CN106534837B - 一种广色域的防偷窥3d成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种广色域的防偷窥3D成像方法，多色显示设备同时用不同的颜色同时显示左右眼画面，左眼画面用其特定的波长给出远处物体的平面显示和近处物体的平面显示，右眼画面用其特定的波长给出远处物体的平面显示和近处物体的平面显示；3D显示眼镜的左眼镜片滤除右眼画面的显示光波，右眼镜片滤除左眼画面的显示光波；通过配色，物体的形状和颜色都得到还原，可构建出远处物体的像和近处物体的像。本发明一种广色域的防偷窥3D成像方法，在成像过程中采用混色的步骤，除了左右眼画面的空间混合外，对于任意一个显示区域，左右眼画面叠加后，物体的轮廓或者颜色可能发生改变，使裸眼看到的画面更加复杂，从事实现防偷窥的功能。
Description
技术领域
本发明涉及3D显示技术领域，具体是指一种广色域的防偷窥3D成像方法。
背景技术
目前显示技术由传统的CRT发展到等离子显示、液晶显示、OLED显示、激光投影显示等，随技术的革新，多色显示设备的尺寸得到了增加，诸如色域、亮度、能耗等性能参数也得到了较大提升，尤其近年来发展迅速的激光投影显示，其利用三色激光光源，显示色域达到了普通液晶显示色域的约1.9倍，尽管色域得到了大幅度提升，但和人眼色能够看到颜色范围来说还有很大不足，有待进一步发展。
部分市售显示产品除了显示2D图像画面外，还可以显示3D图像，目前主流的技术阵营有Film Patterned Retarder(FPR)和Active Shutter Glasses(ASG)两种。FPR利用空间混合技术，多色显示设备将左右眼的画面隔行同时显示，通过专业的膜片将左右眼画面的光束分别转化为左旋光和右旋光，3D显示眼镜将左旋光和右旋光再转化为不同方向的线偏光，通过偏振片滤除另外一只眼睛的画面以实现3D显示，这种3D显示技术对多色显示设备的帧频要求低，但3D画面的空间分辨率降低了一半。ASG利用时间混合技术，多色显示设备快速交替显示左右眼画面，3D显示眼镜具有与多色显示设备对应的光开关，当显示左眼画面是时左眼开右眼关，当显示右眼画面时右眼开左眼关，以此实现3D显示，这种3D显示技术的空间分辨率未损失，但对多色显示设备的帧频需提高一倍，另外还伴随有闪烁问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种广色域的防偷窥3D成像方法，解决目前的两种3D显示技术存在的空间分辨率低、帧频较高、图像容易被偷窥的问题，达到相同的帧频条件下3D显示的同时空间分辨率提高的目的。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种广色域的防偷窥3D成像方法，多色显示设备同时用不同的颜色同时显示左右眼画面，左眼画面用其特定的波长给出远处物体的平面显示和近处物体的平面显示，右眼画面用其特定的波长给出远处物体的平面显示和近处物体的平面显示；3D显示眼镜的左眼镜片滤除右眼画面的显示光波，右眼镜片滤除左眼画面的显示光波；通过一种配色方案，使物体的形状和颜色都得到还原，可构建出远处物体的像和近处物体的像，所述配色方案包括以下步骤：
当2D显示时，采用6种颜色显示，每个整体像元的实际颜色坐标(x，y)可表示为：
其中Xi、Yi、Zi分别为每个像元的颜色坐标值：
每个子像元的Xi、Yi、Zi坐标的比例关系是确定的，在给出通过2D显示眼镜要看到的物体颜色(x，y)及亮度Y后，上述关系式中仅3个未知数，就可反解出每个子像元的亮度档Yi；
当3D显示时，采用6种颜色显示，左右眼采用不同的基色合成，3D显示眼镜对6个波长的光的吸收系数为kL,i和kR,i(i＝1-3)，通过左右眼最终看到的物体颜色(x，y)具有如下关系：
每个子像元的Xi、Yi、Zi坐标的比例关系是确定的，在给出通过3D显示眼镜要看到的物体颜色(x，y)及亮度Y后，上述关系式中仅6个未知数，就可反解出每个子像元的亮度档YL,i与YR,i。
所述的多色显示设备其具有至少6种单元颜色：当多色显示设备(101)是有实物像元的多色显示设备时，一个像元提供6个显示子像元，像元以一定的规则排列，每个子像元光束的中心波长存在差异，且谱段不存在交叠；当多色显示设备是无实物像元的多色显示设备时，每个像元提供6种颜色的光在空间同一位置进行颜色合成，每个子像元光束的中心波长存在差异，且谱段不存在交叠。
