CN110602478A - 一种三维显示装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维显示装置及其系统，利用可编辑纹理图案的调制器，进而对调制器件进行调节，由于该三维显示的效果可调，因此可以根据不同的观察者的位置及瞳距，以及环境和显示图像等多种可变因素，对该三维显示质量进行调节，并且还可以实现三维二维显示效果的实时切换。具体包括：显示面板，用于输出显示图像；调制器，设于所述显示面板的前侧，用于调制所述显示面板射出的光；控制器，与所述调制器以及显示面板连接，所述控制器控制所述显示面板产生显示图像，并且同时控制所述调制器调制从所述显示面板的光，使得从所述调制器射出的图像能够形成视差。

Description

一种三维显示装置及系统

技术领域

本发明涉及三维显示技术，特别是涉及一种三维显示装置及系统

背景技术

三维(3D)显示技术，即立体显示技术的工作原理为：针对同一场景，使观看者的左眼与右眼分别接收图像，观看者的两眼在水平方向上的间距，使得两眼的视角存在细微的差别，由于这种差别的存在，观看者的左眼与右眼分别观察到的图像也会略有差异，这个差异被称为“双眼视差”，而左、右眼观察到的有差异的图像构成一对“立体图像对”，“立体图像对”在经过大脑视觉皮层的融合后，就形成了立体效果。

目前的立体显示装置在观看时，需要观看者佩戴立体眼镜，由于立体眼镜的尺寸通常是固定的，这可能会使不同脸型的观看者在佩戴立体眼镜观看时，不能获得更好的用户体验；另外，对于本来就佩戴眼镜(如近视眼镜、远视眼镜等)的观看者来说，为了获得立体观看效果，需要将两副眼镜重叠使用，使用不方便，降低了用户体验。因此，不需要借助辅助工具即可实现立体显示的裸眼3D技术运应而生。

随着裸眼3D技术的发展，裸眼3D显示设备也得以广泛的应用。目前，现有的裸眼3D显示产品出厂时已经确定第一观看者和第二观看者的位置坐标与视点的对应关系，即确定了视点对应的观看位置。实际使用中，观看者的观看位置通常会发生变动，当观看者位置发生变动时，观看者所看到的3D图像会发生串扰，不能获得较好的观看效果。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种可以根据观看者的位置坐标与视点对三维显示装置的显示进行调节的三维显示装置及系统。

为了解决上述问题，本发明实施例主要提供如下技术方案：

一种三维显示装置，其特征在于：包括：

显示面板，用于输出显示图像；

调制器，设于所述显示面板的前侧，用于调制所述显示面板射出的光；

控制器，与所述调制器以及显示面板连接，所述控制器控制所述显示面板产生显示图像，并且同时控制所述调制器调制从所述显示面板的光，使得从所述调制器射出的图像能够形成视差。

优选的，从所述调制器射出的图像形成双目视差，或者从所述调制器射出的图像形成全视差。

优选的，所述控制器括：

图像控制单元，用于控制显示面板的显示；

调制控制单元，用于控制调制器产生不同透光度的图案；

数据采集单元，用于采集用户指令，和/或采集针对用户的检测数据；

计算单元，用于根据用户指令或者针对用户的检测数据计算调制器的图案的参数；以及根据用户指令或者针对用户的检测数据以及计算得到的图案的参数，计算对于显示面板的显示调整数据；

