CN104320648A - 二维与三维显示模式可切换的显示装置及方法 - Google Patents

二维与三维显示模式可切换的显示装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二维图像显示与三维显示之间的模式切换装置及方法,主要解决现有显示器显示模式单一的问题。其包括背光源(1)、内置液晶层(3)、外置液晶层(2)和透镜阵列(4)。当内置液晶层处于全通状态,由背光源、内置液晶层和透镜阵列组成新的背光源,通过外置液晶层调制光的强度,实现二维图像显示;通过内置液晶层、背光源和透镜阵列组成方向性背光源,用外置液晶层显示二维视差图像,实现多视点三维显示;当外置液晶层处于全通状态时,用内置液晶层显示单元图像阵列,实现集成成像三维显示。本发明能在二维图像显示、多视点三维显示与集成成像三维显示模式之间自由切换,可用于电视、电脑等显示。

Description

二维与三维显示模式可切换的显示装置及方法
技术领域
本发明属于图像显示技术领域,更具体的说是一种二维图像显示与三维图像显示之间的模式切换装置及方法,可用于电视、电脑及手持式显示。
背景技术
目前,二维显示器分辨率可以达到高清,但显示图像为平面图像,缺乏深度信息。多视点三维显示技术属于三维显示技术,可以显示多幅平面视差图像,双眼分别接受到对应的视差图像,通过大脑融合作用,可以产生三维效果。多视点显示技术原理简单,显示图像分辨率较高。使用方向性背光技术,通过时分复用技术,多视点显示图像分辨率和二维显示器相当,但是存在双眼辐辏和单眼焦点调节不一致的问题,长时间观看会导致视觉疲劳。集成成像三维显示技术是一种真三维显示方法,其使用透镜阵列来记录和再现三维场景。其中透镜阵列由单个透镜在水平方向和垂直方向并行排列而成。集成成像三维显示技术的三维显示效果逼真,真彩色,连续视差,无需佩戴眼镜,不存在人眼调焦-辐辏冲突问题,但其显示的三维图像分辨率较低。可见,现有三维显示技术还不能完全取代传统的二维显示技术。
二维与三维转换技术可以在一台显示器上实现多种显示模式的兼容,用户可以自由在多个显示模式之间自由切换。目前,二维与三维转换技术可以实现在二维图像显示模式和多视点三维显示模式之间自由切换。中国发明专利申请CN102749769A公开了一种基于双层液晶透镜的二维-三维可转换显示装置,通过控制施加在液晶透镜上的电压可以实现二维与多视点三维显示模式之间的转换。中国发明专利申请CN102540558A公开了一种基于蓝相液晶透镜的二维与多视点三维显示模式可转换显示装置。
在二维与三维转换技术中,如何同时兼容多种显示模式是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二维与三维显示模式可切换的显示装置及方法,以使用户根据观看需求,交互控制显示模式。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种二维图像显示与三维显示之间的模式切换装置,包括背光源、内置液晶层、透镜阵列,其特征在于:在透镜阵列外侧放置有外置液晶层;
当内置液晶层处于通光状态,背光源、内置液晶层和透镜阵列组成新的背光源,为外置液晶层提供背光,外置液晶层调制光的强度,实现二维图像显示模式;
内置液晶层、背光源和透镜阵列三者组成方向性背光源,为外置液晶层提供方向性背光,外置液晶层显示视差图像,实现多视点三维显示模式;
当外置液晶层处于通光状态时,使用内置液晶层显示单元图像阵列,背光源发出的光经内置液晶层调制,并经过透镜阵列偏折,实现集成成像三维显示模式。
作为优选,所述的内置液晶层位于透镜阵列的焦平面上。
一种利用上述装置进行二维图像显示与三维显示之间的模式切换方法其特征在于包括:
将二维图像显示模式切换为多视点三维显示模式;
将二维图像显示模式切换为集成成像三维显示模式;
将多视点三维显示模式切换为二维图像显示模式;
将多视点三维显示模式切换为集成成像三维显示模式;
将集成成像三维显示模式切换为二维图像显示模式;
将集成成像三维显示模式切换为多视点三维显示模式。
所述的将二维图像显示模式切换为多视点三维显示模式,包括以下步骤:
(1a)将内置液晶层分为与透镜阵列中单个透镜一一对应的子区域;
(1b)将每个子区域中相同位置像素设置为通光状态,使内置液晶层、背光源和透镜阵列三者组成方向性背光源;