所述3D显示眼镜：包括左眼镜片、右眼镜片，其中左眼镜片和右眼镜片均包括高通滤光片、低通滤光片，还包括N个相位延迟片、以及N+1个偏振片，N为自然数，偏振片与相位延迟片交错叠加，还包括为高通滤光片、低通滤光片、偏振片、相位延迟片提供驱动电压的驱动电路。本发明的3D显示眼镜通过N+1个偏振片和N个相位延迟片交错叠加的方式，相邻两个偏振片与其间的相位延迟片组成一个Lyot型滤光片，Lyot型滤光片的透过率公式可表达为：
在相位延迟片光程差(Δnd)的设计上保证在可见光范围内有3个或3个以上间距较大的透过率强峰，左右眼透过率强峰的位置刚好错开，如此，就可以提高2D显示的色域，同时分别显示左右眼画面，实现3D显示的功能，相对于现有技术中Film PatternedRetarder技术而言，其帧频不变，大大提高了空间分辨率，同时双眼同时成像，不需要多色显示设备快速交替显示左右眼画面，解决了Active Shutter Glasses技术中存在的高帧频、闪烁问题。
所述的3D显示眼镜中，左眼镜片与右眼镜片的透过波长彼此交替错开，且与多色显示设备子像元的谱段一一对应，镜片的单一透过谱段宽度不大于与其对应的子像元谱段。
目前的FPR和ASG技术在分别显示左右眼画面时，虽然左右眼画面空间上有混合，但同一物体的颜色是一样的，当通过裸眼观看3D画面时，相同的颜色可以辅助大脑的判断，往往还可以勾勒出大概的物体轮廓；本发明方法在成像过程中，采用配色的步骤，除了左右眼画面的空间混合外，对于任意一个显示区域，左右眼画面叠加后，物体的轮廓或者颜色可能发生改变，使裸眼看到的画面更加复杂，从而实现防偷窥的功能。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种广色域的防偷窥3D成像方法，通过提供6个或更多个单元颜色提高2D显示的色域；在3D显示时，采用合适的配色编码方案，利用不同的颜色光的组合分别显示左右眼画面，通过专业匹配的眼镜可观看到3D效果，通过在相位延迟片光程差Δnd的设计上保证在可见光范围内有3个或3个以上间距较大的透过率强峰，左右眼透过率强峰的位置刚好错开，如此，就可以提高2D显示的色域，同时分别显示左右眼画面，实现3D显示的功能，相对于现有技术中Film Patterned Retarder技术而言，其帧频不变，大大提高了空间分辨率，同时双眼同时成像，不需要多色显示设备快速交替显示左右眼画面，解决了ActiveShutter Glasses技术中存在的高帧频、闪烁问题；
2、本发明一种广色域的防偷窥3D成像方法，在成像过程中采用配色的步骤，除了左右眼画面的空间混合外，对于任意一个显示区域，左右眼画面叠加后，物体的轮廓或者颜色可能发生改变，使裸眼看到的画面更加复杂，从事实现防偷窥的功能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的成像原理框图；
图2为本发明中3D显示眼镜的结构示意图；
图3为本发明实施例一中实物像元示意图；
图4为本发明实施例一种光混合像元示意图；
图5为本发明实施例一中的光谱调节原理图；
图6为本发明实施例一中滤光片的透过率曲线；
图7为本发明实施例一中滤光片为四层叠加后的透过率曲线；
图8为本发明实施例在2D显示时的颜色合成效果图；
图9为本发明实施例在3D显示时的颜色合成效果图；
图10为本发明实施例中防偷窥的原理图。
附图中标记及相应的零部件名称：
101-多色显示设备，102-右眼显示的近物图像，103-左眼显示的远物图像，104-右眼显示的远物图像，105-左眼显示的近物图像，201-3D显示眼镜，301-使用者双眼，401-构建出的远物图像，402-构建出的近物图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明一种广色域的3D显示眼镜成像系统，包括多色显示设备101：用于输出图像画面，其具有至少6种单元颜色，在3D显示时，将不同的颜色光的组合分别显示左右眼画面，实现3D显示；本实施例中的显示器件采用6种单元颜色的多色显示设备，对有实物像元的多色显示设备，一个像元提供6个显示子像元，像元以一定的规则排列，像元结构如图3所示，BL501、GL502和RL503分别为对应左眼图像的蓝、绿、红子像元，BR504、GR505和RR506分别为对应右眼图像的蓝、绿、红子像元，每个子像元光束的中心波长存在差异，且谱段不存在交叠，