以及同步控制单元，用于控制显示面板上的显示图像和调制器上图案的同步性。

优选的，所述图案的参数包括图案出现的位置，图案的透光度和图案的形状；

所述调制控制单元包括：

位置控制模块，用于控制图案出现的位置；

透光度控制模块，用于控制图案的透光度；

形状控制模块，用于控制图案的形状；

阻挡控制模块，控制除图案出现位置以外的位置呈现阻挡光的模式；

边缘控制模块，用于对图案边缘进行平滑处理。

优选的，所述调制器在第一状态下，调制从所述显示面板射出光；在第二状态下为全透光部件，对所述显示面板射出的光不做任何调制。

优选的，所述图案为周期性间隔的亮条纹；

或者所述图案为透光针孔阵列。

优选的，所述计算单元包括：

第一计算单元，根据用户指令计算图案的参数；

第二计算单元，根据针对用户的检测数据，计算图案的参数；

第三计算单元，根据用户指令或者针对用户的检测数据，以及第一或第二计算单元计算得到的图案的参数，计算对于显示面板上的图像的显示调整数据。

优选的，所述数据采集单元包括采集用户指令的指令采集器；

和数据采集器，所述数据采集器用于采集用户的检测数据包括观察者相对于显示面板的距离，以及观察者的瞳距。

优选的，还包括人脸采集装置，用于获取观察者的距离信息以及瞳距信息并且转换成信号实时传送至所述数据采集单元。

优选的，所述调制器为有源矩阵屏或者可编辑的振幅调节器，所述显示面板为包括背光模块的LCD屏或者LED屏。

优选的，所述显示面板包括背光模块时，所述控制器包括与背光模块连接的背光控制单元，所述背光控制单元控制所述背光模块的亮度。

一种三维显示系统，具有上述三维显示装置。

借由上述技术方案，本发明实施例提供的技术方案至少具有下列优点：三维显示装置及系统，利用可编辑纹理图案的调制器，进而对形成3d效果的空间光调制器件进行调节，例如在视差屏障形成3d显示原理中，调节光栅的条纹和亮度，进而提高3d显示的分辨率。而且由于该3d显示的效果可调，因此可以根据不同的观察者的位置及瞳距，以及环境和显示图像等多种可变因素，对该显示质量进行调节。

上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明实施例的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明实施例的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明第一实施例的三维显示装置的原理示意图。

图2为本发明第一实施例的三维显示装置的功能框图。

图3为本发明第二实施例的三维显示装置的原理示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明第一实施例的三维显示装置，如图1-2所示，一种三维显示装置，包括显示面板，用于输出显示图像；调制器，设于所述显示面板的前侧，用于调制所述显示面板射出的光；控制器，与所述调制器以及显示面板连接，所述控制器控制所述显示面板产生显示图像，并且同时控制所述调制器调制从所述显示面板的光，使得从所述调制器射出的图像能够形成视差。

该实施例中，从所述调制器射出的图像形成双目视差，即利用双目视差原理来进行三维显示。该显示面板，包括背光模块，所述背光模块用于给显示面板供电，该显示面板可以为LCD面板或者其他显示面板。或者该显示面板也可以是与背光模块一体的结构，例如为LED显示面板等。该显示面板具有可编辑的像素阵列，用于显示渲染后的2d显示图像，该显示图像经过调制器调制后，形成双目视差，进而使观看者感觉到三维视觉效果。

优选的，所述控制器括：图像控制单元，用于控制显示面板的显示；该图像控制单元用于控制显示面板显示不同的图像，可以是静态图像，也可以是动态图像。

调制控制单元，用于控制调制器产生不同透光度的图案；优选的，该实施例中，该不同透光度的图案，是周期性的透光条纹，而图案以外的位置为不透光的暗条纹图案，即调制器上形成明暗间隔的周期性光栅条纹。

如图1所示，从显示面板1射出的光，经过该调制器2的调制，使得位于显示面板前的观察者的左右眼，接收到不同的像素点图像组成的视差图像，图1中，标记为R的像素的图像进入右眼，标记为L的像素的图像进入左眼，进而获得三维显示的效果。但是一般的3d显示的最佳观看区域只有很小一个范围，如果观察者移动，或者没有位于最佳观看区域时，左眼和右眼就会看到本不该被观察到的像素的图像，即图像产生串扰，严重影响观看质量。该调制控制单元用于控制该调制器根据不同的观察者的检测数据，或者用户指令来进行调整光栅条纹的宽度、透光度和位置的调整，进而可以调节3d显示的质量。

因此，为了根据不同的观察者来调节3d显示的质量数据采集单元，用于采集用户指令，和/或采集针对用户的检测数据；进而将该数据提供用于调节显示质量。该针对用户的检测数据，包括观察者相对于显示面板的距离，以及观察者的瞳距。

因此，优选的，所述数据采集单元包括采集用户指令的指令采集器和数据采集器，所述数据采集器用于采集用户的检测数据包括观察者相对于显示面板的三维坐标，包括相对于显示面板的距离，以及观察者的瞳距。

该针对用户的检测数据的采集，可以设置人脸采集装置，用于获取观察者的距离显示面板的距离信息以及观察者的瞳距信息，并且转换成信号实时传送至所述数据采集单元。并且该数据采集单元还可以采集其他环境信息，例如环境的亮度，环境的其他干扰等。数据采集单元可以根据采集到的的环境的参数，对显示图像或者对调制器进行调节。

