CN111183638A - 具有带有共享相机的相机子阵列的多视图相机阵列、多视图系统及方法 - Google Patents

具有带有共享相机的相机子阵列的多视图相机阵列、多视图系统及方法 Download PDF

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Abstract

多视图相机阵列和多视图系统采用具有至少一个公共相机的相机子阵列来捕获场景的多视图图像以在多视图显示器上显示。多视图相机阵列包括相机的第一子阵列和相机的第二子阵列。第一相机子阵列和第二相机子阵列中的相机分别彼此隔开第一基线距离和第二基线距离。多视图系统还包括被配置为显示多视图图像的多视图显示器。捕获多视图图像的方法包括用相机的第一子阵列来捕获场景的第一多个不同视图以及使用相机的第二子阵列来捕获场景的第二多个不同视图。

Description

具有带有共享相机的相机子阵列的多视图相机阵列、多视图 系统及方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月2日提交的第62/567,138号美国临时申请的权益，其内容通过引用合并于此。
关于联邦资助研究或开发的声明
不适用
背景技术
电子显示器是用于向各种各样的设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的介质。最常用的电子显示器包括阴极射线管(cathode ray tube，CRT)、等离子显示面板(plasma display panel，PDP)、液晶显示器(liquid crystal display，LCD)、电致发光显示器(electroluminescent display，EL)、有机发光二极管(organic light emittingdiode，OLED)和有源矩阵OLED(active matrix OLED，AMOLED)显示器、电泳显示器(electrophoretic display，EP)以及采用机电的或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可被分为有源显示器(即，发射光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一源提供的光的显示器)。有源显示器中最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射光时，被典型地归类为无源的显示器的是LCD和EP显示器。无源显示器虽然常常展现出包括但不限于固有低功耗的引人注目的性能特性，但因为缺少发射光的能力而在许多实际的应用中使用受到一些限制。
图像捕获，并且尤其是三维(3D)图像捕获通常涉及对捕获的图像的实质图像处理，以将捕获的图像(例如，通常为二维图像)转换为3D图像，以显示在3D显示器或多视图显示器上。图像处理可以包括但不限于深度估计、图像插值、图像重建或其他复杂的处理，这些处理可能会产生从图像被捕获的时刻到那些图像被显示的时刻的明显时间延迟。
附图说明
参照以下结合附图的详细描述，可以更容易地理解根据本文描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相似的附图标记表示相似的结构元素，并且其中：
图1A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。
图1B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的光束的角分量的图形表示，该光束具有对应于多视图显示器的视图方向的特定主角方向。
图2A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图相机阵列的透视图。
图2B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的图2A的多视图相机阵列的侧视图。
图2C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的另一示例中的多视图相机阵列的正视图。
图3示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图系统的框图。
图4A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的截面图。
图4B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的平面图。
图4C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。
图5示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的包括广角背光体的多视图显示器的截面图。
图6示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的捕获多视图图像的方法的流程图。
某些示例和实施例具有其他特征，这些特征是对上述附图所示特征的补充或替代。这些和其他特征将在下面参考上述附图进行详细描述。
具体实施方式
根据本文描述的原理的实施例和示例提供了可以对应于多视图显示器或与多视图显示器结合使用的多视图或“全息”成像。具体地，根据本文描述的原理的各种实施例，场景的多视图成像可以由包括多个相机子阵列的多视图相机阵列提供，每个相机子阵列在相机子阵列中的相机之间具有不同的基线间隔。此外，至少两个相机子阵列具有一个或多个与彼此公共的相机。多视图相机阵列被配置为产生场景的多视图图像，该场景的多视图图像包括根据不同的基线间隔从不同的角度或视角捕获或记录的多个单独的图像。这些单独的图像一起体现了可以在多视图显示器上观看的场景的多视图图像。并且，例如，在对应的多视图显示器上观看多视图图像可以使观看者在多视图显示器上观看场景的多视图图像内的元素时，能够以物理环境内的不同视在深度(apparent depth)来感知该场景的多视图图像内的元素。因此，根据一些实施例，多视图相机阵列可以产生多视图图像，当在对应的多视图显示器上观看时，该多视图图像为观看者提供了三维(3D)观看体验。此外，根据各种实施例，相对于使用不共享相机的相机子阵列，在相机子阵列之间共享相机可以减少与捕获多视图图像相关联的成本和总功耗。
本文中，“二维显示器”或“2D显示器”被定义为被配置为无论在2D显示器上从哪个方向观看显示图像(即，在2D显示器的预定观看角度或范围内)，均提供基本上相同的显示图像的视图的显示器。在智能手机和计算机监视器中发现的液晶显示器(LCD)是2D显示器的示例。本文中，与之相反，“多视图显示器”被定义为被配置为以不同视图方向或从不同视图方向提供多视图图像的不同视图的显示器或显示系统。具体地，不同视图可以表示多视图图像的场景或对象的不同透视图。在一些实例中，多视图显示器也可以被称为三维(3D)显示器，例如，当同时观看多视图图像的两个不同视图时，提供了观看三维(3D)图像的感觉。适用于本文描述的多视图图像的捕获和显示的多视图显示器和多视图系统的使用包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板计算机、移动计算机(例如，膝上型计算机)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制台、相机显示器以及各种其他移动以及基本上非移动的显示应用和设备。
