CN112041728B - 用于在移动显示屏幕上显示具有n个视点的自动立体视觉图像的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在围绕实轴或虚轴旋转的移动显示屏幕(10)上显示由根据预定混合方案交织的N个元素图像形成的N视图自动立体视觉图像的系统和方法，所述实轴或虚轴从所述屏幕的显示屏幕垂直延伸，所述屏幕包括按行和列布置的像素阵列，被光学组件(11)覆盖，其中主轴相对于所述列的方向倾斜角度αo，并且被配置为当所述屏幕被定向在初始观察方向(20)上时，使得预定的多对视点可以分别投射到观察者的右眼和左眼，所述方法包括以下步骤：使屏幕(10)枢转；检测所述屏幕(10)的枢转角度α；使所述N个元素图像旋转所述检测到的枢转角度α的相反角度；对根据所述N个元素图像的所述混合方案在所述初始方向上旋转的N个元素图像进行交织；在所述显示屏幕上显示所述N个元素图像。

Description

用于在移动显示屏幕上显示具有N个视点的自动立体视觉图 像的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于自动立体视觉显示的系统和方法。本发明更具体地涉及一种用于在围绕实轴或虚轴旋转的移动显示屏幕上显示具有N个视点的自动立体视觉图像的方法和系统，所述实轴或虚轴垂直于屏幕显示器的平面延伸。

背景技术

自动立体视觉是使得图像能够以浮雕显示、而不需要观察者佩戴特殊眼镜的技术。该技术本身构成先验知识，特别是参照以申请人的姓名提交的专利文档WO2006/024764、WO2014/041504、WO2013/140363和WO2104/016768。

一般来说，自动立体视觉图像由与同一物体或同一场景来自不同视点的图像相对应的、根据预定混合方案交织的多个元素图像组成。通常构成圆柱透镜阵列或视差屏障的选择器装置被布置在显示屏幕的前面，以便使得与单个场景的两个不同视点相对应的一对元素图像可以朝向观察者的两只眼睛中的每个投射，这在观察者的大脑中创建浮雕的印象。

已知的自动立体视觉技术的缺点之一在于在屏幕上必须同时显示的大量视点。实际上，不同于只有两个视点是必要的眼镜技术，自动立体视觉需要大量视点来确保观察者不受定位约束的阻碍。

在自动立体视觉的背景下，屏幕可以被认为是“佩戴”眼镜。已知组合良好的屏幕分辨率、观察的图像的质量和观察者在屏幕前面的移动自由度的良好的折衷是使用八个不同的视点。

申请人已经提出了包括按行和列布置的像素矩阵的自动立体视觉屏幕，每个像素由多个不同颜色的子像素组成。屏幕被进一步覆盖相同的圆柱透镜的网络，每个透镜具有被配置为使得它将来自屏幕的光线返回到无限远处的焦距。透镜的宽度大致等于8个子像素的宽度(因为申请人建议每一个透镜、每一个视点和每一条水平线使用单个子像素，而不是一个像素)。然而，在这不实质性修改实现的效果的情况下，其他配置是可能的。圆柱透镜网络的间隔被精确地计算，以使得由于透镜网络的放大效应，观察者在离屏幕的预定距离(被称为平渲距离，例如固定在85cm处)处看见连续6.5cm(眼睛之间的平均距离，被选为计算的基准)的图像偏移。

该放大效应是由放置在右侧距离(其焦距)处的透镜放大与其光轴和观察者的眼睛的瞳孔对齐的子像素的事实而导致的。如果透镜被放大8倍，则通过透镜看见的子像素被感知到比它原样宽8倍，并且从通过该透镜接收光的眼睛使没有达到上述对齐的其他的7个子像素模糊。

因此，观察者利用每个眼睛仅感知到屏幕的分辨率的八分之一。被组合形成图像或视点的这些子像素全都被垂直于透镜的轴放大8倍(在操作中)，该轴平行于圆柱透镜的子午线。分辨率的7/8仍存在以根据相同的方法呈现7个其他的视点。

屏幕前面的空间然后被划分为52cm的区域(被称为叶瓣)，在这些区域中，可以每一6.5cm连续地感知到8个视点。当从一个叶瓣移动到下一个叶瓣时，连续8个相同的视点被看见。实际上，相同的子像素是通过在同一透镜阵列被向右或者向左移动一个透镜的情况下、通过视差效应的放大效应而被观察的，因为像素的平面和透镜网络的光学中心的平面彼此远离。

因此，平行于屏幕的平面移动并且离它85cm(在平渲距离被设置为85cm的情况下)、从最右侧位置移动到最左侧位置(或者反过来)的观察者仅用一只眼睛就每一6.5cm看见一个接一个的视点，每个系列8个形成叶瓣，相同的8个形成第二个叶瓣，依此类推。

观察者的两只眼睛(平均来说相隔6.5cm)在右眼看见视点n(就具有8个视点的屏幕来说，n在1和8之间)时，左眼看见n-1或n+1处的互补点，并且观察者感知到浮雕般的图像。当观察者移到左边或者移到右边时，他的眼睛改变位置，因此视点、同时观看实像的感觉持续存在。

大多数自动立体视觉图像显示装置包括被配置为对于屏幕的预定定向有效的光学组件。实际上，透镜阵列的透镜可以要么是球形，要么是圆柱形，并且视差屏障可以由小的透明的棋盘区域或与不透明的线交替的连续的线组成。就圆柱透镜来说，放大效应仅在子午线的方向(垂直于发生器)上，就视差屏障来说，掩蔽效果垂直于不透明的线和透明的线操作。

但是使用球形透镜在两个方向上引起将同时损失的分辨率，这严重地影响感知到的质量。另外，像素阵列的结构的各向异性在平行于连续的、黑色的、并且相对于像素的高度、通常厚度非常大的线的方向上产生非常显著的干涉图样。

因此总是优选的是使用具有几乎垂直的轴的圆柱透镜或具有等同定向的视差屏障。

因此，为了使用放大效应来分离色点(就圆柱透镜来说)，当色点在三元组R、V、B或其他组合中、在水平方向上一个接一个、从而形成水平线的像素中的每个像素时，透镜的轴必须大致垂直。