该用户指令，可以为显示调节指令，控制器在接收到该显示调节指令后，可通过既定的程序对该调制器进行调节。例如，如果用户觉得显示模糊，输入显示调节指令，控制器在收到显示调节指令后，调节光栅条纹的尺寸，以使得显示质量得以调节。

所述控制器还包括计算单元，用于根据用户指令或者针对用户的检测数据计算调制器的图案的参数；并且通过调制控制单元显示该图案，以及根据用户指令或者针对用户的检测数据以及计算得到的图案的参数，计算对于显示面板的显示调整数据。以调制器上形成明暗间隔的光栅条纹为例，该计算单元根据下述公式(1)、(2)

其中，L为显示面板与观察者之间的距离，d为调制器距离显示面板的距离，w为显示面板上的图像元宽度，每个图像元可以包含显示面板上的至少一个像素，p为显示面板上的显示视图的交织填充周期，a为观察者的人眼瞳距，θ为光栅条纹的纹理倾角，Λ为光栅条纹的纹理周期，N为显示视点数，可以根据需要进行设定。

其中的瞳距a和显示面板与观察者之间的距离L可以为检测所得，也可以为数据采集单元根据用户指令调整得到，d为预设的调制器与显示面板之间的距离。根据上述数据可以计算出光栅条纹的节距，进而对光栅条纹进行调节，即可得到调节显示的效果。当然，本领域技术人员可以了解到，该数据采集单元也可以采集多个观察者的瞳距、距离等数据，来进行多视点的显示判断。

具体的，所述计算单元包括第一计算单元、第二计算单元和第三计算单元，第一计算单元根据用户指令计算图案的参数；所述第二计算单元，根据针对用户的检测数据，计算图案的参数。所述第三计算单元，用于根据用户指令或者针对用户的检测数据，以及第一或第二计算单元计算得到的图案的参数，计算对于显示面板上的图像的显示调整数据。进而通过上述图像控制单元对所述显示面板上的图像进行调整，进行实时的调节和控制，以达到最佳3d显示效果。

该第三计算单元调整显示面板上的图像，还包括调节显示面板的亮度，如果该显示面板为LED板，可以通过图像控制单元直接调整显示面板上图像的亮度；如果该显示面板为具有背光模块的LCD显示屏，该控制器还可以包括连接至背光模块的背光控制单元，可以根据场景或者根据显示的图片的要求，来控制背光模块的亮度，进而提高整个显示装置的显示分辨率。也可以根据上述数据采集单元采集到的用户指令或针对用户的检测数据，以及第一或第二计算单元计算到的图案数据，以及第三计算单元计算得到的显示的图像调整数据，来对背光模块的亮度或者频率进行调整，以达到最佳显示效果。并且，该背光调节单元可以与调制控制单元中的透光度控制模块连动调节，由于在三维成像时，经过调制器的光会因为遮挡使亮度大大降低，该连动调节可以实现从显示面板射出的光的亮度增加，保证三维显示的对比度和效果。

优选的，该控制器还包括同步控制单元，用于控制显示面板上的显示图像和调制器上图案的同步性。

上述涉及的图案的参数包括图案出现的位置，图案的透光度和图案的形状。所述调制控制单元用于控制调制器产生不同透光度的图案，因此，具体的，该调制控制单元包括位置控制模块，用于控制图案出现的位置；透光度控制模块，用于控制图案的透光度；形状控制模块，用于控制图案的形状；阻挡控制模块，控制除图案出现位置以外的位置呈现阻挡光的模式。边缘控制模块，用于对图案边缘进行平滑处理，具体的，可以对图案边缘进行灰度渐变处理，例如透光度的调整，以使得图案与非图案区域之间能够平滑过渡。以上述光栅条纹为例，该图案即为在调制器上周期间隔出现的透光度高的条纹，而其他位置为阻挡光的模式，因此，在显示面板的照射下，该调制器呈现明暗间隔的光栅条纹。

进一步的，所述调制器在第一状态下，调制从所述显示面板射出的光；在第二状态下，所述调制器为全透光部件，对所述显示面板射出的光不做任何调制。因此，该调制器在第二状态下，显示面板射出的光可直接入射至使用者，此时，控制器控制显示面板输出一般的2d图像，该三维显示装置可以用作一般的2d显示器来用于显示图像，即可以实现2d和3d显示效果的实时切换。

