CN111869202B - 用于减少自动立体显示器上的串扰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于减少自动立体显示器上的串扰的方法，其中，显示器包括沿视图改变层(例如双凸透镜堆叠或视差屏障)排列的像素阵列，显示器进一步包括用于确定观看者的眼睛相对于显示器的位置的眼睛跟踪系统，该方法包括以下步骤：‑为对应于像素或像素组的视图改变层部分定义公共非线性物理模型，该非线性物理模型具有用于相应像素或像素组相对于显示器的位置的至少一个变量、用于观看者的眼睛相对于显示器的观看位置的变量以及与变量相关的参数；‑通过对该显示器的所有像素或像素组重复以下步骤来校准该自动立体显示器：+通过从至少两个观看位置观察像素或像素组的可见度来获得校准数据；+将校准数据拟合到相应视图改变层部分的非线性物理模型上，以获得与变量相关的参数；以及+存储相应视图改变层部分的参数；‑控制自动立体显示器的像素以显示3D图像，其中，控制至少包括以下步骤：+使用眼睛跟踪系统确定观看者的眼睛的观看位置；+考虑像素或像素组相对于观看位置的位置来呈现图像数据的3D图像，同时使用公共非线性物理模型和对应于像素组的像素的视图改变层部分的所存储的参数来校正每个像素或像素组的3D图像。

Description

用于减少自动立体显示器上的串扰的方法
技术领域
本发明涉及一种用于减少自动立体显示器上的串扰的方法，其中，该显示器包括沿视图改变层(例如双凸透镜堆叠或视差屏障)排列的像素阵列，该显示器进一步包括用于确定观看者的眼睛相对于显示器的位置的眼睛跟踪系统。
背景技术
通过自动立体显示器，可以向观看者提供三维图像的体验，而无需观看者佩戴特殊的眼镜。在显示器上设置的视图改变层(其通常为双凸透镜堆叠或视差屏障)允许显示器上的像素仅由观看者的左眼或右眼看到。这提供了使用显示器为左眼和右眼创建不同图像的可能性，使得观看者将体验三维图像。
在自动立体显示器上显示的所创建的不同图像是基于观看者的单个观看位置的。一旦观看者相对于显示器偏移，图像就失去同步并且失去对三维图像的感知。为此，已知使用眼睛跟踪系统来确定眼睛的位置，使得可以将显示器的所生成的图像调整到观看者的位置。
在所感知的三维图像中提供干扰的另一方面是串扰。由于双凸透镜堆叠或视差屏障的形状，来自像素的一些光将从一只眼睛的图像泄漏到另一只眼睛，使得在左眼的图像中存在右眼的重影图像，且反之亦然。已知对重影图像的图像进行补偿，使得串扰减少。
然而，这种串扰补偿仅在自动立体显示器完全均匀并且没有任何缺陷的情况下有效。然而，由于制造公差，情况将不是这样，这就使得在自动立体显示器上显示的三维图像中通常存在至少一些串扰。
制造公差可由双凸透镜堆叠上的不均匀间距、透镜堆叠与显示器的像素之间的不均匀间距、显示器的像素之间或甚至子像素之间的不均匀间距引起，使得三原色之间的串扰甚至可能不同。类似的容差也适用于自动立体显示器的其他原理，例如视差屏障显示器。此外，透镜堆叠内的反射和透镜像差也可能导致串扰。
US 20060268104提供了一种用于进一步减少自动立体显示器中的串扰的方法。在该公开中，建议对自动立体显示器应用校准步骤，使得可以进一步减少重影图像。为了获得校准数据，此公开参考US 5777720的方法。在US 5777720中，描述了显示测试图像并且观看者确定最佳观看位置。然后，存储该位置，以根据观看者的位置校正图像。
利用该校准方法，可以根据观看者的眼睛的位置提供校正。甚至可以为显示器的像素组或特定像素提供单独的校正值，但这将产生大量的校准数据。
此校准数据可存储在表中，使得可在图像的呈现期间查找校正值。然而，数据量(尤其是对于每像素串扰补偿)使得需要大量内存且需要足够的处理能力以能够实时提供串扰校正。
期望能够生产出以下自动立体显示器，其中，简单的图像数据可被提供给该自动立体显示器，并且其中，显示器将该图像数据转换成三维图像。由于所需的处理能力，如果使用根据现有技术的校准方法，则显示器中的控制器的成本将太高。特别地，存储校准数据所需的内存量将使成本过度地增加。
因此，本发明的目的是减少或者甚至消除上述缺点。
发明内容
根据本发明，通过一种用于减少自动立体显示器上的串扰的方法来实现该目的，其中，显示器包括沿视图改变层排列的像素阵列，该显示器还包括用于确定观看者的眼睛相对于显示器的位置的眼睛跟踪系统，该方法包括以下步骤：
