CN104702940A - 一种无逆视的多视点裸眼立体显示系统及其控制方法 - Google Patents

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周建英
梁浩文
王嘉辉
苏剑邦
周延桂
范杭
梁伟棠
林岱昆
彼得·克莱伯斯
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Abstract

本发明涉及立体显示技术领域，更具体地，涉及一种无逆视的多视点裸眼立体显示系统及其控制方法。包括依次与外壳连接的特殊排布背光源、显示屏和光学膜层，还包括摄像头和综合处理器，所述摄像头、综合处理器、特殊排布背光源依次电连接；所述特殊排布背光源包括立体发光单元对模块和补偿光源模块，所述立体发光单元对模块发出的光通过显示屏和光学膜层形成若干双目视区、暗区域和逆视区，所述综合处理器根据摄像头检测到的人脸/人眼位置控制立体发光单元对模块和补偿光源模块调整发光状态补偿暗区域或逆视区。本发明能实现多观众在合适的位置可观看到裸眼立体图像，而在原本的逆视区内可观看到正确立体图像或者平面图像，从而实现无逆视的裸眼立体显示。

Description

一种无逆视的多视点裸眼立体显示系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，更具体地，涉及一种无逆视的多视点裸眼立体显示系统及其控制方法。
背景技术
立体显示技术已成显示产业中的重要一环。显示界一致公认未来立体显示技术必然会向裸眼立体显示的方向发展。
裸眼立体显示技术克服了对辅助器件的依赖，能让观看者在无需佩戴任何辅助装置的情况下裸眼观看到立体图像。
多视点裸眼立体显示是普及裸眼立体显示的重要技术。为实现多视点裸眼立体显示，各个公司和研究单位都分别提出了各自的解决方案，归结起来主要有两种：一种是牺牲屏幕分辨率，另一种是提高显高屏幕的刷新率。
常规的视障光栅技术和柱透镜阵列技术属于第一种方法。这两种技术可以很容易实现多视点显示，但会严重牺牲显示屏幕的分辨率，例如N视点的视障光栅显示屏或柱透镜系显示屏，其立体显示的分辨率仅为原始屏幕分辨率的1/N；而且首尾视区间存在逆视问题，严重影响观赏质量。
液晶光栅、液晶透镜和指向式光源灯技术属于第二种方法。对于N视点裸眼立体显示，应用这些技术的屏幕刷新率将是N*60Hz。这些技术实现的裸眼立体显示分辨率不会下降，但可用于立体显示的液晶屏幕刷新率一般在120Hz到240Hz之间，制备更高刷新率的屏幕相当困难，难以实现真正意义的多人观看；而且首尾视区存在的逆视问题仍不能解决。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种无逆视的多视点裸眼立体显示系统，该显示系统通过特殊排布背光源、液晶显示屏、综合处理器和摄像头，能实现多观众在合适的位置可观看到裸眼立体图像，而在原本的逆视区内可观看到正确的或者平面图像，从而实现无逆视的裸眼立体显示。另外，应用此技术实现无分辨率损失的裸眼立体显示，其显示屏幕刷新率最低只需要120Hz，技术易于实现。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种无逆视的多视点裸眼立体显示系统，包括依次与外壳连接的特殊排布背光源、显示屏和光学膜层，还包括摄像头和综合处理器，所述摄像头、综合处理器、特殊排布背光源依次电连接；
所述特殊排布背光源包括立体发光单元对模块和补偿光源模块，所述立体发光单元对模块发出的光通过显示屏和光学膜层形成若干双目视区、暗区域和逆视区，所述综合处理器根据摄像头检测到的人脸/人眼位置控制立体发光单元对模块和补偿光源模块调整发光状态补偿暗区域。