申请人已经提出了将透镜网络的轴倾斜大约18°的角度αo以克服前述问题。

申请人还提出了在垂直方向上具有其最大方向的屏幕上显示自动立体视觉图像的方法。

换句话说，到目前为止，显示屏幕的选择确定该屏幕可以如何被用于显示自动立体视觉图像。相反，意图与自动立体视觉显示屏幕一起使用的应用决定适合于该用途的屏幕的类型。换句话说，无论什么像素阵列被使用、以及无论什么用于选择用于自动立体视觉的视点的技术，某个使用方向由技术参数集合限定，不管它们是应归于屏幕制造商的规范、还是应归于被选择用来产生自动立体视觉的技术。

发明人因此一直试图提出克服目前屏幕的使用中固有的这个限制的新的显示方法。具体地说，发明人一直试图提供这样的方法，该方法用于在可以围绕与屏幕的平面大体上成垂直角度延伸的轴(实轴或虚轴)旋转的显示屏幕上显示自动立体视觉图像，以使得显示可以适应屏幕的定向，以使得不管屏幕的方位如何，特别是在纵向模式或横向模式下，或者在纵向模式和横向模式之间的任何中间方位上，同一屏幕都可以被用于投射自动立体视觉图像。

这样的显示方法因此特别适合于交替地使用的以及根据所涉及的应用、水平地或垂直地、或者甚至在水平位置和垂直位置之间的一个或多个中间位置上使用的移动屏幕，诸如移动电话或平板。

发明内容

本发明的目的

本发明旨在提供一种用于在移动显示屏幕上显示具有N个视点的自动立体视觉图像的系统和方法，该系统和方法使得投射的自动立体视觉图像对于围绕垂直于其显示平面的轴的多个屏幕方位能够保持，该旋转轴可以是实轴或虚轴。

本发明的目的具体说是提供一种用于自动立体视觉显示的系统和方法，该系统和方法使得用户可以在一个方向或另一个方向上转动显示装置并且继续看见浮雕般的图像。

本发明还旨在在本发明的至少一种生产方法中提供一种用于显示自动立体视觉图像的方法和系统，该方法和系统使得可以对于多个显示屏幕方位方向保持相同的浮雕效果。

本发明还旨在在本发明的至少一种生产方法中提供一种可以适应不同类型的屏幕、特别是移动电话或触摸平板的屏幕的方法和显示系统。

本发明的介绍

为了这样做，本发明涉及一种在围绕虚轴或实轴旋转的移动显示屏幕上显示自动立体视觉图像的方法，所述自动立体视觉图像包括从1到N连续编号的一系列N个视点，所述视点由根据预定混合方案交织的N个元素图像形成，所述虚轴或实轴从所述屏幕的显示平面垂直延伸，所述屏幕包括按行和列布置的像素矩阵，每个像素由多个不同颜色的子像素组成，每个子像素对应于所述图像的一个视点。

另外，所述显示屏幕被由视差屏障或圆柱透镜的网络形成的光学组件覆盖，主轴相对于所述列的方向倾斜角度αo，并且被配置为当所述屏幕根据优选的观察方向被定向时，使得至少一个视点的预定的多对不同的视点的投射可以分别显示给观察者的左眼和右眼，所述预定的多对不同的视点由所述系列N个视点内的两个不同的且分离的视点形成，所述观察者位于离所述屏幕标称距离处，所述标称距离被称为平渲距离。

根据本发明的方法的特征在于，所述方法包括：

-从与所述优选的观察方向相对应的初始位置朝向被称为被枢转位置的位置的显示屏幕枢转阶段；

-所述显示器在所述初始位置和被枢转位置之间的枢转角度α检测阶段；

-前述N个元素的旋转阶段，形成检测到的所述枢转角度α，-α的相反角度的N个视点；

-在所述初始方向上根据所述N个元素图像的所述混合方案对枢转的N个元素图像进行交织的阶段；

-用于以观察者在所述被枢转的屏幕上感知到浮雕般的图像的这样的方式在所述显示屏幕上显示旋转的这些N个元素图像的阶段，所述浮雕般的图像沿着所述优选的方向延伸，由所述一系列视点中的多对不同的连续的视点组成，并且所述视点分别被朝向所述观察者的右眼和左眼投射。

根据本发明的一种方法因此使得自动立体视觉图像的浮雕般的投射对于屏幕的相对于其初始方向的多个方位可以保持。

初始水平方向被认为是子像素线的方向，不管屏幕最初是处于横向模式，还是纵向模式。

所述屏幕上出现的旋转可以由相对于从屏幕的中心延伸的虚轴手动地旋转屏幕组成。该旋转也可以由相对于中心轴旋转屏幕组成，在这种情况下，该旋转是居中的旋转与水平和/或垂直平移的组合。

如果考虑配备有具有相对于列的方向以大约18°的角度αo倾斜的主轴的光学组件的屏幕，则屏幕然后被旋转90°的角度(在该例子中，α因此等于90°)，以便切换到纵向模式下的观察位置，根据本发明的方法使得同一图像在横向模式和纵向模式这两种模式下可以在近摄格式中、以相同的浮雕显示，所述近摄格式可以被平移，要么通过裁剪，要么通过所述图像的一部分的丢失以及屏幕的不再被使用的部分的中性填充。

改变视点所需的水平位移在平渲距离处为6.5cm，以使得改变视点所需的垂直位移为6.5×3cm。大约18°的角度通过对于3个像素垂直偏移、1个像素水平偏移而获得。另外，构成每个像素的三个色点被组装以大致形成正方形。换句话说，色点内接在并置的三个小的矩形中，高度为它们的宽度的三倍以形成正方形像素。在包括OLED技术的某些屏幕上，制造商已经在保持大致正方形像素的原理的同时添加了白色。