(1c)将外置液晶层由显示二维图像切换为显示视差图像;
(1d)保持方向性背光源和视差图像的同步显示,通过分时复用方法,实现多视点三维显示模式。
所述的将二维图像显示模式切换为集成成像三维显示模式,包括以下步骤:
(2a)将外置液晶层由显示二维图像切换为通光状态;
(2b)将内置液晶层由通光状态切换为显示单元图像阵列,背光源发出光通过内置液晶层调制后,经过透镜阵列偏折,实现集成成像三维显示模式。
所述的将多视点三维显示模式切换为二维图像显示模式,包括以下步骤:
(3a)将内置液晶层设置为通光状态;
(3b)将外置液晶层由显示视差图像切换为显示二维图像,用背光源、内置液晶层和透镜阵列组成新的背光源,为外置液晶层提供背光,实现二维图像显示模式。
所述的将多视点三维显示模式切换为集成成像三维显示模式,包括以下步骤:
(4a)将外置液晶层由显示视差图像切换为通光状态;
(4b)用内置液晶层显示单元图像阵列,背光源发出光通过内置液晶层调制后,经过透镜阵列偏折,实现集成成像三维显示模式。
所述的将集成成像三维显示模式切换为二维图像显示模式,包括以下步骤:
(5a)将内置液晶层由显示单元图像阵列切换为全通状态;
(5b)将外置液晶层由通光状态切换为显示二维图像,背光源、内置液晶层和透镜阵列组成新的背光源,为外置液晶层提供背光,实现二维图像显示模式。
所述的将集成成像三维显示模式切换为多视点三维显示模式,包括以下步骤:
(6a)将内置液晶层分为与透镜阵列中单个透镜一一对应的子区域;
(6b)将每个子区域中相同位置像素设置为通光状态,使内置液晶层、背光源和透镜阵列三者组成方向性背光源;
(6c)将外置液晶层由通光状态切换为显示视差图像;
(6d)保持方向性背光源和视差图像的同步显示,通过分时复用方法,实现多视点三维显示模式。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1.本发明所述的方法可在二维图像显示模式、多视点三维显示模式和集成成像三维显示模式之间切换,能够满足观看者对不同观看模式的需求。
2.本发明所述的装置采用平板液晶调制光强,能够与现有显示器加工工艺兼容。
3.本发明所述的装置使用折射型透镜阵列作为分光器件,和液晶透镜阵列相比,降低了成本。
附图说明
图1为本发明的装置示意图;
图2为本发明二维图像显示与三维显示之间的模式切换示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图,对依据本发明提出的二维图像显示与三维显示之间的模式切换装置的结构、方法和特性进行详细描述。但附图仅是为本发明的描述提供参考与说明之用,并非是对本发明构成限制。该技术领域熟练人员,在不脱离本发明技术方案范围内做出一些非本质的改进和调整,均仍属于本发明技术方案的范围内。
参照图1,为本发明的装置由背光源1、外置液晶层2、内置液晶层3,以及透镜阵列4组成显示模式可切换显示器。计算机通过视频信号,控制外置液晶层2和内置液晶层3的显示状态。内置液晶层3紧贴背光源1放置,并位于透镜阵列4的焦平面上。透镜阵列4紧贴液晶层2放置,并位于透镜阵列右侧。外置液晶层2和内置液晶层3的分辨率R均为1280*1024。外置液晶层2和内置液晶层3的可视面积均为33.79cm*27.03cm。透镜阵列4中透镜个数为33*27,其中每个透镜单元尺寸为1.0032cm*1.0032cm,焦距为1cm。透镜阵列4中透镜排布方式为正交排布。每个单元图像分辨率为38*38。每个透镜单元覆盖38*38个像素。
当内置液晶层3处于全通状态,背光源1发出的光线经内置液晶层3和透镜阵列4后,仍然是无方向性的均匀光,通过背光源1、内置液晶层3和透镜阵列4组成新的背光源,为外置液晶层2提供背光,外置液晶层2调制光的强度,实现二维图像显示模式;
将内置液晶层3分为与透镜阵列中单个透镜一一对应的子区域,得到33*27个正交排布的子区域阵列。右视点视差图像显示模式:将每个子区域中左半部分像素设置为通光状态,右半部分像素设置为遮光状态,使内置液晶层3、背光源1和透镜阵列4三者组成右视点视差图像的方向性背光源,同时将外置液晶层2由显示二维图像切换为显示右视点视差图像。左视点视差图像显示模式:将每个子区域中右半部分像素设置为通光状态,左半部分像素设置为遮光状态,使内置液晶层3、背光源1和透镜阵列4三者组成左视点视差图像的方向性背光源,同时将外置液晶层由显示二维图像切换为显示左视点视差图像。保持方向性背光源和视差图像的同步显示,通过分时复用方法,实现多视点三维显示模式。