立体发光单元对模块发出的光通过光学膜层形成若干双目视区，观看者人脸/人眼在该若干双目视区内时，可看到正确的立体图像，当某个或多个观众的人脸/人眼没有同时处于该若干双目视区内时，摄像头内的人脸/人眼识别程序检测到观众人脸/人眼所在位置，此时产生位置控制信号并通过综合处理器控制补偿光源模块调整发光状态补偿暗区域，使此时的观众可以看到正确的立体图像或平面图像。
位置控制信号发送至综合处理器后，综合处理器处理后根据该位置控制信号的划分区域将位置控制信号转化为对应的立体发光单元对模块控制信号和补偿光源模块控制信号，以上两种信号会发送至特殊排布背光源，用于确定立体发光单元与补偿光源模块的亮灭情况。
观众人脸/人眼没有同时处于双目视区时存在以下两种情况：
当某个或多个观看者的人脸/人眼处于逆视区，即某观众的左眼落在右眼视区内或右眼落在左眼视区内，此时摄像头会识别出该观众的位置，综合处理器会调节与该视区相邻的补偿光源模块的亮灭时序使之与该视区的亮灭时序一致，使原来逆视的立体视区亮灭时序翻转，使观看者看到正确的立体图像；
当某个或多个观看者的人脸/人眼均在暗区域时，即看不到图像的区域，此时摄像头会识别出该观众的位置，并控制特殊排布背光源上的补偿光源模块的亮灭，使观看者在该区域内能看到平面图像。
进一步地，所述立体发光单元对模块与补偿光源模块均由多个紧密排列的发光小单元组成，所述发光小单元可以为LED、OLED、LCD、CCFL、PDP或FEP等发光器件。对于由LCD、OLED、PDP（不限于以上器件）构成的发光器件，单个发光小单元可由器件上若干个发光像素组成。
进一步地，所述发光小单元包括第一发光小单元和第二发光小单元，所述立体发光单元对模块由若干成对的第一发光小单元组成，所述补偿光源模块由若干第二发光小单元组成，所述成对的第一发光小单元与第二发光小单元间隔排布。对于可供P个观众同时观赏的情况，存在X个发光小单元，其中有2P个发光小单元组成立体发光单元对模块，剩余的X-2P个发光小单元组成补偿光源模块。
进一步地，所述特殊排布背光源为平面光源或空间排布式光源。
进一步地，所述显示屏为LCD或OLED显示屏。OLED器件为全固态机构，无真空、液体物质，抗震性好，可以适应巨大的加速度、振动等恶劣环境，且OLED能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。而LCD寿命相对较长，可达10000小时。该显示系统所显示的立体图像分辨率与显示屏幕原有物理分辨率一致。例如显示屏幕原有物理分辨率为全高清或超高清，所实现的立体显示分辨率也为全高清或超高清。
进一步地，所述显示屏的刷新频率为120Hz或120Hz以上。无论视点数是多少，所述显示屏幕刷新率最低皆可为120Hz。
进一步地，所述光学膜层包括透镜阵列、柱透镜阵列或二元光学透镜阵列。所述光学膜层可为N列透镜列，也可为N列*M行透镜阵列。每个透镜后对应X个发光小单元。即特殊排布背光源共由X*N或X*N*M个发光小单元组成。
其进一步地，所述摄像头为单个或多个的组合。多个摄像头的组合可准确的检测到多个观众的人脸/人眼所在位置，从而准备发出控制信号控制特殊排列背光源的亮灭状态。
一种无逆视的多视点裸眼立体显示系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：摄像头内设有人脸/人眼识别模块，所述人脸/人眼识别模块根据特殊排布光源发出光所形成的若干双目视区、暗区域和逆视区进行相同的区域划分，摄像头根据人脸/人眼所处的区域进行识别，并产生位置控制信号；