中心波长的选择匹配3D显示眼镜的要求，如图5所示,其中BL801、BR802、GL803、GR804、RL805和RR806分别为显示设备的左眼图像蓝光、右眼图像蓝光、左眼图像绿光、右眼图像绿光、左眼图像红光及右眼图像红光的谱段，901、902与903为左眼镜片202的三个透过谱段，904、905与906为右眼镜片203的三个透过谱段，镜片的单一透过谱段宽度与其对应的相邻子像元的谱段不产生交叠；对采用空间光混合而无实物像元的多色显示设备，每个像元提供6种颜色的光在空间同一位置进行颜色合成，如图4所示，BL601、BR602、GL603、GR604、RL605和RR606分别为左眼图像蓝光、右眼图像蓝光、左眼图像绿光、右眼图像绿光、左眼图像红光、右眼图像红光，每个子像元光束的中心波长存在差异，且谱段不存在交叠，光束的波长选择要求见图5所示；3D显示眼镜如图2所示：包括左眼镜片202、右眼镜片203，其中左眼镜片202和右眼镜片203均包括高通滤光片、低通滤光片，还包括N个相位延迟片、以及N+1个偏振片，N为自然数，偏振片与相位延迟片交错叠加，还包括为高通滤光片、低通滤光片、偏振片、相位延迟片提供驱动电压的驱动电路；本实施例的3D显示眼镜以6种颜色为例，其波宽度如图5所示；上下相邻两个偏振片和相位延迟片组成一个Lyot型滤光片，Lyot型滤光片的透过率公式可表达为：
在相位延迟片/液晶盒光程差Δnd的设计上保证在可见光范围内有3个或3个以上间距较大的透过率强峰，左右眼透过率强峰的位置刚好错开。以一层相位延迟片组成的滤光片为例可以设计左右眼滤光片的光程差分别为2525nm、2725nm，呈现如图6的透过率曲线，左眼滤光片透过率峰值的波长分别为421nm、505nm、631nm，右眼滤光片透过率峰值波长分别为389nm、454nm、545nm、681nm。图6的曲线是未考虑材料吸收的模拟结果，实际透过率还需乘以各波长的材料吸收系数；一层相位延迟片组成的滤光片透过率的峰宽较大，可以设计多层具有相同光程差的相位延迟片叠加减小峰宽，图7是4层叠加的结果，峰值波长未改变，峰宽明显减小，但随之带来的是材料吸收增加，实际透过率将减小。
以显示设备6色为例，此时对应左眼的3个子像元波长可分别选择421nm、505nm、631nm的单色光或分别包含这三个波长的窄带光，对应右眼的3个子像元波长可选择454nm、545nm、681nm的单色光或分别包含这三个波长的窄带光，窄带光的带宽选择保证3D眼镜左右眼不能看到的同一子像元的光。参考图6或7，此时右眼镜片203可以添加一层高通滤光片，将389nm的光滤除，以减少环境光的影响，增加人眼看到图像的对比度。此时显示设备若采用各自的3种颜色同时显示用左右眼画面，通过该3D眼镜将能保证左右眼只看到各自对应的画面。采用固定相位延迟片的3D眼镜只能对应与其波长匹配的显示设备，采用液晶盒的3D眼镜可通过电压大小调节光程差，具备一定的波长调节功能，可搭配不同的显示设备。
多色显示设备同时用不同的颜色同时显示左右眼画面，左眼画面用其特定的波长给出远处物体的平面显示和近处物体的平面显示，右眼画面用其特定的波长给出远处物体的平面显示和近处物体的平面显示；3D显示眼镜的左眼镜片202滤除右眼画面的显示光波，右眼镜片203滤除左眼画面的显示光波；通过一种配色方案，物体的形状和颜色都得到还原，可构建出远处物体的像和近处物体的像；所述配色方案包括以下步骤：
当2D显示时，采用6种颜色显示，每个整体像元的实际颜色坐标(x，y)可表示为：
其中Xi、Yi、Zi分别为每个像元的颜色坐标值；
每个子像元的Xi、Yi、Zi坐标的比例关系是确定的，在给出通过2D显示眼镜要看到的物体颜色(x，y)及亮度Y后，上述关系式中仅3个未知数，就可反解出每个子像元的亮度档Yi；
当3D显示时，采用6种颜色显示，左右眼采用不同的基色合成，3D显示眼镜对6个波长的光的吸收系数为kL,i和kR,i(i＝1-3)，通过左右眼最终看到的物体颜色(x，y)具有如下关系：
每个子像元的Xi、Yi、Zi坐标的比例关系是确定的，在给出通过3D显示眼镜要看到的物体颜色(x，y)及亮度Y后，上述关系式中仅6个未知数，就可反解出每个子像元的亮度档YL,i与YR,i。
本实施例中，采用6种颜色显示为例在CIE1931色坐标系下介绍配色方案，2D显示时，由于采用6种颜色显示，六边形组成的可显示色域明显大于任意3种颜色建立的三角形色域，可有效提高色彩的显示能力。每个整体像元的实际颜色坐标(x，y)可表示为：