当观察者水平移动时，由于光学组件被设计为相对于屏幕的线和列成一角度的事实，他通过各种视点比他在垂直方向上通过视点时快三倍。

如果透镜网络完全垂直，则该现象将不会存在。本发明因此由使用倾斜的光学组件的这个特性以便根据不同于初始方位的方位创建浮雕视觉组成。

平均参考观察者的眼睛相隔大约6.5cm。因此有必要的是视点在垂直方向上每个移动6.5cm，如果希望使用该方向来显示浮雕般的图像的话。因为视点在垂直方向上的移动比水平方向上的移动慢三倍，所以如果视点按升序从1到N编号，则水平方向上的多对视点的范围因此为1，-4 2，-5；3，-6等，以能够在垂直方向上显示对1-2；2-3；3-4等。

情况如此，观察者可以在水平定向的屏幕上显现浮雕图像，然后将它旋转90°，并且根据与初始位置上的混合方案相同的混合方案，垂直地显示不同的视点的元素图像，这个同一观察者可以在对设备没有任何修改的情况下，以浮雕显现同一垂直图像。

就正方形图像来说，为了使得它可以在两个方向上被连续地观察到，在利用与用于水平显示相同的混合算法对形成自动立体视觉图像的元素图像进行交织之前，必须旋转所有的这些元素图像，另一方面，在可用的图像系列中，选择彼此距离三倍远的图像以便实现相同的浮雕感觉。

实际上，在没有本发明时，水平方向上，观察者自然地看见图像1和4，而垂直方向上，他看见图像1和2，散度比水平方向的散度小三倍。

根据本发明的方法因此特别适合于根据应用、在纵向模式或横向模式下使用的移动设备，诸如移动电话和平板。

另外，这些装置一般包括用于检测设备的方位的部件，诸如使用加速度计和/或陀螺仪的惯性单元，该部件使得用户可以在两个方位上使用他们的设备，而不必明确地确认这。

甚至存在使用屏幕的最轻微的移动来修改观察到的内容的应用，从而用作用于操纵和播放的直观的控制接口。

在移动装置中实现的根据本发明的方法因此使得设备可以在纵向模式和横向模式这两种模式下被使用，而无需物理地改变屏幕。

有利地，根据本发明，在对应的优选方向上朝向观察者投射的上述视点(对距离敏感的，也就是说，立体的)对应于用户在该优选方向上移动到上述平渲距离所需的移动范围，以便从一个视点移到另一个视点；所述方法另外还包括计算根据在上方看见的枢转角度α修改的立体基准的阶段，枢转角度α被检测到以使得被以上光学组件在以上枢转位置上朝向观察者投射的多对视点与在初始方向上投射的那些视点是相同的，以使得观察者在屏幕被以上述枢转角度枢转时具有与屏幕被枢转之前相同的浮雕感觉，除了在其上观察者的眼睛的轴与透镜网络的透镜的轴一致的屏幕枢转角度之外。

根据这个有利的变化，所述方法还包括计算根据优选的观察方向上的立体基准修改的立体基准、光学组件相对于垂直平面的倾角αo、以及相对于初始方向的屏幕枢转角度α的阶段。

初始方向上的立体基准是显示屏幕的取决于使用的像素阵列、使用的透镜网络、以及特别是其间距和其焦距的固有特性。

这个修改的立体基准的计算和根据这个修改的立体基准的图像显示使得不改变的浮雕感觉能够保持，而不管屏幕的方位如何(除了如上说明的并且与使观察者的眼睛的轴和透镜网络的透镜的轴重合的屏幕枢转角度相对应的、不可能有浮雕视觉的方位之外)。

有利地，根据本发明，所述方法还包括用于检测在观察者的眼睛之间延伸的轴、以使得上述优选方向可以相对于初始位置限定的阶段。

本发明的这个变体使得观察者的眼睛的轴可以被自动地检测，以便连续地跟随屏幕相对于优选的观察者的眼睛的轴的明显旋转。这样，可以倾斜观察的图像以使得图像一直平行于眼睛的轴、或水平于眼睛的轴、或者根据预选的方向定向。图像在根据相同的混合方案交织之前、通过使立体基准适应检测到的旋转角度以使得浮雕感觉不变而被以相同的方式倾斜(也就是说，好像它们是水平的，对应于初始位置)。

因此，如果屏幕附连到转向轮，则本发明使得该轮可以被转动，这使屏幕枢转，然而，从驱动器的视点，图像保持水平，并且由于观看的图像在旋转时保持内接在矩形或其他形式内的要求，利用靠近可用边界的修改，连续地可以观察到。

就游戏机来说，该特征通过不断地修改主轴、元素图像的显示和立体基准以便呈现持续有效并且在生理上合适的窗口来使得屏幕的位置及其移动可以被使用以便控制装置，而不损失浮雕映像。

当用户的眼睛的轴降至与透镜网络的透镜的轴完全平行时，两只眼睛都看见元素图像。此外，浮雕感觉消失。

换句话说，本发明使得显示屏幕无论什么枢转角度，浮雕感觉都可以得以保持，除了在其上用户的眼睛的轴降至与透镜网络的透镜的轴完全平行的屏幕方位之外。

根据透镜网络的角度和元素图像的混合方案，存在对于其、两只眼睛都将看见同一视点的方位。例如，如下面的详细描述中所说明的，就倾斜18°的透镜网络来说，对于相对于透镜网络的原点、90°和127°之间以及270°和307°之间的枢转角度，浮雕感觉消失。对于所有的其他的枢转角度，本发明使得浮雕感觉可以得以保持。

根据本发明的一种方法使得所有类型的自动立体视觉图像可以被显示，而不管构成自动立体视觉图像的视点的数量如何。本发明可以例如使得由8个视点(N＝8)组成的图像可以被显示。

根据本发明的有利的变体，所述方法还使得具有2个视点(N＝2)的自动立体视觉图像可以被显示。

为了这样做，其中所述显示屏幕在所述初始位置和所述枢转位置之间的枢转角度α的上述阶段包括在每个时刻发生的对于观察者的眼睛之间的轴的检测阶段，以便使得所述初始方向和观察者的眼睛之间的轴之间的角度可以被限定，该角度是枢转角度α。