图1A示出了根据与本文描述的原理一致的示例的多视图显示器10的透视图。如图所示，多视图显示器10包括被观看以便查看多视图图像的屏幕12。多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向16上提供多视图图像的不同视图14。视图方向16被示出为从屏幕12以各种不同的主角方向延伸的箭头；不同的视图14被示出为在箭头16的末端的阴影多边形框；并且仅示出了四个视图14和视图方向16，所有这些都是示例性的而非限制性的。应当注意，虽然不同的视图14在图1A中被示出为处于屏幕的上方，但是当多视图图像显示在多视图显示器10上时，视图14实际上出现在屏幕12上或屏幕12附近。将视图14描绘在屏幕12的上方仅仅是为了简化说明，并且意在表示从各视图方向16之中对应于特定视图14的相应一个方向来观看多视图显示器10。此外，多视图显示器10的视图14和对应的视图方向16通常以由多视图显示器10的实现方式所规定的特定布置来组织或布置。例如，视图14和对应的视图方向16可以具有由特定的多视图显示实现方式所规定的矩形布置、正方形布置、圆形布置、六边形布置等，如下文进一步所述。
根据本文的定义，视图方向或者等同地，具有与多视图显示器的视图方向对应的方向的光束，通常具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向。角分量θ在本文被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量φ被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面(例如，垂直于多视图显示屏的平面)中的角度，而方位角φ是水平平面(例如，平行于多视图显示屏的平面)中的角度。
图1B示出了根据与本文描述的原理的示例的光束20的角分量{θ,φ}的图形表示，光束20具有对应于多视图显示器的视图方向的特定主角方向。此外，根据本文的定义，光束20从特定点发射或发出。也就是说，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心光线。图1B还示出了光束(或视图方向)原点O。
在本文中，在“多视图图像”和“多视图显示器”中使用的术语“多视图(multiview)”被定义为多个视图，该多个视图表示不同视角(perspective)或包括多个视图中的视图之间的角差异(angular disparity)。此外，术语“多视图”根据定义明确地包括多于两个不同的视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)。因此，本文采用的“多视图”明确区别于例如仅包括两个不同视图来表示场景的立体视图。然而，应当注意，虽然多视图图像和多视图显示器包括多于两个视图，但是根据本文的定义，通过一次仅选择视图中的两个视图来观看(例如，每只眼睛一个视图)，多视图图像可以作为立体图像对而被观看(例如，在多视图显示器上)。
“多视图像素”在本文被定义为一组或一群组的子像素(诸如光阀)，所述子像素表示多视图显示器的多个不同视图中的每一个视图中的“视图”像素。具体地，多视图像素可以具有单独子像素，该单独子像素对应于或表示多视图图像的不同视图中的每一个中的视图像素。此外，根据本文的定义，多视图像素的子像素是所谓的“定向像素”，因为每个子像素与不同视图之中对应一个视图的预定视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，由多视图像素的子像素表示的不同视图像素在每个不同视图中可以具有等同或至少基本上相似的位置或坐标。例如，第一多视图像素可以具有单独子像素，所述单独子像素对应于在多视图图像的不同视图中的每一个中的位于{x1,y1}处的视图像素，而第二多视图像素可以具有单独子像素，所述单独子像素对应于在不同视图中的每一个中的位于{x2,y2}处的视图像素，以此类推。
在一些实施例中，多视图像素中的子像素数量可以等于多视图显示器的不同视图的数量。例如，多视图像素可以提供与具有64个不同视图的多视图显示器相关联的六十四(64)个子像素。在另一示例中，多视图显示器可以提供八乘四的视图阵列(即，32个视图)，并且多视图像素可以包括三十二(32)个子像素(即，每个视图一个)。此外，每个不同的子像素可以具有与例如对应于64个不同视图的视图方向之中不同的一个视图方向相对应的相关联方向(例如，光束主角方向)。此外，根据一些实施例，多视图显示器的多视图像素的数量可以基本上等于多视图显示器视图中的“视图”像素(即，构成选定视图的像素)的数量。例如，如果视图包括六百四十乘四百八十个视图像素(即，640×480的视图分辨率)，则多视图显示器可以具有三十万零七千二百(307200)个多视图像素。在另一示例中，当视图包括一百乘一百个像素时，多视图显示器可以包括总共一万(即，100×100＝10000)个多视图像素。
在本文中，“光导”被定义为使用全内反射(total internal reflection)来在结构内引导光的结构。具体地，光导可以包括在光导的工作波长下基本上透明的芯。术语“光导”通常指采用全内反射来在光导的电介质材料和围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的电介质光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了或代替前述的折射率差，光导可以包括涂层，以进一步便于全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是几种光导中的任何一种，包括但不限于板(plate)或片(slab)光导以及条带(strip)光导中的一个或两者。
此外，在本文中，术语“板”在应用于如在“板光导”中的光导时被定义为分段或可微平面的层或薄片，其有时被称为“片”光导。具体地，板光导被定义为被配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)界定的两个基本上正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面两者彼此分开并且可以至少在微分意义上基本上相互平行。也就是说，在板光导的任何可微的小区域内，顶表面和底表面基本上平行或共面。
在一些实施例中，板光导可以是基本上平坦的(即限于平面)，并且因此，板光导是平面光导。在其他实施例中，板光导可以在一个或两者正交维度中弯曲。例如，板光导可以在单个维度中弯曲，以形成圆柱形形状的板光导。然而，任何曲率都具有足够大的曲率半径，以确保在板光导内保持全内反射以引导光。
在本文中，“衍射光栅”通常被定义为被布置成提供对入射到衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，可以以周期性或准周期性的方式布置多个特征。在其他示例中，衍射光栅可以是包括多个衍射光栅的混合周期衍射光栅，该多个衍射光栅中的每个衍射光栅具有不同的特征周期性布置。此外，衍射光栅可以包括以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽(groove)或脊(ridge))。替代地，衍射光栅可以包括特征的二维(2D)阵列或在二维中限定的特征的阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸起(bump)或材料表面中的孔的二维阵列。在一些示例中，衍射光栅在第一方向或维度上可以是基本上周期性的，而在横跨衍射光栅或沿着衍射光栅的另一个方向上可以是非周期性的(例如，恒定的、随机等)。
因此，并且根据本文的定义，“衍射光栅”是提供对入射到衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则提供的衍射或衍射散射可以导致因此被称为的“衍射耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。具体地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光(即，衍射光)通常具有与入射在衍射光栅上的光(入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射在光的传播方向上的变化在本文中被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征使入射到衍射光栅上的光衍射地重定向，并且如果光从光导入射，则衍射光栅也可以衍射地耦合出来自光导的光。