进一步的，所述调制器可以为为有源矩阵屏，例如不带有光源的LCD屏，或者可编辑的振幅调节器。只要能够编辑并且可以形成不同、透光度不同、位置不同的透光图案即可。

如图3所示，为本发明的第二实施例，

该实施例中，其他结构与第一实施例均相同，不同的是，该调制器上出现的图案为针孔阵列，显示面板1射出的图像，经过该调制器时，基于针孔阵列的成像原理，显示面板中单元像阵列中的像素发出的光线受到针孔的限制作用，具有一定方向性，进而形成全视差的3d像。

该实施例中，该显示面板中显示的图像，也不是普通的2d图像，该显示图像在拍摄时就需要经过针孔阵列来成像，因此，通过针孔阵列来射出时，就可以形成3d图像。

该实施例中，图案即为在调制器上周期间隔出现的透光孔，而其他位置为阻挡光的模式，因此，在显示面板的照射下，该调制器呈现明暗间隔的针孔阵列。

本发明的实施例用于公开了一种三维显示装置及系统，利用可编辑图案纹理的调制器，进而对形成3d效果的空间光调制器件进行调节，例如在视差屏障形成3d显示原理中，调节光栅的条纹和亮度，进而提高3d显示的分辨率。由于该3d显示的效果可调，因此可以根据不同的观察者的位置及瞳距，以及环境和显示图像等多种可变因素，对该显示质量进行调节。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种三维显示装置，其特征在于：包括：

显示面板，用于输出显示图像；

调制器，设于所述显示面板的前侧，用于调制所述显示面板射出的光；

控制器，与所述调制器以及显示面板连接，所述控制器控制所述显示面板产生显示图像，并且同时控制所述调制器调制从所述显示面板的光，使得从所述调制器射出的图像能够形成视差。

2.如权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于：从所述调制器射出的图像形成双目视差，或者从所述调制器射出的图像形成全视差。

3.如权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于：所述控制器括：

图像控制单元，用于控制显示面板的显示；

调制控制单元，用于控制调制器产生不同透光度的图案；

数据采集单元，用于采集用户指令，和/或采集针对用户的检测数据；

计算单元，用于根据用户指令或者针对用户的检测数据计算调制器的图案的参数；以及根据用户指令或者针对用户的检测数据以及计算得到的图案的参数，计算对于显示面板的显示调整数据；

以及同步控制单元，用于控制显示面板上的显示图像和调制器上图案的同步性。

4.如权利要求3所述的三维显示装置，其特征在于：所述图案的参数包括图案出现的位置，图案的透光度和图案的形状；

所述调制控制单元包括：

位置控制模块，用于控制图案出现的位置；

透光度控制模块，用于控制图案的透光度；

形状控制模块，用于控制图案的形状；

阻挡控制模块，控制除图案出现位置以外的位置呈现阻挡光的模式；

边缘控制模块，用于对图案边缘进行平滑处理。

5.如权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于：所述调制器在第一状态下调制从所述显示面板射出的光；在第二状态下，对所述背光模块的光不做任何调制。

6.如权利要求4所述的三维显示装置，其特征在于：

所述图案为周期性间隔的亮条纹；

或者所述图案为透光针孔阵列。

7.如权利要求3所述的三维显示装置，其特征在于：所述计算单元包括：

第一计算单元，根据用户指令计算图案的参数；

第二计算单元，根据针对用户的检测数据，计算图案的参数；

第三计算单元，根据用户指令或者针对用户的检测数据，以及第一或第二计算单元计算得到的图案的参数，计算对于显示面板上的图像的显示调整数据。

8.如权利要求3所述的三维显示装置，其特征在于：所述数据采集单元包括采集用户指令的指令采集器；

和数据采集器，所述数据采集器用于采集用户的检测数据包括观察者相对于显示面板的距离，以及观察者的瞳距。

9.如权利要求8所述的三维显示装置，其特征在于：还包括人脸采集装置，用于获取观察者的距离信息以及瞳距信息并且转换成信号实时传送至所述数据采集单元。

10.如权利要求3所述的三维显示装置，其特征在于：所述显示面板包括背光模块时，所述控制器包括与背光模块连接的背光控制单元，所述背光控制单元控制所述背光模块的亮度。

11.一种三维显示系统，具有上述权利要求1-10中任一项所述的三维显示装置。