根据该变体的方法从而使得观察者的眼睛的位置可以被检测到，因此使得显示能够根据在观察者的眼睛之间的轴和显示屏幕的初始方向之间检测到的角度被改动。因此不管检测到的角度如何，都可以以两个视点分别被呈现给观察者的右眼和左眼的这样的方式显示图像。

有利地，根据本发明，所述预定混合方案在于将不同颜色的子像素的每个视点相对于其在前一条线上的位置，从像素矩阵的一条线移置到下一条线，其中角度αo相对于优选方向被设置为大约18°。

根据该变体，所述角度αo被设置为大约18°。这个有利的变体是针对在水平平面上具有优选方向的屏幕特别设计的。如以上所指示的，因为垂直方向上的视点的移位比水平方向上慢三倍，所以如果一系列视点按升序从1到N编号，则水平方向上的视点对因此被选为：1-4；2，-5；3，-6等，以使得以下对可以在垂直方向上显示1-2；2-3；3-4等。

然而，根据其他变体，光学组件可以具有相对于列的方向不同的倾角，而这不会改变本发明。除了18°之外的倾角仅随着检测到的枢转角度α的变化，修改视点分布和显示的改动。

因此，根据本发明的另一变体，所述预定混合方案在于将不同颜色的两个子像素的每个视点相对于其在前一条线上的位置，从像素矩阵的一条线移动到另一条线，并且角度αo相对于初始方向被设置为大约33°。

大约33°的角度αo对应于对于3个像素垂直偏移、2个像素水平偏移。此外，如果我们对形成自动立体视具体图像的元素图像进行交织以使得视点在每次线改变时被移动两个子像素(每个子像素的高度为宽度的三倍)，则垂直方向上的视点的移动因此是一个，比水平方向上慢一半。此外，如果一系列视点按升序从1到N编号，则水平方向上的多对视点可以被选为1-4；2，-5；3，-6等，以便在垂直方向上显示1-3对；2-4；3-5等，因此在垂直方向上和在水平方向上非常类似地保持浮雕感觉。

本发明还涉及一种用于显示自动立体视觉图像的系统，所述自动立体视觉图像包括从1到N连续编号的一系列N个视点，所述视点由根据预定混合方案交织的N个元素图像形成，所述系统包括：

-移动显示屏幕，所述移动显示屏幕围绕从所述屏幕的显示平面垂直延伸的虚轴或实轴旋转，所述屏幕包括按行和列布置的像素阵列，每个像素由不同颜色的多个子像素组成，每个子像素对应于所述图像的一个视点，

其特征在于，所述系统进一步包括：

-安装在所述屏幕上的视差屏障或圆柱透镜的网络类型的光学组件，其中主轴相对于所述列的方向倾斜角度αo，并且被配置为当所述屏幕根据优选的观察方向被定向在被称为初始位置的位置上时，使得至少一个视点的预定的多对不同的视点可以分别投射到观察者的左眼和右眼，所述预定的多对不同的视点由所述系列N个视点中的彼此分离的两个视点形成，所述观察者位于离所述屏幕标称距离处，所述标称距离被称为平渲距离；

-用于检测所述显示屏幕在所述初始位置和被枢转位置之间的枢转角度α的部件；

-用于使形成所述N个视点的所述N个元素图像旋转检测到的所述枢转角度α的相反角度，也即是说-α，的模块；

-用于在所述初始位置上根据所述N个元素图像的所述混合方案混合枢转的所述N个元素图像的模块；

-用于在所述显示屏幕上显示枢转的所述N个元素图像以使得观察者可以在所述旋转的屏幕上感知到浮雕图像的模块，所述浮雕图像沿着所述优选的方向延伸，由所述一系列视点中的多对连续的不同的视点形成，并且所述视点分别被投射到所述观察者的右眼和左眼。

根据本发明的显示系统有利地实现根据本发明的显示方法，根据本发明的显示方法有利地由根据本发明的显示系统实现。

此外，根据本发明的显示方法的优点和效果适用于根据本发明的显示系统。

在整个文本中，模块意指可以被单独地编译、要么用于独立使用、要么与程序的其他模块汇编的软件组件、软件程序的子集、或硬件组件、或硬件组件和软件子程序的组合。优选地，根据本发明的系统的模块是意图被与显示屏幕组合的微处理器执行的软件程序的子集。

有利地，根据本发明，所述系统进一步包括以下部件，该部件用于检测观察者的眼睛之间的轴以便相对于该轴限定所述初始方向，从而形成新的优选方向。

这些检测部件可以是任何合适的类型。它可以例如是在英语术语中被称为检测观察者的眼睛的位置并且识别检测到的这两只眼睛之间的轴的“跟踪”装置的装置。

有利地，根据本发明，用于检测所述显示屏幕在所述初始位置和被旋转位置之间的枢转角度α的所述部件包括与所述显示屏幕构成整体的惯性单元。

这样的中央单元包括例如被配置为能够检测与该中央单元集成的显示屏幕的空间中的位置的一个或多个加速度计和一个或多个陀螺仪。

有利地，根据本发明，所述显示屏幕是8视点屏幕。

这样的屏幕优选地是触控板或智能电话的显示屏幕。

本发明还涉及其特征在于按上述或下述特性中的全部特性或一些特性组合的显示方法和显示系统。

附图说明

在阅读仅作为非详尽的例子给出的并且参照附图的以下描述时，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中：