此外，根据本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是以下中的一个或多个：在表面(即，其中“表面”指两种材料之间的边界)处、表面中或表面上。表面可以是板光导的表面。衍射特征可以包括使光衍射的各种结构中的任何一种，包括但不限于凹槽、脊、孔和凸起中的一种或多种，并且这些结构可以是在表面处、表面中和表面上中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面伸出的多个平行的脊。衍射特征(无论是凹槽、脊、孔、凸起等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿形(例如，闪耀光栅)中的一种或多种。
根据本文描述的各种示例，可以采用衍射光栅(例如，如下所述的衍射多束元件的衍射光栅)来将光作为光束衍射地散射或耦合出光导(例如，板光导)。具体地，局部周期性衍射光栅的衍射角θm或由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θm可以由等式(1)给出为：
Figure BDA0002434882980000071
其中λ是光的波长，m是衍射级，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间距，θi是光在衍射光栅上的入射角。为简单起见，等式(1)假设衍射光栅与光导的表面相邻，并且光导外部的材料的折射率等于1(即，nout＝1)。通常，衍射级m由整数给出(即，m＝±1,±2,…)。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由等式(1)给出。当衍射级m等于1时(即，m＝1)，提供一级衍射，或更具体地，提供一级衍射角θm。
此外，根据一些实施例，衍射光栅中的衍射特征可以是弯曲的，并且还可以具有相对于光的传播方向的预定取向(例如，倾斜或旋转)。例如，衍射特征的弯曲和衍射特征的取向中的一个或两者可以被配置为控制由衍射光栅耦合出的光的方向。例如，定向光的主角方向可以是衍射特征在光入射到衍射光栅上的点处相对于入射光的传播方向的角度的函数。
根据本文的定义，“多束元件”是背光体或显示器的结构或元件，其产生包括多个光束的光。根据定义，“衍射”多束元件是通过或使用衍射耦合来产生多个光束的多束元件。具体地，在一些实施例中，衍射多束元件可以光学耦合到背光体的光导，以通过衍射耦合出在光导中引导的光的一部分来提供多个光束。此外，根据本文的定义，衍射多束元件包括在多束元件的边界或范围内的多个衍射光栅。根据本文的定义，由多束元件产生的多个光束(或“多个光束”)中的光束具有彼此不同的主角方向。具体地，根据定义，多个光束中的一光束具有与多个光束中的另一光束不同的预定主角方向。根据各种实施例，衍射多束元件的衍射光栅中的衍射特征的间隔或光栅节距可以是亚波长(即，小于引导光的波长)。
尽管在下文的讨论中可以将带有多个衍射光栅的多束元件用作说明性示例，但在一些实施例中，可以在多束元件中使用其他组件，诸如微反射元件和微折射元件中的至少一个。例如，微反射元件可以包括三角形镜，梯形镜、金字塔形镜、矩形镜、半球形镜、凹面镜和/或凸面镜。在一些实施例中，微折射元件可以包括三角形折射元件、梯形折射元件、金字塔形折射元件、矩形折射元件、半球形折射元件、凹折射元件和/或凸折射元件。
根据各种实施例，多个光束可以表示光场。例如，多个光束可以被限制在基本上圆锥形的空间区域，或者具有预定角展度，该角展度包括多个光束中的光束的不同的主角方向。因此，各光束相结合(即，多个光束)的预定角展度可以表示光场。
根据各种实施例，多个光束中的各光束的不同的主角方向由以下特性来确定，包括但不限于衍射多束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等中的一个或多个)，以及衍射多束元件内的衍射光栅的“光栅节距”或衍射特征间距和以及取向。在一些实施例中，根据本文的定义，多束元件可以被认为是“扩展点光源”(即跨多束元件的范围而分布的多个点光源)。此外，根据本文的定义，由多束元件产生的光束具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向，如以上参考图1B所述。
在本文中，“准直器”被定义为被配置为准直光的基本上任何光学设备或装置。例如，准直器可以包括但不限于准直镜或反射镜、准直透镜、准直衍射光栅以及它们的各种组合。
在本文中，“准直因子”被定义为光被准直的程度。具体地，根据本文的定义，准直因子定义了准直光束内光线的角展度。例如，准直因子σ可以指定准直光束中的大部分光线在特定的角展度内(例如，准直光束的中心或主角方向周围的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线可以在角度方面具有高斯分布，并且角展度可以是准直光束峰值强度的一半所确定的角度。
在本文中，“光源”被定义为光的源(例如，发射光的装置或设备)。例如，光源可以是当被激活时发射光的发光二极管(LED)。光源可以基本上是任何光源或光发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光发射器、荧光灯、白炽灯以及实际上光的任何其他源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以包括特定波长的光(例如，白光)。此外，“多个不同颜色的光源”在本文中明确地定义为一组光源或一群组光源，其中至少一个光源产生具有与由多个光源中的至少一个其他光源产生的光的颜色或等效地波长不同的颜色或波长。不同的颜色可以包括例如原色(例如，红色、绿色、蓝色)。此外，“多个不同颜色的光源”可以包括多于一个相同或基本相似颜色的光源，只要多个光源中的至少两个光源是不同颜色的光源(即，至少两个光源产生不同颜色的光)。因此，根据本文的定义，“多个不同颜色的光源”可以包括产生第一颜色的光的第一光源和产生第二颜色的光的第二光源，其中第二颜色不同于第一颜色。
在本文中，“布置”或“图案”被定义为由元素的相对位置和元素的数量所定义的元素之间的关系。更具体地，如本文中所使用的，“布置”或“图案”未定义元素之间的间隔或元素阵列的侧面的尺寸。如本文所定义，“正方形”布置是元素的直线布置，其在两个基本上正交的方向(例如，x方向和y方向)中的每个方向上包括相等数量的元素(例如，相机、视图等)。另一方面，“矩形”布置定义为直线布置，其在两个正交方向中的每个方向上包含不同数量的元素。
在本文中，根据定义，阵列的元素之间的间距或间隔称为“基线(baseline)”或等效地称为“基线距离”。例如，相机阵列中的相机可以彼此分开基线距离，该基线距离限定了相机阵列的各个相机之间的间距或距离。
进一步根据本文的定义，如“广角发射光”中的术语“广角”被定义为具有一锥角的光，该锥角大于多视图图像或多视图显示器的视图的锥角。具体地，在一些实施例中，广角发射光可以具有大于约六十度(60°)的锥角。在其他实施例中，广角发射光锥角可以大于约五十度(50°)，或者大于约四十度(40°)。例如，广角发射光的锥角可以约为一百二十度(120°)。替代地，相对于显示器的法线方向，广角发射光可具有大于正负四十五度(例如，≥±45°)的角度范围。在其他实施例中，广角发射光角度范围可以大于正负五十度(例如，>±50°)，或者大于正负六十度(例如，>±60°)，或者大于正负65度(例如，>±65°)。例如，在显示器的法线方向的任一侧，广角发射光的角度范围可以大于约七十度(例如，＞±70°)。根据本文的定义，“广角背光体”是配置为提供广角发射光的背光体。