当外置液晶层2处于全通状态时,使用内置液晶层3显示单元图像阵列,背光源1发出的光经内置液晶层3调制,并经过透镜阵列4偏折,实现集成成像三维显示模式。
参照图2,为本发明二维图像显示与三维显示之间的模式切换方法,包括:
将二维显示模式切换为多视点三维显示模式;
将二维显示模式切换为集成成像三维显示模式;
将多视点三维显示模式切换为二维显示模式;
将多视点三维显示模式切换为集成成像三维显示模式;
将集成成像三维显示模式切换为二维显示模式;
将集成成像三维显示模式切换为多视点三维显示模式。
以下给出所述6种显示模式的转换实例。
实施例1:将二维图像显示模式切换为多视点三维显示模式。
步骤A.将内置液晶层3分为与透镜阵列4中单个透镜一一对应的子区域,得到33*27个正交排布的子区域阵列。
步骤B.将每个子区域中左半部分像素设置为通光状态,右半部分像素设置为遮光状态,使内置液晶层3、背光源1和透镜阵列4三者组成右视点视差图像的方向性背光源;将外置液晶层2由显示二维图像切换为显示右视点视差图像。
步骤C.将每个子区域中右半部分像素设置为通光状态,左半部分像素设置为遮光状态,使内置液晶层3、背光源1和透镜阵列4三者组成左视点视差图像的方向性背光源;将外置液晶层2由显示二维图像切换为显示左视点视差图像。
步骤D.使用时分复用方法,交替显示左右视点视差图像,观察者左右眼分别接收到对应的视差图像,通过双眼感觉性融合功能,将视差图像综合为一个完整物象,即可实现多视点三维显示。
实施例2:将二维图像显示模式切换为集成成像三维显示模式。
步骤E.计算机通过视频信号改变外置液晶层3中每个像素上的电压值,将外置液晶层2由显示二维图像切换为通光状态,使其对光无调制作用。
步骤F.将背光源1发出的光通过内置液晶层3调制为单元图像阵列,再经过透镜阵列4偏折,实现集成成像三维显示模式。
实施例3:将多视点三维显示模式切换为二维图像显示模式。
步骤G.计算机通过视频信号改变外置液晶层3中每个像素上的电压值,将内置液晶层3设置为通光状态,使其对光无调制作用;
步骤H.通过背光源1发出的光线经内置液晶层3和透镜阵列4后产生无方向性均匀光,为外置液晶层2提供背光,计算机通过视频信号改变加载在外置液晶层2中每个像素上的电压信号,将外置液晶层2由通光状态切换为显示二维图像,即可实现二维图像显示模式。
实施例4:将多视点三维显示模式切换为集成成像三维显示模式。
步骤I.计算机通过视频信号改变外置液晶层2中每个像素上的电压值,将外置液晶层2由显示视差图像切换为通光状态,使其对光无调制作用;
步骤J.背光源1发出的光通过内置液晶层3调制为单元图像阵列,再经过透镜阵列4偏折,实现集成成像三维显示模式。
实施例5:将集成成像三维显示模式切换为二维图像显示模式。
步骤L.计算机通过视频信号改变外置液晶层3中每个像素上的电压值,将内置液晶层3由显示单元图像阵列切换为全通状态,使其对光无调制作用;
步骤M.通过背光源1发出的光线经内置液晶层3和透镜阵列4后产生无方向性均匀光,为外置液晶层2提供背光,计算机通过视频信号改变加载在外置液晶层2中每个像素上的电压信号,将外置液晶层2由通光状态切换为显示二维图像,即可实现二维图像显示模式。
实施例6:将集成成像三维显示模式切换为多视点三维显示模式。
步骤N.将内置液晶层3分为与透镜阵列4中单个透镜一一对应的子区域,得到33*27个正交排布的子区域阵列;
步骤O.将每个子区域中左半部分像素设置为通光状态,右半部分像素设置为遮光状态,使内置液晶层3、背光源1和透镜阵列4三者组成右视点视差图像的方向性背光源;计算机通过视频信号改变外置液晶层2中每个像素的电压信号,将外置液晶层2由显示二维图像切换为显示右视点视差图像;
步骤P.将每个子区域中右半部分像素设置为通光状态,左半部分像素设置为遮光状态,使内置液晶层3、背光源1和透镜阵列4三者组成左视点视差图像的方向性背光源;计算机通过视频信号改变外置液晶层2中每个像素的电压信号,将外置液晶层2由显示二维图像切换为显示左视点视差图像;
步骤Q.使用时分复用方法,交替显示左右视点视差图像,观察者左右眼分别接收到对应的视差图像,通过双眼感觉性融合功能,将视差图像综合为一个完整物象,即可实现多视点三维显示。