-图1是根据本发明的一种生产方法的显示系统的示意图；

-图2是由根据本发明的系统实现的根据本发明的一种生产方法的方法的示意图；

-图3a、3b和3c是通过根据本发明的方法、随着屏幕的方位的变化呈现给位于平渲距离的观察者的每只眼睛的视点的示意图；

-图4是显示屏幕在水平位置上的示意图，在水平位置上，表示了X和Y立体基准；

-图5是根据本发明的另一生产方法的显示系统的示意图；

-图6是实现根据本发明的一种生产方法的方法的、根据本发明的生产方法的显示系统的显示屏幕的像素矩阵的一部分的示意图；

-图7a、7b、7c分别是图6中的屏幕的像素矩阵、通过该屏幕、用视点显示的图像、以及观察者的眼睛在横向屏幕方位上感知到的图像的示意图；

-图8a、8b、8c分别是图6中的屏幕的像素矩阵、通过该屏幕、用一个视点显示的图像、以及观察者的眼睛对于相对于横向屏幕位置成大约45°的倾斜方位感知到的图像的示意图；

-图9a、9b、9c分别是图6中的屏幕的像素矩阵、通过该屏幕、用视点显示的图像、以及观察者的眼睛在纵向屏幕方位上感知到的图像的示意图。

具体实施方式

为了例示说明和清晰的目的，在附图中，比例尺和比例不严格遵守。

图1示意性地例示说明具有八个视点的自动立体视觉图像的显示系统8，显示系统8包括触摸屏平板电脑的显示屏幕。该屏幕包括被圆柱透镜的网络11覆盖的、按行和列布置的10个像素的矩阵，其主轴相对于列的方向倾斜角度αo。该角度αo可以例如为18°。

当然，根据其他的生产方法，显示系统可以是“计算机电话”类型(更为人知的是以智能电话的英文名)的移动电话或任何等同的显示系统。图5示意性地例示说明根据本发明的智能电话。

由屏幕和圆柱透镜的网络11形成的组装件被配置为当屏幕被定向在初始的观察方向20(在图1和图5所示的情况下，为水平方向)上时，使得预定的多对视点可以分别投射到观察者的右眼RE(OD)和左眼LE(OG)，所述观察者位于离屏幕标称距离处，在所述“平渲”距离处。视点按升序从1到8编号，并且所述系统被配置为使得在水平方向(根据图中的生产方法，为初始的观察者方向20)上呈现给观察者的多对预定视点例如是对1-4；2-5；3-6；4-7；5-8。当然，其他配置是可能的，并且本领域技术人员将没有困难地确定如何使以下描述适应另一起始配置。图3a以对1-4的投射作为例子例示说明。换句话说，位于系统8的平渲距离处的观察者的眼睛LE和RE分别感知到形成自动立体视觉图像的8个视点之中的视点1和4的图像1和4。该投射与所述系统的配置有关。当然可以根据需要和应用来设计另一基本配置。

屏幕可以围绕垂直于屏幕延伸的至少一个实轴或虚轴旋转。换句话说，屏幕可以在图1中示意性地示出的平面X、Y中枢转。该屏幕因此适合于实现与将显示屏幕从与所述优选的观察方向相对应的初始位置枢转到后一位置(被称为被旋转位置)相关的步骤E1。屏幕围绕垂直于屏幕的轴的枢转例如是用户进行手动动作的结果。

所述系统还包括惯性单元12，惯性单元12构成用于检测屏幕的枢转角度α的部件。最近的平板装置在内部具有确定屏幕的与起始位置相关的位置的这样的惯性单元。该惯性单元12实现根据图2中所示的发明的方法的检测屏幕的枢转角度α的步骤E2。

所述系统还包括用于将元素图像旋转与检测到的枢转的范围的角度α相反的角度，即，-α，的模块。这样的模块可以例如是在显示系统8上操作并且被配置为被显示系统(例如，触控板或智能电话)内的处理器执行的软件程序。

图像的旋转与屏幕的旋转相反，以使得当屏幕被旋转时，观察者可以观察到水平图像，也就是说，沿着优选的观察方向延伸的图像。换句话说，屏幕旋转，但是由于图像的这个相反旋转，感知到的图像保持定位在优选的观察方向上。该旋转模块实现根据图2中所示的发明的方法的步骤E3。

所述系统还包括用于根据在初始的观察方向上使用的自动立体视觉图像的混合图对元素图像进行交织的模块。换句话说，利用与屏幕旋转之前的混合方案相同的混合方向来对元素图像进行交织。这样的模块可以例如是在显示系统8上操作并且被配置为被显示系统(例如触控板或智能电话)内的处理器执行的软件程序。

该混合模块实现根据图2中所示的发明的方法的步骤E4。

所述系统还包括根据优选的生产方法的模块13，模块13用于计算取决于检测到的枢转角度α的修改的立体基准以便能够将自动立体视觉图像的与在初始的水平方向上投射的那些视点相同的视点朝向观察者投射。该模块因此实现步骤E6，步骤E6根据检测到的枢转角度α计算修改的立体基准以使得被所述光学组件在该被旋转位置上朝向观察者投射的多对视点与在所述原始方向上投射的那些视点相同。下面结合图3a、3b、3c和图4来详细地描述该步骤。计算模块13例如是在显示系统8上操作并且被配置为被显示系统内的处理器执行的软件程序。

最后，所述系统包括模块14，模块14用于显示根据修改的立体基准的视点，以使得对于被旋转角度α的屏幕10的前面的观察者的浮雕感觉与初始的观察方向上的浮雕感觉相同。该计算模块14可以例如是在显示系统8(例如触控板或智能电话)上操作并且被配置为被所述系统内的处理器执行的软件程序。

该模块因此实现步骤E5，步骤E5用于显示所述图像的沿着所述修改的立体基准的N个视点(在基准实际上考虑到在被旋转位置上意图针对观察者的浮雕被修改的情况下)，以使得对于成所述检测到的旋转角度的被旋转屏幕前面的观察者的浮雕感觉与所述初始的观察方向上的浮雕感觉可以是相同的。下面结合图3a、3b、3c和图4来详细地描述该步骤。

如以上所指示的，术语模块意指可以被单独编译的、要么用于独立使用、要么被与程序的其他模块汇编的软件组件、软件程序的子集、或硬件组件、或硬件组件和软件子程序的组合。这样的硬件组件可以包括特定于应用的集成电路(更为人知的是以缩略语ASIC，其用于英文名称专用集成电路)、或可编程逻辑电路(更为人知的是以缩略语FPGA，其用于英文名称现场可编程门阵列)、或专用的微处理器电路(更为人知的是以缩略语DSP，其用于英文名称数字信号处理器)、或任何等同的硬件。一般来说，模块是管理函数的元件(软件和/或硬件)。