在一些实施例中，广角发射光锥角可以被定义为与意在用于广角观看的LCD计算机监视器、LCD平板、LCD电视或类似的数字显示设备的视角大约相同(例如，大约±40-65°)。在其他实施例中，广角发射光也可以被表征或描述为漫射光、基本上漫射的光、无方向性的光(即，缺乏任何特定的或限定的方向性)、或具有单个或基本上均匀的方向的光。
可以使用以下各种装置和电路来实现与本文所述原理一致的实施例，包括但不限于：集成电路(IC)、超大规模集成电路(VLSI)电路、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、图形处理器单元(GPU)等中的一种或多种、固件、软件(例如程序模块或一组指令)以及上述中的两个或多个的组合。例如，以下描述的图像处理器或其他元件可以全部被实现为ASIC或VLSI电路内的电路元件。采用ASIC或VLSI电路的实现方式是基于硬件的电路实现方式的示例。
在另一示例中，图像处理器的实施例可以被实现为使用计算机编程语言(例如，C/C++)的软件，该软件在由计算机执行的(例如，存储在存储器中并由计算机的处理器或图形处理器执行)的操作环境中或基于软件的建模环境(例如，
Figure BDA0002434882980000101
MathWorks公司，内蒂克，马萨诸塞州)中执行。注意，一个或多个计算机程序或软件可以构成计算机程序机制，并且编程语言可以被编译或解译，例如，可配置为或被配置为(在本讨论中可以互换使用)由计算机的处理器或图形处理器来执行。
在又一示例中，可以使用实际或物理电路(例如，作为IC或ASIC)来实现本文描述的装置、设备或系统的块、模块或元件(例如，图像处理器、相机等)，而其他块、模块或元件可以用软件或固件实现。具体地，根据以上定义，可以使用基本上基于硬件的电路方法或设备(例如，IC、VLSI、ASIC、FPGA、DSP、固件等)来实现本文描述的一些实施例，而其他实施例也可以实施为例如，软件或使用计算机处理器或图形处理器执行软件的固件，或者作为软件或固件以及基于硬件的电路的组合。
此外，如本文中所用的，冠词“一”意图具有其在专利文献中的普通的含义，即“一个或多个”。例如，“一个相机”指一个或多个相机，同样，“所述相机”在本文中表示“所述相机(或所述多个相机)”。此外，本文中对“顶”、“底”、“上面”、“下面”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及在本文中无意成为限制。在本文中，术语“大约”在被应用于一个值时，通常表示在用于产生该值的装备的容差范围之内，或者可以表示正负10％、或正负5％、或正负1％，除非另有明确规定。此外，如本文中所用的，术语“基本”意味着大部分或几乎全部或全部或在约51％至约100％的范围内的量。此外，本文的示例意图仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而呈现的，而不是作为限制。
根据本文描述的原理的一些实施例，提供了多视图相机阵列。图2A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图相机阵列100的透视图。图2B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的图2A的多视图相机阵列100的侧视图。图2C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的另一示例中的多视图相机阵列100的正视图。多视图相机阵列100被配置为捕获场景102的多视图图像。具体地，多视图相机阵列100可以被配置为捕获场景102的多个图像104，所述多个图像104表示场景102的多视图图像的不同视图。此外，根据各种实施例，不同的视图可以是场景102的不同的透视图。还示出了(例如，在图2B中)到场景的距离f。距离f可以被称为多视图相机阵列100的“焦平面”。
如图所示，多视图相机阵列100包括彼此隔开第一基线距离b1的相机110的第一子阵列。也就是说，如图所示，在相机110的第一子阵列内相邻对的相机110中的相机110根据第一基线b1与彼此分开。在一些实施例中，第一相机子阵列的每对相邻相机110之间的第一基线距离b1相等或基本相等。相机110的第一子阵列中的相机110之间的第一基线距离b1被配置为向相机110提供场景102的不同透视图。进而，不同的透视图可以表示多视图图像的不同的视图。因此，根据各种实施例，第一相机子阵列中的相机110被配置为场景102的多个图像104，每个图像104表示场景102的多视图图像的不同视图。
图2A-图2C所示的多视图相机阵列100还包括彼此隔开第二基线距离b2的相机120的第二子阵列。如图所示，与第一相机子阵列一样，在相机120的第二子阵列内的相邻对的相机120中的相机120根据第二基线b2彼此分开。在一些实施例中，第二相机子阵列的每对相邻相机120之间的第二基线距离b2相等或基本相等。此外，与第一相机子阵列一样，第二相机子阵列中的相机120之间的第二基线距离b2被配置为向相机120提供场景102的不同透视图。因此，根据各种实施例，相机的第二子阵列中的相机120也被配置为捕获场景102的多个图像104，每个图像104表示场景102的多视图图像的不同视图。
根据各种实施例，多视图相机阵列100包括多于两个(即，三个或更多个)相机110、120。此外，相机110、120的第一子阵列和第二子阵列中的每个包括两个或更多相机110、120。根据各种实施例，第一基线距离b1是第二基线距离b2的整数倍(即，b1＝n·b2，其中n是整数)。另外，第一相机子阵列和第二相机子阵列中的一个或多个相机110、120对于每个子阵列是公共的，或是每个子阵列中的成员。具体地，如图所示，相机120的第二子阵列中的至少一个相机120是相机110的第一子阵列的成员。
在一些实施例中，相机110的第一子阵列中的相机110的数量等于相机120的第二子阵列中的相机120的数量。在其他实施例中，第一相机阵列和第二相机子阵列可以分别具有不同数量的相机110、120。在一些实施例中，多视图图像的不同视图的数量可以对应于第一相机子阵列和第二相机子阵列中之一或两者的相机110、120的数量。在一些实施例中，相机110的第一子阵列和相机120的第二子阵列之一或两者是线性阵列。即，子阵列中的相机110、120沿着公共线性轴布置。在其他实施例中，该阵列可以是曲线的(即，相机110、120可以沿着曲轴布置)。在一些实施例中，相机120的第二子阵列中的相机120可以与相机110的第一子阵列中的相机110交错。例如，相机110、120可以沿着公共轴(诸如公共线性轴)交错。
例如，图2C示出了相机110的第一子阵列和相机120的第二子阵列中的每个包括四(4)个相机110、120。此外，第一相机子阵列和第二相机子阵列中的相机110、120沿着由图2C中的虚线表示的公共线性轴布置。仍然在图2C中，第二相机子阵列中的相机120与第一相机子阵列中的相机110沿着公共线性轴交错。并且，如图2A-图2C中的每个所示，至少一个相机110、120在第一相机子阵列与第二相机子阵列之间是公共的。根据一些实施例，在第一相机子阵列和第二相机子阵列之间共享相机110、120可以减少多视图相机阵列100中相机110、120的总数量。
在各种实施例中，可以以不同的方式采用相机110、120的不同组合，以通过多视图相机阵列100捕获多视图图像。例如，相机110的第一子阵列和相机120的第二子阵列中的选定子阵列可以被配置为提供表示不同视图的、场景102的多个图像104。在各种实施例中，可以基于相应的第一基线b1和第二基线b2中的哪一个最适合在相关联的距离f或焦平面处产生给定场景102的多视图图像，来确定相机110、120的第一子阵列和第二子阵列中的选定子阵列。
具体地，在一些实施例中，多视图相机阵列100被配置为基于场景102中的对象与多视图相机阵列100之间的距离(例如，距离f)，来确定第一相机子阵列和第二相机子阵列中的选定子阵列。例如，可以通过基于超声波或激光的距离传感器来测量该距离。在其他实施例中，多视图相机阵列100中的相机110、120的自动聚焦可以被配置为基于自动聚焦的焦平面，来自动确定第一相机子阵列和第二相机子阵列中的选定子阵列。在又一个实施例中，第一相机子阵列和第二相机子阵列中的选定子阵列可以由用户选择(例如，用户输入)。例如，多视图相机阵列100的用户可以手动选择(例如，通过在用户界面中按下物理按钮或激活虚拟图标等)相机110的第一子阵列和相机120的第二子阵列中的一个。
