述观看者阻挡所述右眼图像区或所述左眼图像区；并且

如果所述色差小于所述预定的阈值，则控制所述视差屏障以显示所述右眼图像区和所述左眼图像区给所述观看者。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

如果所述色差小于所述预定的阈值，则降低所述右眼图像区和所述左眼图像区的亮度以节省电力。

3.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

如果所述色差小于所述预定的阈值，则增加具有大于或等于所述预定的阈值的对应色差的一个或更多个邻近图像区的亮度。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述视差屏障包括液晶显示器(LCD)，该液晶显示器位于自动立体电子显示器的显示层与所述观看者之间，并且其中，控制所述视差屏障的步骤包括：调节施加至所述视差屏障的电压以准许预期量的光穿过所述视差屏障。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述色差通过以下步骤来确定：

比较所述右眼图像区中的多个像素与所述左眼图像区中的对应像素的色阶值；以及

将各个被比较的色阶值之间的差值存储到差异图中。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述视差屏障包括与一副主动快门眼镜中的右镜片相对应的右镜片屏障和与所述主动快门眼镜中的左镜片相对应的左镜片屏障，所述方法进一步包括：

记录与所述右镜片相对应的右镜片图像和与所述左镜片相对应的左镜片图像，所述右镜片图像包括多个右眼图像区，并且所述左镜片图像包括多个对应的左眼图像区；以及

确定所述右镜片图像区中的像素与它们在所述左镜片图像区中的对应像素之间的色差。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，控制所述视差屏障以显示所述右眼图像区和所述左眼图像区给所述观看者的步骤包括：

准许所述观看者同时通过所述右镜片图像区和所述左镜片图像区观看从电子显示器投射的图像。

8.根据权利要求6或7所述的方法，所述方法进一步包括：

基于定时器、用户偏好、或者所述定时器和所述用户偏好来控制所述右镜片屏障和所述左镜片屏障，以阻挡所述右镜片图像和所述左镜片图像中的、位于从所述电子显示器投射的所述图像之外的部分。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括：

无线地发送通知给所述电子显示器，以指示准许所述观看者同时通过所述右镜片和所述左镜片观看哪些右镜片图像区和对应的左镜片图像区。

10.一种自动立体电子显示器，该自动立体电子显示器包括：

显示层，在该显示层上投射图像，该图像包括多个相邻组右眼图像区和左眼图像区；

位于所述显示层与观看者之间的视差屏障，该视差屏障包括多个分离的视差屏障区，每个视差屏障区对应于所述多个相邻组右眼图像区和左眼图像区中的一组；以及

控制器，该控制器被配置成：

响应于所述右眼图像区中的像素与所述左眼图像区中的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，控制每个视差屏障区以对于所述观看者阻挡其对应的右眼图像区或左眼图像区；以及

响应于所述色差小于所述预定的阈值，控制每个视差屏障区以显示其对应的右眼图像区和左眼图像区两者给所述观看者。

11.根据权利要求10所述的自动立体电子显示器，其中，所述控制器被进一步配置成：

响应于所述右眼图像区与所述左眼图像区中的对应像素之间的所述色差小于所述预定的阈值，降低一组右眼图像区和左眼图像区的亮度。

12.根据权利要求10或11所述的自动立体电子显示器，其中，所述视差屏障包括液晶显示器(LCD)，并且其中，控制所述视差屏障包括：调节施加至所述视差屏障区中的适当的一个视差屏障区的电压以准许预期量的光穿过该视差屏障区。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的自动立体电子显示器，其中，所述控制器被进一步配置成：

比较所述多组右眼图像区和左眼图像区中的对应像素的色阶值以确定所述对应像素之间的色差；并且

将所述色差存储到差异图中。

14.一种主动快门眼镜，该主动快门眼镜与电子显示器同步以提供所述电子显示器的三维视图给观看者，所述主动快门眼镜包括：

右镜片和左镜片，通过该右镜片和该左镜片能够观看从所述电子显示器投射的图像；

分别与所述右镜片和所述左镜片相对应的右镜片视差屏障和左镜片视差屏障；以及

控制器，该控制器被配置成：

如果右镜片图像区与左镜片图像区中的对应像素之间的色差大于或等于预定的差阈值，则控制所述视差屏障以阻挡观看所述右镜片图像区或所述左镜片图像区；以及

如果所述对应像素之间的所述色差小于所述预定的阈值，则控制所述视差屏障以准许同时通过所述右镜片图像区和所述左镜片图像区观看所述投射的图像。

15.根据权利要求14所述的主动快门眼镜，所述主动快门眼镜进一步包括：

右相机镜头，其可操作以从所述右镜片的视角记录所述投射的图像；以及

左相机镜头，其可操作以从所述左镜片的视角记录所述投射的图像；

其中，所述控制器被进一步配置成通过比较由所述右相机镜头和所述左相机镜头记录的所述图像，来确定所述右镜片图像区与所述左镜片图像区中的对应像素之间的色差是否大于或等于所述预定的差阈值。

16.根据权利要求14或15所述的主动快门眼镜，其中，所述控制器被进一步配置成：

控制所述右镜片屏障和所述左镜片屏障以至少部分地阻挡观看未被用于观看从所述电子显示器投射的所述图像的右镜片图像区和左镜片图像区。

17.根据权利要求14至16中的任一项所述的主动快门眼镜，其中，所述控制器被进一步配置成：

无线地发送通知给所述电子显示器，以指示准许所述观看者同时通过所述右镜片和所述左镜片观看哪些右镜片图像区和对应的左镜片图像区。