下面结合图3a、3b、3c和4来描述用于计算修改的立体基准、枢转角度α的函数、以及用于显示所述图像的根据该修改的立体基准的视点的步骤。

我们考虑与屏幕(其原点例如是屏幕的中心)关连的参考点，水平轴用X指定，垂直轴用Y指定，屏幕上的法线轴是Z。自动立体视觉图像是具有N个视点的图像，其中N＝8，并且视点按升序从1到N编号。

在图4中，BSx表示X轴系统的立体基准，也就是说，位于平渲距离处的观察者将水平行进以改变视点的距离，以下用FtD表示。换句话说，在位置(0,0,FtD)处，观察者用一只眼睛(例如左眼)看见视点i，并且用这只相同的眼睛看见位置(BSx,0,FtD)处的视点i+1。

Bsy是指Y系统的立体基准，即，位于平渲距离FtD处的观察者将垂直行进以改变视点的距离。换句话说，在位置(0,0,FtD)处，观察者用一只眼睛(例如左眼)看见视点j，并且用这只相同的眼睛看见位置(0,BSy,FtD)处的视点j+1。

因为圆柱透镜网络相对于垂直线倾斜角度α0，所以BSx和BSy用以下关系关联：

BSx＝tan(α0)*BSy

如果我们用LE指定观察者的左眼的位置，用RE指定观察者的右眼的位置，观察者的两只眼睛之间的相移D，也就是说，左眼和右眼之间的视点的数量的差值由以下关系确定：

D＝Dx/BSx+Dy/BSy

其中Dx和Dy分别表示观察者的RE-LE矢量在水平轴上和垂直轴上的投影。

当显示屏幕相对于初始的观察方向(在本情况下，为水平方向)枢转角度α时，该角度α是观察者的两只眼睛RE和LE之间的轴相对于初始方向的角度。

如果我们用DIY指定观察者的两只眼睛之间的距离(平均来说6.5cm)，则Dx和Dy用以下关系确定：

Dx＝cos(α)*DIY

Dy＝sin(α)*DIY

我们因此可以通过以下方程来确定两只眼睛之间的相差：

D＝DIY/BSy*(cos(α)/tan(α)+sin(α))

本发明因此使得可以计算观察者的两只眼睛之间的相差，也就是说，随着屏幕相对于初始方向的位置的变化、呈现给每只观察者眼睛的视点。

因此可以从计算的相移的这个值修改立体基准。

还可以确定两只眼睛看见同一视点的方位。

下表示出对于倾斜18°的网络配置、观察者可见的头两个视点。所指示的α角度是投射的对的变化发生的那些角度。

α	D	投射的头两个对
			0	3	1-4/2-5
69	2	1-3/2-4
			90	1	1-2/2-3
127	-1	8-7/7-6
			148	-2	8-6/7-5
180	-3	8-5/7-4
			249	-2	8-6/7-5
270	-1	8-7/7-6
			307	1	1-2/2-3
324	2	1-3/2-4

可以看出，在D的绝对值小于1的方位处，可能观察不到浮雕。换句话说，对于90°和127°之间以及270°和307°之间的枢转角度，可能观察不到浮雕。

下表示出对于33°倾斜的网络配置、观察者可见的头两个视点。所指示的α角度是投射的对的变化发生的那些角度。

发现在该配置中，对于108和140之间以及288和320之间的枢转角度，可能观察不到浮雕。

因此，在该配置中，当屏幕被旋转成90°(也就是说，例如，它被从横向位置切换到纵向位置)时，在浮雕消失之前，仍可以将屏幕旋转18°，而在前面的配置中，不利的位置在切换到纵向模式之后不久可以介入。这提供了在该配置中使用屏幕的额外的灵活性。

图3a例示说明被定向在初始的水平的观察方向上的显示屏幕。所述系统被配置为使得在平渲距离处，视图1和4分别被呈现给观察者的左眼和右眼。在该图中，斜线示意性地表示角度α0(如以上所说明的，优选地被设置为18°或33°)的倾斜的透镜网络。

图3b例示说明相对于初始方向被旋转角度α(在该例子中，对应于45°)的显示屏幕。该位置上的两只眼睛之间的相差是根据前面的公式计算的，并且使得可以确定两只眼睛之间的距离对应于三个视图(对于成18°的角度)。此外，在该方位上，视图1和3、或2和4、等等分别被呈现给观察者的左眼和右眼。因此可以使显示模块要么用视图5替换视图4以使得浮雕感觉与在屏幕的初始位置(也就是说，图1的位置)处感觉到的浮雕感觉相同、要么显示视点1、而不是视点2，在这种情况下，浮雕感觉与在屏幕的初始位置处感觉到的浮雕感觉相同，但是与其他可能的校正相比，观察到屏幕的轴的轻微的移动。

图3c例示说明被旋转到与初始的水平方向成90°的角度的显示屏幕。换句话说，屏幕具有垂直方位。在该位置上，视图1和2、2和3、3和4等分别被呈现给观察者的左眼和右眼。因此可以使显示模块用视图6的图像替换视图4以使得浮雕感觉与在屏幕的初始位置(也就是说，图1的位置)处感觉到的浮雕感觉相同，或者显示视点1，而不是视点3，在这种情况下，浮雕感觉与在屏幕的初始位置处感觉到的浮雕感觉相同，相对于其他的可能的校正，观察到屏幕的轴的轻微移动。

因此在被旋转的屏幕上显示N个视点的阶段期间，可以使用根据本发明的系统和方法来选择通过该方位上的两只眼睛之间的相差的计算而限定的一系列N个点的图像，或者限定使得在旋转期间可以保持相同的浮雕感觉的修改的立体基准。为了这样做，切换被旋转位置上的视点以使得呈现给每只观察者眼睛的图像对应于与初始位置上的视点相同的多对视点就够了。还可以通过经过根据屏幕的方位的深度改变来保持浮雕感觉。