在一些实施例中，仅采用相机110、120的选定子阵列中的相机110、120来捕获多视图图像。例如，可以选择相机110的第一子阵列，并且仅激活第一相机子阵列中的相机110并将其用于捕获构成多视图图像的多个图像104。在另一个示例中，可以选择相机120的第二子阵列并将其用于捕获多个图像104。在其他实施例中，可以激活来自第一相机子阵列和第二相机子阵列中的每个的相机110、120并将其用于捕获图像。在这些实施例中，在捕获后(post-capture)时段期间提供的对由第一相机子阵列捕获的图像或由第二相机子阵列捕获的图像的选择可以被用于确定哪些捕获的图像包括在多视图图像的多个图像104内。
注意，第一基线b1和第二基线b2可以在多个图像104之间提供不同的视差(disparity)量。例如，不同的视差量可以基于到场景的不同距离f产生具有期望质量的多视图图像。具体地，基线b1、b2可以用于提供三维(3D)图像特征(图像视差)，以足以使给定场景对用户看起来或显得或多或少是“3D”的。例如，较小的基线(诸如图2C中的第一基线b1)可以用于对具有相对靠近相机110、120的对象(诸如靠近多视图相机阵列100的一组花瓶或人)的场景进行成像。替代地，可以使用更长的基线(诸如第二基线b2)来对带有相对较远的对象(诸如山)的另一场景进行成像，即便所有相机110、120都可以聚焦在无限远处。
根据各种实施例，第一相机子阵列和第二相机子阵列中的相机110、120可基本上包括任何相机或相关的成像设备或图像捕获设备。具体地，相机110、120可以是被配置为捕获数字图像的数字相机。例如，数字相机可以包括数字图像传感器，诸如但不限于电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，或背照式CMOS(BSI-CMOS)传感器。此外，根据各种实施例，相机110、120可以被配置为捕获静止图像(例如，照片)和运动图像(例如，视频)之一或两者。在一些实施例中，相机110、120捕获多个图像中的幅度或强度以及相位信息。
根据本文描述的原理的其他实施例，提供了一种多视图系统。图3示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图系统200的框图。多视图系统200可以用于将场景202捕获或成像为场景202的一组或多个定向视图204。此外，根据各种实施例，多视图系统200可以被配置为显示表示所捕获的场景202的多个定向视图204的多视图图像206。
如图3所示，多视图系统200包括多视图相机阵列210。多视图相机阵列210包括被配置为捕获场景202的多视图图像206的多个相机子阵列212。多个相机子阵列212中的相机彼此交错。此外，相机子阵列212中的至少两个子阵列具有公共相机，即，共享公共相机。在一些实施例中，多视图相机阵列210可以基本上类似于上述的多视图相机阵列100。此外，相机子阵列212可以基本上类似于相机110、120的第一子阵列和第二子阵列。具体地，根据各种实施例，在相机子阵列212中的不同相机子阵列中的相邻相机之间的基线距离是彼此的整数倍。在一些实施例中，多个相机子阵列212中的相机可以沿着公共线性轴布置，多视图相机阵列210是线性阵列。
图3所示的多视图系统200还包括配置为显示多视图图像206的多视图显示器220。在一些实施例中，多视图图像206的不同定向视图204的数量可以对应于多视图相机阵列210的相机子阵列212中相机的数量。例如，相机子阵列212每个可以包括四(4)个相机，并且与不同定向视图204的数量相对应的图像的数量可以等于四(4)。在另一示例中，相机子阵列212可以包括六(6)或八(8)个相机，并且在由多视图相机阵列210捕获并由多视图显示器220显示的多视图图像206中可以有六(6)或八(8)个图像。
在一些实施例中，多视图图像206的不同定向视图204对应于由多个相机子阵列212中的选定相机子阵列212的不同相机捕获的图像。选定相机子阵列212可以是例如，由用户选择的以及根据场景202中的对象与多视图相机阵列210之间的距离自动选择的中一个或两者。在一些实施例中，由多视图相机阵列210的相机的自动聚焦条件，来确定对象与多视图相机阵列210之间的距离。在一些实施例中，多个相机子阵列中的每个相机子阵列212具有相等数量的相机，而在其他实施例中，相机的数量不同。
根据各种实施例，多视图显示器220可以基本上是任何多视图显示器或能够显示多视图图像的显示器。在一些实施例中，多视图显示器220可以是采用光的定向散射并随后对散射光调制以提供或显示多视图图像206的多视图显示器。
图4A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器300的截面图。图4B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器300的平面图。图4C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器300的透视图。图4C中的透视图被以局部剖视图示出，以仅仅便于本文的讨论。根据一些实施例，多视图显示器300可以用作多视图系统200的多视图显示器220。
图4A-图4C所示的显示器300被配置为提供具有彼此不同的主角方向的多个定向光束302(例如，作为光场)。具体地，根据各种实施例，所提供的多个定向光束302被配置为散射出，并在对应于多视图显示器300的相应视图方向或等效地对应于由多视图显示器300显示的多视图图像(例如，多视图图像206)的不同视图(例如，定向视图204)的方向的不同的主角方向上被引导远离多视图显示器300。根据各种实施例，定向光束302可以被调制(例如，使用光阀，如下所述)，以便于显示具有多视图内容的信息(即，多视图图像206)。图4A-图4C还示出了包括子像素和光阀330的阵列的多视图像素306，下文将对其进行详细描述。
如图4A-图4C所示，多视图显示器300包括光导310。根据一些实施例，光导310被配置为沿着光导310的长度将光引导为引导光304(即，引导光束)。例如，光导310可以包括被配置为光波导的电介质材料。电介质材料可以具有第一折射率，第一折射率大于电介质光波导周围的介质的第二折射率。例如，折射率的差被配置为根据光导310的一个或多个引导模式，来便于引导光304的全内反射。
在一些实施例中，光导310可以是片或板光波导(即，板光导)，其包括光学透明的电介质材料的延伸的基本平坦的薄片。电介质材料的基本平坦的薄片被配置为使用全内反射来引导该引导光304。根据各种示例，光导310的光学透明材料可以包括或由各种电介质材料中的任何一种制成，各种电介质材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，二氧化硅玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和基本上光学透明的塑料或聚合物(例如聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)中的一种或多种。在一些示例中，光导310可以进一步包括在光导310的表面(例如，顶表面和底表面中的一个或两者)的至少一部分上的覆层(未示出)。根据一些示例，覆层可用于进一步便于全内反射。