-为对应于像素或像素组的视图改变层部分定义公共非线性物理模型，该非线性物理模型具有用于相应像素或像素组相对于显示器的位置的至少一个变量、用于观看者的眼睛相对于显示器的观看位置的变量以及与变量相关的参数；
-通过对显示器的所有像素或像素组重复以下步骤来校准自动立体显示器：
+通过从至少两个观看位置观察像素或像素组的可见度来获得校准数据；
+将校准数据拟合到相应视图改变层部分的非线性物理模型上，以获得与变量相关的参数；以及
+存储相应视图改变层部分的参数；
-控制自动立体显示器的像素以显示3D图像，其中，控制至少包括以下步骤：
+使用眼睛跟踪系统确定观看者的眼睛的观看位置；
+考虑像素或像素组相对于观看位置的位置来呈现图像数据的3D图像，同时使用公共非线性物理模型和对应于像素组的像素的视图改变层部分的所存储的参数来校正每个像素或像素组的3D图像。
通过根据本发明的方法，定义视图改变层部分的公共非线性物理模型，使得可拟合像素或像素组的校准数据，并且仅需要存储有限数量的参数。然后，所存储的参数可与相同的公共线性物理模型一起使用以再现校准数据并校正所呈现的图像。
因此，可以大幅减少内存量，降低成本并使得具有集成的串扰校正的显示器在经济上是可行的。
因为串扰至少取决于观看者相对于显示器的位置和要校正串扰的像素或像素组的位置，所以非线性模型至少具有这些变量作为输入。模型进一步考虑视图改变层和像素的物理形状和尺寸。
通过从至少两个观看位置观察像素或像素组来获得校准数据，使得对于特定自动立体显示器，确定特定像素或像素组是否可如预期那样被观看，或者由于制造公差而需要校正。可通过具有足以避免莫尔效应的分辨率的相机对显示器的特定像素进行放大和/或使相机散焦来进行观察，因为仅需观察像素的可见度即可。此外，可通过将相机布置在机器人臂等上来自动改变观看位置，从而允许相机定位在多个观看位置。
优选地，将插值用于像素组以确定每个像素的校正。虽然可以使用像素组的恒定校正值，但是具有插值将进一步增加串扰补偿的准确性。
在根据本发明的方法的又一个实施方式中，每个像素包括至少两个子像素，优选三个子像素。这三个子像素通常会产生红、绿、蓝三原色。
在根据本发明的方法的另一优选实施方式中，公共非线性物理模型还包括对应于特定子像素的可变和对应的参数，并且其中，在获得校准数据期间，观察像素内的每个子像素的可见度。
由于子像素彼此相邻布置，每个子像素的位置相对于显示器会有微小的变化。由于这种位置上的微小差异，当分为三原色时重影图像会存在一些差异。因此，通过子像素级的校正，串扰将进一步减小。为了从模型获得校正值，模型设置有指示特定子像素的变量。
在根据本发明的方法的又一优选实施方式中，公共非线性物理模型还包括对应于眼睛的六个自由度运动的可变和对应的参数，并且其中，眼睛跟踪系统在控制显示器的像素期间确定观看者的眼睛的所述六个自由度运动。
在观看显示器时，每只眼睛在三维上的两个位置都会对所观察到的串扰有影响。如果观看者将从眼睛的眼角观看，那么眼睛之间的有效距离将小于观看者笔直向前看时的有效距离。而且，这样的变化对感知到的串扰有影响，并且如果非线性物理模型将这些变化考虑在内，则可以对其进行补偿。
然而，对于根据本发明的简化方法，可以使用观看者的双眼之间的中心。
附图说明
将结合附图阐明本发明的这些和其他特征。
图1示意性地示出了自动立体显示器的基本功能。
图2示意性地示出了具有眼睛跟踪系统和用于获得校准数据的相机的图1的自动立体显示器。
图3A和图3B示出了根据本发明的方法的实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出自动立体显示器1，其具有沿双凸透镜堆叠4排列的像素2、3的阵列。像素2、3通常具有三个子像素，如红、绿和蓝子像素。然而，为了清楚起见，在图中未示出这些子像素。
当观看者V用左眼5和右眼6观看屏幕时，透镜堆叠4的双凸透镜将像素2的光引导向右眼6，而像素3的光引导到左眼5。因此，当观看者V正确地位于显示器1的前面时，左眼5将仅看到像素3，而右眼6将仅看到像素2。这使得能够利用像素2创建与利用像素3创建的图像不同的图像。因此，观看者V将体验三维图像。
图2示出了具有安装在显示器1上方的眼睛跟踪系统7的显示器1，以建立观看者V的眼睛5、6相对于显示器1的位置。
为了获得校准数据，相机8被定位在显示器1的前面并且观察像素组9。观察数据是根据本发明的方法来处理的，将结合图3A和图3B对其进行阐述。
在观察像素组9之后，观察并处理下一个像素组，使得观察到显示器1的整个表面。