本领域技术人员理解如果不再是屏幕从初始的观察位置枢转到被旋转位置，而是观察者的头部(或者更确切地说，连接观察者的两只眼睛的轴)在屏幕的前面枢转，则所描述的现象是相同的。换句话说，在这种情况下，我们可以考虑屏幕相对于观察者的眼睛的轴旋转角度-α。

根据有利的生产方法，显示屏幕被配置为显示P个视点(被称为屏幕的视点)，P大于或等于3，而显示的图像是仅两个视点中的自动立体视觉图像，换句话说，N等于2。

然后根据这个特定的生产方法可以从观察者的眼睛的位置(其例如通过显示装置实现的对等跟踪装置获得)的检测确定屏幕的形成每只眼睛可见的区带、因此对应于整个屏幕的1/P的子像素、以及屏幕的形成在被检测的位置处、观察者的两只眼睛都不可见的非屏幕的区带、因此对应于整个屏幕的P-2/P的子像素。

在显示步骤期间，然后可以对于在所述检测到的位置处的观察者的每只眼睛，将来自与该眼睛相对应的视点的子像素分配给屏幕的每个可见区带的子像素，并且将与被称为安全视点的视点相对应的子像素分配给屏幕的观察者的两只眼睛中任何一只眼睛都不可见的子像素区带，所述子像素是从将被显示的图像的两个视点的子像素构建的。

换句话说，这个有利的变体使得可以在被配置为显示至少3个视点的屏幕(以下被称为多视图屏幕)上显示仅由两个元素图像组成以仅形成两个视点(分别用于观察者的右眼和左眼)的自动立体视觉图像。换句话说，根据该变体的发明使得多屏幕视图(即，其被配置为显示至少3个视点)的操作可以被改变，具有已知的预定配置(包括屏幕的物理的平渲距离)，并且仅显示两个视点以便能够使用最初专用于屏幕的不被使用的视点的像素，以显示从图像的两个视点构造的安全视点。这些安全视点使得可以特别是消除叶瓣通路，并且改进观察者相对于屏幕移置的情况下的观察质量。

屏幕的根据观察者的位置可见的部分不仅在观察者正在平行于屏幕移动时改变，而且还在观察者正在垂直于屏幕移动时改变。

这个有利的变体因此使得可以考虑到屏幕的所有的移动(不仅是其围绕垂直于屏幕的轴的枢转，而且还有用户相对于屏幕的相对位移)来连续地改动屏幕上的显示。

安全视点可以通过复制图像的视点之一(即，从专用于右眼的视点或专用于左眼的视点复制)而形成。例如，在平渲处，就被配置为显示8个视图的多视图屏幕来说，一旦图像的两个视点被分配给屏幕的取决于观察者的位置的两个视图，所述方法就可以决定其余的6个安全视点显示3次图像的专用于右眼的视点，并且显示3次图像的专用于左眼的视点。

图6示意性地例示说明根据本发明的生产方法的系统的显示屏幕的一部分。

图像的每个子像素与图像的视点相关联。因此，在图6的透镜30下，视点V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7和V8被分配给每个子像素。透镜30和后面的那些透镜倾斜角度αo(例如为33°)。如在图6中所见，元素图像的混合由每次线改变时、两个子像素的偏移组成。

在下面，只有视点V1(在图7a至9c中用树示意性地表示)被考虑，理解所描述的原理加以必要的修正适用于其他视点。

图7a是被定向在初始的观察方向(在该例子中，为水平方向)上的显示屏幕的像素阵列的视图。所述矩阵的与视图1相关联的每个子像素包括表示的树上的一条信息。换句话说，在图7a中突出显示的视图V1的不同的子像素使得所述方法能够联合形成表示的树的图像。图7b是像素阵列实际上显示的图像，图7c是观察者感知到的图像的例示说明。当然，在实践中，观察者的每只眼睛都看见不同视图的图像(例如，用左眼看见视图V1，用右眼看见视图V4)，以使得浮雕图像可以被观察者感知到。

图8a是显示屏幕的像素阵列相对于水平方向被旋转大约45°的角度α的视图。根据本发明，与视图V1相对应的元素图像(以及所有的其他的元素图像)被旋转与角度α相反的角度，即，-α。屏幕显示的图像因此用图8b表示。该图像的倾斜角度与图8a所示的屏幕的倾角相反。不同的图像然后被根据与水平方向上的混合方案相同的方案交织。图8c例示说明相对于水平位置、对于视图V1尚未改变的图像的观察者感知，尽管屏幕倾斜。然而，如以上所说明的，根据呈现给观察者的另一只眼睛的视点，在水平位置和倾斜位置之间，浮雕感知可以改变。

图9a是相对于水平方向被旋转90°的显示屏幕的像素阵列的视图。根据本发明，与视图V1相对应的元素图像(以及所有的其他的元素图像)被旋转相反角度。屏幕显示的图像因此用图9b表示。不同的图像然后被根据与水平方向上的混合方案相同的方案交织。图9c例示说明相对于水平位置、对于视图V1尚未改变的图像的观察者感知，尽管屏幕垂直定向。

本发明不限于参照附图描述的生产方法。例如，根据未示出的其他的生产方法，根据本发明的显示系统可以与申请人在国际专利申请PCT/FR2018/050563中提交的并且以名称

销售的、投射图像的空中的和非物质化的自动立体视觉图像的投射装置相关联。

实际上，光学装置

可以光学地输送自动立体视觉图像以提供该图像的浮动的且非物质化的表示。为了这样做，光学装置从自动立体视觉显示屏幕开始、连续由以下组件组成：覆盖屏幕的整个表面的会聚透镜，接着是与会聚透镜相同焦距的、被放置在其相对于屏幕的焦距的两倍处的凹面镜，以及布置在会聚透镜和球形凹面镜之间的半透明反光镜，该反光镜相对于屏幕的平面形成45°的角度，并且意图在球形凹面镜的返回部段处将光线的一部分反射90°。在屏幕处形成相同大小的反过来的返回图像。该返回图像的被放置成45°的平面反光镜偏转的部分通过在装置前面所做的窗口被看见。因此，屏幕的图像在观察者的前面，通过该观看窗口，看似浮动。该图像被以1:1比例显示，非物质化的并且垂直于屏幕的平面。