此外，根据一些实施例，光导310被配置为根据全内反射，以非零传播角在光导310的第一表面110’(例如，“前”表面或侧面)和第二表面110”(例如，“后”表面或侧面)之间引导该引导光304。具体地，引导光304被引导并因此通过以非零传播角在光导310的第一表面110’和第二表面110”之间反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，包括不同颜色的光的、引导光304的多个引导光束可以由光导310以不同的颜色特定的非零传播角中的相应非零传播角来引导。注意，为了简化说明，在图4A-图4C中未示出非零传播角。然而，描绘传播方向303的粗箭头示出了引导光304沿着图4A中的光导长度的总体传播方向。
如本文所定义，“非零传播角”是相对于光导310的表面(例如，第一表面310’或第二表面310”)的角度。此外，根据各种实施例，非零传播角既大于零又小于光导310内的全内反射的临界角。例如，引导光304的非零传播角可以在大约十度(10°)与大约五十度(50°)之间，或在一些示例中，在大约二十度(20°)与大约四十度(40°)之间，或在大约二十五度(25°)与大约三十五度(35°)之间。例如，非零传播角可以是大约三十度(30°)。在其他示例中，非零传播角可以是大约20°，或者大约25°，或者大约35°。此外，只要具体的非零传播角被选择为小于光导310内的全内反射的临界角，就可以为特定的实现方式选择(例如，任意选择)具体的非零传播角。
光导310中的引导光304可以以非零传播角(例如，大约30°-35°)引入或耦合到光导310中。在一些示例中，耦合结构诸如但不限于光栅、透镜，镜子或类似的反射器(例如，倾斜的准直反射器)、衍射光栅和棱镜(未示出)，以及它们的各种组合可以便于以非零传播角将光耦合到光导310的输入端作为引导光304。在其他示例中，可以在不使用或基本上不使用耦合结构的情况下，将光直接引入光导310的输入端(即，可以采用直接或“对接”耦合)。一旦耦合到光导310中，引导光304(例如，作为引导光束)被配置为就沿着光导310在通常可能远离输入端的传播方向303(例如，由沿着图4A中的x轴指向的粗箭头示出)上传播。
此外，根据各种实施例，通过将光耦合到光导310中所产生的引导光304或等效地引导光束可以是准直光束。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为一束光束，其中光束的光线在光束(例如，引导光束)内基本上彼此平行。还根据本文的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的一部分。在一些实施例中(未示出)，多视图显示器300可以包括准直器，诸如如上所述的光栅、透镜、反射器或镜子(例如，倾斜的准直反射器)，以准直例如来自光源的光。在一些实施例中，光源本身包括准直器。在任一情况下，提供给光导310的准直光是准直引导光束。在各种实施例中，引导光304可以根据准直因子而被准直或具有准直因子。替代地，在其他实施例中，引导光304可以是未准直的。
在一些实施例中，光导310可以被配置为“再循环”引导光304。具体地，已经沿着光导长度被引导的引导光304可以在不同于传播方向303的另一传播方向303’上沿着该长度被重定向回来。例如，光导310可以在光导310的、与和光源相邻的输入端相对的一端处包括反射器(未示出)。反射器可以被配置为将引导光304朝向输入端反射回来，作为再循环的引导光。在一些实施例中，代替光再循环或除了光再循环之外(例如，使用反射器)，另一光源可以在另一传播方向303’上提供引导光304。再循环引导光304和使用另一光源来提供具有另一传播方向303’的引导光304之一或两者，可以通过使引导光(例如，对于多束元件)可用不止一次，来增加多视图显示器300的亮度(例如，增加定向光束302的强度)，如下所述。
在图4A中，指示再循环的引导光的传播方向303’的粗箭头(例如，指向负x方向)示出了再循环的引导光在光导310内的一般传播方向。可替代地(例如，与再循环引导光相反)，(例如，除了具有传播方向303的引导光304之外)还可以通过以另一传播方向303’将光引入光导310，来提供沿另一传播方向303’传播的引导光304。
如图4A-图4C所示，多视图显示器300还包括沿着光导长度彼此隔开的多个多束元件320。具体地，多个多束元件320彼此分开有限的间距，并且表示沿着光导长度的单独的不同元件。也就是说，根据本文的定义，多个多束元件320根据有限的(即，非零)元件间距离(例如，有限的中心到中心距离)彼此隔开。此外，根据一些实施例，多个多束元件320通常不相交、重叠或以其它方式彼此接触。也就是说，多个多束元件320中的每一个通常是与多束元件320中的其他多束元件不同的并且彼此分开。
根据一些实施例，多个多束元件320可以1D阵列或2D阵列布置。例如，多束元件320可以布置成线性1D阵列。在另一示例中，多束元件320可以布置成矩形2D阵列或圆形2D阵列。此外，在一些示例中，阵列(即，1D或2D阵列)可以是规则或均匀的阵列。具体地，多束元件320之间的元件间距离(例如，中心到中心距离或间距)在整个阵列上可以是基本上均匀或恒定的。在其它示例中，多束元件320之间的元件间距离可以在整个阵列上和沿着光导310的长度上中的一个或两者上变化。
根据各种实施例，多个多束元件中的多束元件320被配置为提供、耦合出或散射出引导光的一部分作为多个定向光束302。例如，根据各种实施例中，可以使用衍射散射、反射散射和折射散射或耦合中的一种或多种来耦合出或散射出引导光部分。图4A和4C将定向光束302示出为多个发散箭头，其被描绘为被引导远离光导110的第一(或前)表面310’。此外，根据各种实施例，多束元件320的尺寸可与多视图像素306的子像素(或等效地，光阀330)的尺寸相当，如上文所定义以及在下文中进一步描述并且在图4A-图4C中示出。在本文中，“尺寸”可以以各种方式中的任何一种来定义，以包括但不限于长度、宽度或面积。例如，子像素或光阀330的尺寸可以是其长度，并且多束元件320的相当的尺寸也可以是多束元件320的长度。在另一示例中，尺寸可以指这样的面积，使得多束元件320的面积可以与子像素(或等效地，光阀330)的面积相当。
在一些实施例中，多束元件320的尺寸与子像素尺寸相当，使得多束元件尺寸在子像素尺寸的大约百分之五十(50％)与大约百分之二百(200％)之间。例如，如果多束元件尺寸表示为“s”，并且子像素尺寸表示为“S”(例如，如图4A所示)，则多束元件尺寸s可以由以下等式给出为：
Figure BDA0002434882980000191
在其它示例中，多束元件尺寸的范围在大于子像素尺寸的大约百分之六十(60％)，或者大于子像素尺寸的大约百分之七十(70％)，或者大于子像素尺寸的大约百分之八十(80％)，或者大于子像素尺寸的大约百分之九十(90％)，并且小于子像素尺寸的大约百分之一百八十(180％)，或者小于子像素尺寸的大约百分之一百六十(160％)，或者小于子像素尺寸的大约百分之一百四十(140％)，或者小于子像素尺寸的大约百分之一百二十(120％)。例如，根据“相当尺寸”，多束元件尺寸可以在子像素尺寸的大约百分之七十五(75％)与大约百分之一百五十(150％)之间。在另一示例中，多束元件320的尺寸可以与子像素相当，其中多束元件尺寸在子像素尺寸的大约百分之一百二十五(125％)与大约百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，可以选择多束元件320和子像素的相当的尺寸，以减少或在一些示例中最小化多视图显示器的视图之间的暗区。此外，可以选择多束元件320和子像素的相当的尺寸，以减小多视图显示器的视图(或视图像素)之间的重叠，并且在一些示例中将其最小化。
图4A-图4C所示的多视图显示器300还包括光阀330的阵列，该光阀330的阵列被配置为调制多个定向光束中的定向光束302。在各种实施例中，可以采用不同类型的光阀作为光阀阵列的光阀330，包括但不限于液晶光阀、电泳光阀，以及基于电润湿的光阀中的一个或多个。
如图4A-图4C所示，定向光束302中具有不同主角方向的不同定向光束穿过光阀阵列中的不同光阀330并且可以由光阀阵列中的不同光阀330调制。此外，如图所示，阵列中的光阀330对应于多视图像素306中的子像素，并且一组光阀330对应于该多视图显示器的多视图像素306。具体地，光阀阵列中的不同组的光阀330被配置为接收和调制来自多束元件320中的对应的一个多束元件的定向光束302，即，如图所示，对于每个多束元件320，存在唯一的一组光阀330。