S2：所述人脸/人眼识别模块将产生的位置控制信号发送至综合处理器，经综合处理器处理后会将对应划分区域的位置控制信号转化为对应的立体发光单元控制信号和补偿光源控制信号，并将立体发光单元控制信号和补偿光源控制信号发送至特殊排布光源，用于确定立体发光单元和补偿光源的亮灭情况；
S3：确定立体发光单元和补偿光源的亮灭情况后，综合处理器接收图像源发出的同步信号，用以使立体发光单元按照与屏幕显示行为一致的方式动态发光，所述同步信号为场同步信号VSYN和行同步信号HSYN；同时，综合处理器按时序控制立体发光单元和补偿光源的亮灭。
进一步地，步骤S3中：所述时序按照同步信号确定，综合处理器向立体发光单元和补偿光源发送发光亮灭信号，使得由特殊排布背光源跟随屏幕的刷新方向瞬态亮灭，所述透镜阵列为N*M阵列，特定时序将划分出N行；一帧图像的时间长度T f ，背光阵列刷新的等待时间为T w ，发光单元打开时长为t，τ为行间时间延迟，特定时序满足以下的时间关系：
。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种无逆视的多视点裸眼立体显示系统，摄像头可根据观看者的位置控制背光源，使多个观看者在双目视区内观看到裸眼立体图像，在逆视产生地方和暗区域内看到正确的立体图像或平面图像。无论视点数是多少，所述显示屏幕刷新率最低皆可为120Hz。且显示的立体图像分辨率与显示屏幕原有物理分辨率一致。
附图说明
图1为本发明可供多人观看的整体结构示意图；
图2为特殊排布背光源排列方式示意图；
图3为特殊排布背光源阵列驱动时序图。
具体实施方式
如图1所示本发明包括依次与外壳连接的特殊排布背光源1、显示屏2和光学膜层，还包括摄像头3和综合处理器4，所示摄像头3、综合处理器4、特殊排布背光源1依次电连接。所述显示屏2为LCD屏幕，且显示屏的刷新率为12Hz。
所述特殊排布背光源包括立体发光单元对模块11和补偿光源模块12，所述立体发光单元对模块和补偿光源模块均由多个紧密排列的发光小单元组成，所述发光小单元为OLED。所述立体发光单元对模块发出的光通过光学膜层形成一系列双目视区、暗区域和逆视区。
所述光学膜层的透镜阵列为3*M阵列。每个透镜后对应X个发光小单元。即特殊排布背光源共由3X*M个发光小单元组成。
如图2所示，对于可供P个观众同时观赏的情况，3X*M个发光小单元中，有2P个发光小单元组成立体发光单元对模块，剩余的3X*M-2P个发光小单元组成补偿光源模块。
所述摄像头3包括人脸/人眼识别程序，所述人脸/人眼识别程序按照立体发光单元对模块11与补偿光源模块12产生视区的位置：若干双目视区5、双目视区间的暗区域6和由双目视区和暗区域共同组成的逆视区。摄像头可识别出人脸/人眼落在哪个划分区域，并将识别结果返回程序，产生控制对应划分区域的位置控制信号；
人脸/人眼识别程序产生的位置控制信号发送到综合处理器4，经处理后综合处理器4会将对应划分区域的位置控制信号转化为对应立体发光单元对模块11和补偿光源模块12的控制信号。以上两种信号会发送至特殊排布背光源，用于确定立体发光单元对模块11和补偿光源模块12的亮灭情况。
确定立体发光单元对模块11和补偿光源模块12的亮灭情况后，综合处理器4接收图像源发出的同步信号，该场同步信号为VSYN和行同步信号HSYN，或其他同步信号，用以使立体发光单元对模块按照与屏幕显示行为一致的方式动态发光；同时，根据摄像头检测到的人脸/人眼所在位置调整补偿光源模块，实现无逆视的多视点裸眼立体显示。综合处理器4按照时序控制立体发光单元对模块11和补偿光源模块12的亮灭，具体为向立体发光单元对模块和补偿光源模块发送发光亮灭信号，使得由特殊排布背光源跟随屏幕的刷新方向（自上而下且不只限于自上而下这一方向）瞬态亮灭。