Claims (9)

1.一种二维图像显示与三维显示之间的模式切换装置,包括背光源(1)、内置液晶层(3)、透镜阵列(4),其特征在于:在透镜阵列(4)外侧放置有外置液晶层(2);
当内置液晶层(3)处于全通状态,背光源(1)、内置液晶层(3)和透镜阵列(4)组成新的背光源,为外置液晶层(2)提供背光,外置液晶层(2)调制光的强度,实现二维图像显示模式;
内置液晶层(3)、背光源(1)和透镜阵列(4)三者组成方向性背光源,为外置液晶层(2)提供方向性背光,外置液晶层(2)显示视差图像,实现多视点三维显示模式;
当外置液晶层(2)处于全通状态时,使用内置液晶层(3)显示单元图像阵列,背光源(1)发出的光经内置液晶层(3)调制,并经过透镜阵列(4)偏折,实现集成成像三维显示模式。
2.根据权利要求1所述的二维图像显示与三维显示之间的模式切换装置,其特征在于,内置液晶层(3)位于透镜阵列(4)的焦平面上。
3.一种利用权利要求1的装置进行二维图像显示与三维显示之间的模式切换方法,其特征在于包括:
将二维图像显示模式切换为多视点三维显示模式;
将二维图像显示模式切换为集成成像三维显示模式;
将多视点三维显示模式切换为二维图像显示模式;
将多视点三维显示模式切换为集成成像三维显示模式;
将集成成像三维显示模式切换为二维图像显示模式;
将集成成像三维显示模式切换为多视点三维显示模式。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述的将二维图像显示模式切换为多视点三维显示模式,包括以下步骤:
(4a)将内置液晶层(3)分为与透镜阵列(4)中单个透镜一一对应的子区域;
(4b)将每个子区域中相同位置像素设置为通光状态,使内置液晶层(3)、背光源(1)和透镜阵列(4)三者组成方向性背光源;
(4c)将外置液晶层(2)由显示二维图像切换为显示视差图像;
(4d)保持方向性背光源和视差图像的同步显示,通过分时复用方法,实现多视点三维显示模式。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述的将二维图像显示模式切换为集成成像三维显示模式,包括以下步骤:
(5a)将外置液晶层(2)由显示二维图像切换为通光状态;
(5b)将内置液晶层(3)由通光状态切换为显示单元图像阵列,背光源(1)发出光通过内置液晶层(3)调制后,经过透镜阵列(4)偏折,实现集成成像三维显示模式。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述的将多视点三维显示模式切换为二维图像显示模式,包括以下步骤:
(6a)将内置液晶层(3)设置为通光状态;
(6b)将外置液晶层(2)由显示视差图像切换为显示二维图像,用背光源(1)、内置液晶层(3)和透镜阵列(4)组成新的背光源,为外置液晶层(2)提供背光,实现二维图像显示模式。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述的将多视点三维显示模式切换为集成成像三维显示模式,包括以下步骤:
(7a)将外置液晶层(2)由显示视差图像切换为通光状态;
(7b)用内置液晶层(3)显示单元图像阵列,背光源(1)发出光通过内置液晶层(3)调制后,经过透镜阵列(4)偏折,实现集成成像三维显示模式。
8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述的将集成成像三维显示模式切换为二维图像显示模式,包括以下步骤:
(8a)将内置液晶层(3)由显示单元图像阵列切换为全通状态;
(8b)将外置液晶层(2)由通光状态切换为显示二维图像,背光源(1)、内置液晶层(3)和透镜阵列(4)组成新的背光源,为外置液晶层(2)提供背光,实现二维图像显示模式。
9.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述的将集成成像三维显示模式切换为多视点三维显示模式,包括以下步骤:
(9a)将内置液晶层(3)分为与透镜阵列(4)中单个透镜一一对应的子区域;
(9b)将每个子区域中相同位置像素设置为通光状态,使内置液晶层(3)、背光源(1)和透镜阵列(4)三者组成方向性背光源;
(9c)将外置液晶层(2)由通光状态切换为显示视差图像;
(9d)保持方向性背光源和视差图像的同步显示,通过分时复用方法,实现多视点三维显示模式。
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Granted publication date: 20160817

Termination date: 20211024

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