如图4A所示，第一光阀组330a被配置为接收和调制来自第一多束元件320a的定向光束302。此外，第二光阀组330b被配置为接收和调制来自第二多束元件320b的定向光束302。因此，光阀阵列中的每个光阀组(例如，第一光阀组330a和第二光阀组330b)分别对应于不同的多束元件320(例如，元件320a、320b)并且对应于不同的多视图像素306，其中，如图4A所示，光阀组中的单独光阀330对应于相应的多视图像素306的子像素。
注意，如图4A所示，多视图像素306的子像素的尺寸可以对应于光阀阵列中的光阀330的尺寸。在其它示例中，子像素尺寸可以被定义为光阀阵列中的相邻光阀330之间的距离(例如，中心到中心距离)。例如，光阀330可以小于光阀阵列中的光阀330之间的中心到中心距离。例如，子像素尺寸可以被定义为光阀330的尺寸、或者对应于光阀330之间的中心到中心距离的尺寸。
在一些实施例中，多束元件320与对应的多视图像素306(即，子像素组和光阀330的对应组)之间的关系可以是一对一的关系。即，可以存在相等数量的多视图像素306和多束元件320。图4B通过示例的方式明确示出了一对一关系，其中每个多视图像素306包括不同一组光阀330(以及对应的子像素)被示为由虚线包围。在其他实施例(未示出)中，多视图像素306的数量和多束元件320的数量可以彼此不同。
在一些实施例中，多个多束元件中的一对多束元件320之间的元件间距离(例如，中心到中心距离)可以等于对应的一对多视图像素306(例如，由光阀组表示)之间的像素间距离(例如，中心到中心距离)。例如，如图4A所示，第一多束元件320a和第二多束元件320b之间的中心到中心距离d基本上等于第一光阀组330a和第二光阀组330b之间的中心到中心距离D。在其它实施例中(未示出)，多束元件320对和对应光阀组对的相对中心到中心距离可以不同，例如多束元件320可以具有元件间间距(即，中心到中心距离d)，其是大于或小于表示多视图像素306的光阀组之间的间距(即，中心到中心距离D)中的一种。
在一些实施例中，多束元件320的形状类似于多视图像素106的形状，或者等效地，类似于对应于多视图像素306的一组光阀330(或“子阵列”)的形状。例如，多束元件320可以具有正方形形状，并且多视图像素306(或对应的一组光阀330的布置)可以基本上是正方形。在另一示例中，多束元件320可以具有矩形形状，即，可以具有大于宽度或横向尺寸的长度或纵向尺寸。在该示例中，对应于多束元件320的多视图像素306(或等效地，一组光阀330的布置)可以具有类似的矩形形状。图4B示出了正方形形状的多束元件320和对应的正方形形状的多视图像素306的俯视图或平面图，所述多视图像素306包括正方形的一组光阀330。在又一示例(未示出)中，多束元件320和对应的多视图像素306具有各种形状，包括或至少近似为但不限于三角形形状、六边形形状和圆形形状。
此外(例如，如图4A所示)，根据一些实施例，每个多束元件320被配置为基于分配给特定多视图的子像素306的子像素的组，在给定时间向一个多视图像素306且仅一个多视图像素306提供定向光束302。具体地，对于多束元件320中的给定的一个以及子像素的组到特定的多视图像素306的分配，具有对应于多视图显示器的不同视图的不同主角方向的定向光束302基本上是限制于单个对应的多视图像素306及其子像素，即，对应于多束元件320的光阀330的单个组，如图4A所示。因此，多视图显示器300的每个多束元件320提供定向光束302的对应组，其具有与该多视图显示器的不同视图相对应的一组不同的主角方向(即，该组定向光束302包含具有与每个不同视图方向对应的方向的光束)。
多视图显示器300可以进一步包括光源340。根据各种实施例，光源340被配置为提供将在光导310内引导的光。具体地，光源340可以位于与光导310的入口表面或入口端(输入端)相邻。在各种实施例中，光源340可以包括基本上任何光源(例如，光发射器)，包括但不限于LED、或激光器(例如，激光二极管)或它们的组合。在一些实施例中，光源340可以包括光发射器，该光发射器被配置为产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本上单色的光。具体地，单色光的颜色可以是特定颜色空间或颜色模型(例如，红绿蓝(RGB)颜色模型)的原色。在其它示例中，光源340可以是被配置为提供基本上宽带或多色光的基本上宽带的光源。例如，光源340可以提供白光。在一些实施例中，光源340可以包括被配置为提供不同颜色的光的多个不同的光发射器。不同的光发射器可以配置为提供具有与光的每种不同颜色相对应的、引导光的不同的颜色特定的非零传播角的光。
在一些实施例中，光源340可以进一步包括准直器。准直器可以被配置为从光源340的一个或多个光发射器接收基本上未准直的光。准直器还可以被配置为将该基本上未准直的光转换成准直的光。具体地，根据一些实施例，准直器可以提供准直光，所述准直光具有以下特性：具有非零传播角、和根据预定准直因子被准直。此外，当采用不同颜色的光发射器时，准直器可以被配置为提供准直光，所述准直光具有以下中的一个或两者：不同的颜色特定的非零传播角、和不同的颜色特定的准直因子。如上所述，准直器进一步被配置为将准直光束传送到光导310，以作为引导光304传播。
在一些实施例中，多视图显示器300被配置为在穿过光导310的、与引导光304的传播方向303、303’正交(或基本上正交)的方向上对光基本上是透明的。具体地，在一些实施例中，光导310和隔开的多束元件320允许光通过第一表面310’和第二表面310”两者穿过光导310。至少部分地由于多束元件320的相对较小的尺寸和多束元件320的相对较大的元件间间距(例如，与多视图像素306一一对应)两者，所以可以促进透明度。此外，根据一些实施例，多束元件320对与光导表面310’、310”正交地传播的光也可以是基本上透明的。
根据各种实施例，可以使用各种各样的光学组件来生成定向光束302，包括光学地连接到光导310以散射出引导光304作为定向光束302的衍射光栅、微反射元件和/或微折射元件。注意，这些光学组件可以位于光导310的第一表面310’、第二表面310”处，甚至位于第一表面310’与第二表面310”之间。此外，根据一些实施例，光学组件可以是从第一表面310’或第二表面310”凸出的“正特征”，或者可以是凹入第一表面310’或第二表面310”的“负特征”。
在一些实施例中，光导310、多束元件320、光源340和/或可选的准直器用作多视图背光体。该多视图背光体可以与多视图显示器300中的光阀阵列结合使用，例如，作为多视图显示器220。例如，多视图背光体可以用作光阀330的阵列的光源(通常用作板背光体)，该光阀330的阵列调制由多视图背光体提供的定向光束302以提供多视图图像206的定向视图204，如上所述。
在一些实施例中，多视图显示器300可以进一步包括广角背光体。具体地，除了如上所述的多视图背光体外，多视图显示器300(或多视图系统200的多视图显示器220)还可包括广角背光体。例如，广角背光体可以与多视图背光体相邻。
图5示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的包括广角背光体350的多视图显示器300的截面图。如图所示，广角背光体350被配置为在第一模式期间提供广角发射光308。根据各种实施例，多视图背光体(例如，光导310、多束元件320和光源340)可以被配置为在第二模式期间提供定向发射光作为定向光束302。此外，光阀阵列被配置为在第一模式期间调制广角发射光308以提供二维(2D)图像，以及在第二模式期间调制定向发射光(或定向光束302)以提供多视图图像。例如，当将图5中所示的多视图显示器300用作多视图系统200的多视图显示器220时，可以由多视图相机阵列210的一个或多个相机捕获2D图像。因此，根据一些实施例，在第二模式期间，2D图像可以简单地表示场景202的定向视图204之一。