所述特定时序按照同步信号确定，与液晶显示屏刷新的方式有关，透镜阵列为3*M阵列，特定时序将划分出3行；图3为3*M透镜阵列对应连续排布背光阵列的特定时序例子。图中T f 为一帧图像的时间长度，T w 为背光阵列刷新的等待时间（与具体显示屏像质参数有关），t为发光单元打开时长，τ为行间时间延迟。特定时序满足以下的时间关系：
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种无逆视的多视点裸眼立体显示系统，其特征在于，包括依次与外壳连接的特殊排布背光源、显示屏和光学膜层，还包括摄像头和综合处理器，所述摄像头、综合处理器、特殊排布背光源依次电连接；
所述特殊排布背光源包括立体发光单元对模块和补偿光源模块，所述立体发光单元对模块发出的光通过显示屏和光学膜层形成若干双目视区、暗区域和逆视区，所述综合处理器根据摄像头检测到的人脸/人眼位置控制立体发光单元对模块和补偿光源模块调整发光状态补偿暗区域或逆视区。
2. 根据权利要求1所述的无逆视的多视点裸眼立体显示系统，其特征在于，所述立体发光单元对模块与补偿光源模块均由多个发光小单元组成，所述发光小单元为LED、OLED、LCD、CCFL、PDP或FEP发光器件。
3. 根据权利要求2所述的无逆视的多视点裸眼立体显示系统，其特征在于，所述发光小单元包括第一发光小单元和第二发光小单元，所述立体发光单元对模块由若干成对的第一发光小单元组成，所述补偿光源模块由若干第二发光小单元组成，所述成对的第一发光小单元与第二发光小单元间隔排布。
4. 根据权利要求3所述的无逆视的多视点裸眼立体显示系统，其特征在于，所述特殊排布背光源为平面光源或空间排布式光源。
5. 根据权利要求1所述的无逆视的多视点裸眼立体显示系统，其特征在于，所述显示屏为LCD或OLED显示屏。
6. 根据权利要求5所述的无逆视的多视点裸眼立体显示系统，其特征在于，所述显示屏的刷新频率为120Hz或120Hz以上。
7. 根据权利要求1所述的无逆视的多视点裸眼立体显示系统，其特征在于，所述光学膜层包括透镜阵列、柱透镜阵列或二元光学透镜阵列。
8. 根据权利要求1至7任一项所述的无逆视的多视点裸眼立体显示系统，其特征在于，所述摄像头为单个或多个的组合。
9. 根据权利要求8所述的无逆视的多视点裸眼立体显示系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：摄像头内设有人脸/人眼识别模块，所述人脸/人眼识别模块根据特殊排布光源发出光所形成的若干双目视区、暗区域和逆视区进行相同的区域划分，摄像头根据人脸/人眼所处的区域进行识别，并产生位置控制信号；
S2：所述人脸/人眼识别模块将产生的位置控制信号发送至综合处理器，经综合处理器处理后会将对应划分区域的位置控制信号转化为对应的立体发光单元控制信号和补偿光源控制信号，并将立体发光单元控制信号和补偿光源控制信号发送至特殊排布光源，用于确定立体发光单元和补偿光源的亮灭情况；
S3：确定立体发光单元和补偿光源的亮灭情况后，综合处理器接收图像源发出的同步信号，用以使立体发光单元按照与屏幕显示行为一致的方式动态发光，所述同步信号为场同步信号VSYN和行同步信号HSYN；同时，综合处理器按时序控制立体发光单元和补偿光源的亮灭。
10. 根据权利要求9所述的无逆视的多视点裸眼立体显示系统控制方法，其特征在于，步骤S3中：
所述时序按照同步信号确定，与液晶显示屏刷新的方式有关，透镜阵列为N*M阵列，特定时序将划分出N行；一帧图像的时间长度T f ，背光阵列刷新的等待时间为T w ，发光单元打开时长为t，τ为行间时间延迟，特定时序满足以下的时间关系：
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