然后，相机8移动到可以在任何三维方向上的下一个位置，并且再次扫描和观察显示器1。
图3A和图3B示出了根据本发明的方法的示意图20，该示意图在图3A中开始并且在图3B中继续。
在步骤21中，定义对应于像素2、3或像素组9的双凸透镜堆叠部分4的公共非线性物理模型M。该模型M至少具有像素Pp的位置的变量和观看者V的眼睛相对于显示器1的位置Pv的变量。该模型可以取决于更多的变量，诸如子像素位置和眼睛的六个自由度运动，但是为了清楚起见，在图中示出了简单的模型M。
在下一步骤22中，观察像素2、3或像素组9，如图2中所解释的，以从特定观看位置获得特定像素的校准数据。
在从多个观看位置获得所有像素2、3或像素组9的所有校准数据之后，在步骤23中，将特定像素2、3或像素组9的校准数据拟合到模型M上以获得多个参数，从而根据观看位置Pv估计所述特定像素2、3或像素组9的校准数据。在步骤24中将这些参数存储到存储器25中。
在图3B中继续，现在在生产情况下使用所存储的参数。根据本发明，在步骤26中，由眼睛跟踪系统7确定观看者V相对于显示器1的位置。
然后，在步骤27中，结合模型M和存储在存储器25中的参数来使用该观看位置，以呈现图像数据D的3D图像。在步骤28中，所呈现的3D图像用于控制显示器1的像素2、3。
然后，对新的图像数据D重复步骤26、27、28的循环，以呈现和显示新的3D图像。

Claims (6)

1.一种用于减少自动立体显示器上的串扰的方法，其中，所述显示器包括沿视图改变层排列的像素阵列，所述视图改变层是双凸透镜堆叠或视差屏障，所述显示器进一步包括用于确定观看者的眼睛相对于所述显示器的位置的眼睛跟踪系统，所述方法包括以下步骤：
-为对应于像素或像素组的视图改变层部分定义公共非线性物理模型，所述公共非线性物理模型具有用于相应像素或像素组相对于所述显示器的位置的至少一个变量、用于观看者的眼睛相对于所述显示器的观看位置的变量以及与所述用于相应像素或像素组相对于所述显示器的位置的至少一个变量和所述用于观看者的眼睛相对于所述显示器的观看位置的变量相关的参数；
-通过对所述显示器的所有像素或像素组重复以下步骤来校准所述自动立体显示器：
+通过从至少两个观看位置观察像素或像素组的可见度来获得校准数据；
+将所述校准数据拟合到相应视图改变层部分的所述公共非线性物理模型上，以获得校准后的与所述用于相应像素或像素组相对于所述显示器的位置的至少一个变量和所述用于观看者的眼睛相对于所述显示器的观看位置的变量相关的参数；以及
+存储所述相应视图改变层部分的所述校准后的与所述用于相应像素或像素组相对于所述显示器的位置的至少一个变量和所述用于观看者的眼睛相对于所述显示器的观看位置的变量相关的参数；
-控制所述自动立体显示器的所述像素以显示3D图像，其中，所述控制至少包括以下步骤：
+使用所述眼睛跟踪系统确定观看者的眼睛的观看位置；
+考虑所述像素或像素组相对于观看位置的位置来呈现图像数据的3D图像，同时使用所述公共非线性物理模型和对应于像素或像素组的所述视图改变层部分的所存储的所述相应视图改变层部分的所述校准后的与所述用于相应像素或像素组相对于所述显示器的位置的至少一个变量和所述用于观看者的眼睛相对于所述显示器的观看位置的变量相关的参数来校正每个像素或像素组的3D图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于像素组，使用插值来确定每个像素的校正。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每个像素包括至少两个子像素。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每个像素包括三个子像素。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述公共非线性物理模型还包括与特定子像素对应的可变的参数，并且其中，在获得校准数据期间，观察像素内的每个子像素的可见度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述公共非线性物理模型还包括与眼睛的六个自由度运动对应的可变的参数，并且其中，所述眼睛跟踪系统在控制所述显示器的像素期间确定所述观看者的眼睛的所述六个自由度运动。
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