如图5的左侧所示，可以通过激活光源340以使用多束元件320来提供从光导310散射的定向光束302，来使用多视图背光来提供多视图图像(MULTIVIEW)。替代地，如图5的右侧所示，可以通过停用光源340并激活广角背光体350以将广角发射光308提供到光阀330的阵列，来提供2D图像。因此，根据各种实施例，包括广角背光体350的多视图显示器300可以在显示多视图图像与显示2D图像之间切换。
根据本文描述的原理的其他实施例，提供了一种捕获多视图图像的方法。图6示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的捕获多视图图像的方法400的流程图。如图6所示，捕获多视图图像的方法400包括使用彼此隔开第一基线距离的相机的第一子阵列，来捕获410场景的第一多个不同视图。在一些实施例中，相机的第一子阵列可以与多视图相机阵列100中的相机110的第一子阵列基本上相似。同样，根据一些实施例，所述场景可以与场景102基本上相似。
图6中所示的捕获多视图图像的方法400还包括：使用彼此隔开第二基线距离的相机的第二子阵列，来捕获420场景的第二多个不同视图。根据各种实施例，第一基线距离是第二基线距离的整数倍。此外，在各种实施例中，相机的第二子阵列中的至少一个相机是相机的第一子阵列的成员。在一些实施例中，相机的第二子阵列可以与上述多视图相机阵列100中的相机120的第二子阵列基本上相似。具体地，根据各种实施例，多视图图像包括使用相机的第一子阵列和相机的第二子阵列中的选定子阵列所捕获的场景的多个不同视图。
在一些实施例中，第一子阵列中相机的数量等于第二相机子阵列中相机的数量。在一些实施例中，多视图图像的不同视图的数量可以对应于相机的数量。在一些实施例中，用户输入可以确定相机的第一子阵列和相机的第二子阵列中的选定子阵列。替代地，在一些实施例中，多视图相机阵列中的相机的自动聚焦可以基于场景的焦平面自动确定第一相机子阵列和第二相机子阵列中的选定子阵列。
因此，已经描述了多视图相机阵列、捕获多视图图像的方法，以及包括多视图相机阵列和多视图显示器的多视图系统的示例和实施例，其中相机的子阵列包括至少一个公共相机。应当理解，上述示例仅仅是表示本文描述的原理的许多具体示例中的一些示例。显然，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，本领域的技术人员可以容易地设计出许多其它布置。

Claims (20)

1.一种多视图相机阵列，包括：
彼此隔开第一基线距离的相机的第一子阵列；以及
彼此隔开第二基线距离的相机的第二子阵列，所述第一基线距离是所述第二基线距离的整数倍，并且所述相机的第二子阵列中的至少一个相机是所述相机的第一子阵列的成员，
其中，第一相机子阵列和第二相机子阵列中的相机被配置为捕获场景的多个图像，所述多个图像表示所述场景的多视图图像的不同视图。
2.根据权利要求1所述的多视图相机阵列，其中，所述相机的第一子阵列中相机的数量等于所述相机的第二子阵列中相机的数量，所述多视图图像的不同视图的数量对应于所述相机的数量。
3.根据权利要求1所述的多视图相机阵列，其中，所述相机的第一子阵列和所述相机的第二子阵列中的每个都是线性阵列，所述相机的第二子阵列中的相机与所述相机的第一子阵列中的相机沿着公共线性轴交错。
4.根据权利要求1所述的多视图相机阵列，其中，所述相机的第一子阵列和所述相机的第二子阵列中的选定子阵列中的相机被配置为提供表示所述不同视图的所述场景的多个图像。
5.根据权利要求4所述的多视图相机阵列，其中，所述多视图相机阵列被配置为基于所述场景中的对象与所述多视图相机阵列之间的距离来确定第一相机子阵列和第二相机子阵列中的选定子阵列。
6.根据权利要求4所述的多视图相机阵列，其中，所述多视图相机阵列中的相机的自动聚焦被配置为基于焦平面来自动确定第一相机子阵列和第二相机子阵列中的选定子阵列。
7.一种多视图系统，包括：
具有多个相机子阵列的多视图相机阵列，所述多个相机子阵列被配置为捕获场景的多视图图像，所述多个相机子阵列中的相机子阵列彼此交错，并且所述相机子阵列中的至少两个相机子阵列具有公共相机；以及
多视图显示器，被配置为显示所述多视图图像，所述多视图图像的不同视图的数量对应于所述多视图相机阵列的相机子阵列中相机的数量，
其中，所述相机子阵列中的不同相机子阵列内的相邻相机之间的基线距离是彼此的整数倍。
8.根据权利要求7所述的多视图系统，其中，所述多个相机子阵列中的相机沿着公共线性轴布置，所述多视图相机阵列是线性阵列。
9.根据权利要求7所述的多视图系统，其中，多视图图像的所述不同视图对应于由所述多个相机子阵列中的选定相机子阵列中的不同相机所捕获的图像，所述选定相机子阵列为以下中的一个或两者：由用户选择的和根据所述场景中的对象与所述多视图相机阵列之间的距离自动选择的。
10.根据权利要求9所述的多视图系统，其中，所述距离由所述多视图相机阵列中的相机的自动聚焦条件确定。
11.根据权利要求7所述的多视图系统，其中，所述多个相机子阵列中的每个相机子阵列具有相等数量的相机。
12.根据权利要求7所述的多视图系统，其中，所述多视图显示器包括：
多视图背光体，所述多视图背光体包括光导；
彼此隔开的多束元件的阵列，并且所述多束元件的阵列被配置为将引导光从光导散射出，作为具有与所述多视图图像的视图方向相对应的方向的定向发射光；以及
光阀阵列，被配置为调制所述定向发射光以提供所述多视图图像，
其中，所述多束元件的阵列中的多束元件具有与所述光阀阵列中的光阀的尺寸相当的尺寸，并且具有与和所述多束元件相关联的多视图像素的形状类似的形状。
13.根据权利要求12所述的多视图系统，其中，由所述多束元件的阵列中的单个多束元件提供的定向发射光包括具有与所述多视图图像的视图方向相对应的不同主角方向的多个定向光束。
14.根据权利要求12所述的多视图系统，其中，所述多束元件的阵列中的多束元件包括光学连接到所述光导以散射出所述引导光作为所述定向发射光的衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个。
15.根据权利要求12所述的多视图系统，还包括光源，所述光源光学耦合到所述多视图背光体的光导的输入，所述光源被配置为提供所述引导光，所述引导光具有以下特性中的一个或两者：具有非零传播角和根据预定的准直因子被准直。
16.根据权利要求12所述的多视图系统，还包括广角背光体，所述广角背光体被配置为在第一模式期间提供广角发射光，所述多视图背光体被配置为在第二模式期间提供所述定向发射光，
其中，所述光阀阵列被配置为在所述第一模式期间调制所述广角发射光以提供二维图像，并且在所述第二模式期间调制所述定向发射光以提供所述多视图图像。
17.一种捕获多视图图像的方法，所述方法包括：
使用彼此隔开第一基线距离的相机的第一子阵列，来捕获场景的第一多个不同视图；以及
使用彼此隔开第二基线距离的相机的第二子阵列，来捕获场景的第二多个不同视图，所述第一基线距离是所述第二基线距离的整数倍，并且所述相机的第二子阵列中的至少一个相机是所述相机的第一子阵列的成员，
其中，所述多视图图像包括使用所述相机的第一子阵列和第二子阵列中的选定子阵列捕获的场景的多个不同视图。
18.根据权利要求17所述的捕获多视图图像的方法，其中，第一子阵列中相机的数量等于相机的第二子阵列中相机的数量，所述多视图图像的不同视图的数量对应于所述相机的数量。
19.根据权利要求17所述的捕获多视图图像的方法，其中，用户输入确定所述相机的第一子阵列和第二子阵列中的选定子阵列。
20.根据权利要求17所述的捕获多视图图像的方法，其中，所述多视图相机阵列中的相机的自动聚焦基于所述场景的焦平面来自动确定第一相机子阵列和第二相机子阵列中的选定子阵列。
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