其中Xi、Yi、Zi分别为每个像元的颜色坐标值，如图8所示。
3D显示时左右眼采用不同的基色合成，但同一物体的显示颜色和亮度又需保持一致，因此其配色方法需要考虑更多。以左眼镜片202滤波421nm、505nm、631nm，右眼镜片203滤波454nm、545nm、681nm为例，按照混色原理通过3D眼镜左右眼可看到的颜色范围分别为图中两个大三角形，两个三角形的重叠部分是可以同时看到的颜色，显示设备分别给出的左右眼图像颜色编码方案也只能选用该范围的颜色，从图中可以看到波长选择越接近，3D显示的重叠区域颜色更多，但2D的色域范围可能减小，实际应用时需要综合考虑。假定3D眼镜对6个波长的光的吸收系数为kL,i和kR,i(i＝1-3)，通过左右眼最终看到的物体颜色(x，y)具有如下关系：
每个子像元的Xi、Yi、Zi坐标的比例关系是确定的，在给出通过3D眼镜要看到的物体颜色(x，y)及亮度Y后，上述关系式中仅6个未知数，就可反解出每个子像元的亮度档YL,i与YR,i，如图9所示。
FPR和ASG技术在分别显示左右眼画面时，虽然左右眼画面空间上有混合，但同一物体的颜色是一样的，当通过裸眼观看3D画面时，相同的颜色可以辅助大脑的判断，往往还可以勾勒出大概的物体轮廓。采用本发明的3D显示技术时，除了左右眼画面的空间混合外，又加入了颜色混合，对于任意一个显示区域，左右眼画面叠加后，物体的轮廓或者颜色可能发生改变如图10所示，使裸眼看到的画面更加复杂，从事实现防偷窥的功能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种广色域的防偷窥3D成像方法，其特征在于：多色显示设备(101)同时用不同的颜色同时显示左右眼画面，左眼画面用其特定的波长给出远处物体的平面显示(103)和近处物体的平面显示(105)，右眼画面用其特定的波长给出远处物体的平面显示(104)和近处物体的平面显示(102)；3D显示眼镜(201)的左眼镜片滤除右眼画面的显示光波，右眼镜片滤除左眼画面的显示光波；通过一种配色方案，使物体的形状和颜色都得到还原，可构建出远处物体的像(401)和近处物体的像(402)，所述配色方案包括以下步骤：
当3D显示时，采用6种颜色显示，左右眼采用不同的基色合成，3D显示眼镜对6个波长的光的吸收系数为kL,i和kR,i(i＝1-3)，通过左右眼最终看到的物体颜色(x，y)具有如下关系：
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其中XL,i、YL,i、ZL,i分别为左眼镜每个像元的颜色坐标值，XR,i、YR,i、ZR,i分别为右眼镜每个像元的颜色坐标值；
左眼镜每个像元的颜色坐标值XL,i、YL,i、ZL,i的比例关系是确定的，右眼镜每个像元的颜色坐标值XR,i、YR,i、ZR,i的比例关系是确定的，在给出通过3D显示眼镜要看到的物体颜色(x，y)及亮度Y后，上述关系式中仅6个未知数，就可反解出每个子像元的亮度档YL,i与YR,i。
2.根据权利要求1所述一种广色域的防偷窥3D成像方法，其特征在于：所述的多色显示设备(101)其具有至少6种单元颜色：当多色显示设备(101)是有实物像元的多色显示设备时，一个像元提供6个显示子像元，像元以一定的规则排列，每个子像元光束的中心波长存在差异，且谱段不存在交叠；当多色显示设备(101)是无实物像元的多色显示设备时，每个像元提供6种颜色的光在空间同一位置进行颜色合成，每个子像元光束的中心波长存在差异，且谱段不存在交叠。
3.根据权利要求1所述一种广色域的防偷窥3D成像方法，其特征在于：所述3D显示眼镜：包括左眼镜片(202)、右眼镜片(203)，其中左眼镜片(202)和右眼镜片(203)均包括高通滤光片、低通滤光片，还包括N个相位延迟片、以及N+1个偏振片，N为自然数，偏振片与相位延迟片交错叠加，还包括为高通滤光片、低通滤光片、偏振片、相位延迟片提供驱动电压的驱动电路。
4.根据权利要求3所述的一种广色域的防偷窥3D成像方法，其特征在于：所述的3D显示眼镜中，左眼镜片(202)与右眼镜片(203)的透过波长彼此交替错开，且与多色显示设备(101)子像元的谱段一一对应，镜片的单一透过谱段宽度与其对应的相邻子像元的谱段不产生交叠。
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