如果通过装置底部的轴水平枢转屏幕，并且枢转90°，则其空中复制品在装置的顶部垂直出现，并且在窗口外部略微出现。

此外，如果屏幕是根据本发明的使得可以在两个观察方向上(也就是说，在纵向模式下，或者在横向模式下)观察的屏幕，则承载屏幕的平面的简单的水平旋转根据将被显示的内容转化为从水平格式转到垂直格式以及反过来、从垂直格式转到水平格式的空中图像的垂直旋转。

配备有根据本发明的显示系统的这样的

装置因此使得可以通过旋转

中的屏幕、同时对于观察者保持浮雕感觉来浮动其方向可以简单地改变的自动立体视觉图像。

这样的组装件可以例如被放置在电动车、由向下定位的自立体移动电话形成的显示屏幕中。因此，可以在电话上向驾驶者呈现浮雕图像。这个非物质化的图像可以与语音控制系统或模拟触觉交互的任何组件相关联，以使得驾驶者可以在一个方向或另一个方向上控制电话，而不改变其大小，并且不必操纵它。

另外，在凹面镜的焦距处添加隔膜通过移除反射的射线的在屏幕的平面处重新形成相反的图像的一部分，改进了图像的质量，特别是其对比度。为了这样做，该隔膜有利地是偏离中心的，不超过装置的垂直对称中心。

Claims (13)

1.一种在围绕虚轴或实轴旋转的移动显示屏幕上显示自动立体视觉图像的方法，所述自动立体视觉图像包括从1到N连续编号的一系列N个视点并且由根据预定混合方案交织的N个元素图像形成，所述虚轴或实轴从所述屏幕的显示平面垂直延伸，所述屏幕包括按行和列布置的像素阵列，每个像素由多个不同颜色的子像素组成，每个子像素对应于所述图像的一个视点，所述屏幕进一步被圆柱透镜网络或视差屏障类型的光学组件覆盖，其中主轴相对于所述列的方向倾斜角度αo，并且被配置为当所述屏幕被定向在观察方向上时，使得由所述一系列N个视点中的彼此分离的两个视点形成的预定的视点对能够分别投射到观察者的左眼和右眼，所述观察者位于离所述屏幕标称距离处，所述标称距离被称为平渲距离，所述方法进一步包括：

-将显示屏幕从与所述观察方向相对应的初始位置枢转到被称为被枢转位置的位置；

-检测所述显示屏幕在所述初始位置和所述被枢转位置之间的枢转角度；

-使形成所述N个视点的所述N个元素图像旋转检测到的所述枢转角度的相反角度；

-在所述初始方向上根据所述N个元素图像的所述混合方案对旋转的N个元素图像进行交织；

-在所述显示屏幕上显示所述N个旋转的元素图像以使得观察者可以在所述被枢转的屏幕上感知到浮雕图像，所述浮雕图像沿着所述观察方向延伸，所述浮雕图像由所述一系列视点中的预定的视点对形成，并且所述视点对分别被投射到所述观察者的右眼和左眼，其中，右眼和左眼之间的相差的绝对值大于1，其中，所述相差是指左眼和右眼之间的视点的数量的差值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个视点对根据与所述观察者将沿着所述观察方向行进到所述平渲距离的距离相对应的距离，在所述观察方向上被朝向所述观察者投射，以沿着所述观察方向从所述多个视点对中的一个视点传递到另一个视点；所述方法进一步包括根据所述检测到的枢转角度计算修改的立体基准，以使得在所述被枢转位置上由所述光学组件朝向所述观察者投射的所述多个视点对与在所述观察方向的初始位置上投射的那些视点对是相同的，以便能够使观察者在所述枢转角度的被枢转的屏幕的前面保持与枢转前、在所述屏幕前面相同的浮雕感觉，除了屏幕的枢转会导致所述观察者的眼睛的轴线与所述透镜网络的透镜的轴重合之外。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括检测观察者的两个眼睛的连接轴以便能够相对于该轴限定所述观察方向。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测所述显示屏幕在所述初始位置和所述被枢转位置之间的枢转角度包括每时每刻检测观察者的两个眼睛的连接轴，以便能够限定所述初始方向和所述观察者的两个眼睛的连接轴之间的角度，该限定的角度形成所述枢转角度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度αo相对于所述观察方向大约为18°。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度αo相对于所述观察方向大约为33°。

7.用于显示自动立体视觉图像的系统，所述自动立体视觉图像包括从1到N连续编号的一系列N个视点并且由根据预定混合方案交织的N个元素图像形成，所述系统包括：

-移动显示屏幕，所述移动显示屏幕围绕从所述屏幕的显示平面垂直延伸的虚轴或实轴旋转，所述屏幕包括按行和列布置的像素阵列，每个像素由不同颜色的多个子像素组成，每个子像素对应于所述图像的一个视点，

其特征在于，所述系统进一步包括：

-安装在所述屏幕上的圆柱透镜网络或视差屏障类型的光学组件，其中主轴相对于所述列的方向倾斜角度αo，并且被配置为当所述屏幕根据观察方向被定向在被称为初始位置的位置上时，使得由所述一系列N个视点中的彼此分离的两个视点形成的预定的视点对能够分别投射到观察者的左眼和右眼，所述观察者位于离所述屏幕标称距离处，所述标称距离被称为平渲距离；

-用于检测所述显示屏幕在所述初始位置和被枢转位置之间的枢转角度的部件；

-用于使形成所述N个视点的所述N个元素图像旋转检测到的所述枢转角度的相反角度的模块；

-用于在所述初始位置上根据所述N个元素图像的所述混合方案混合旋转的所述N个元素图像的模块；

-用于在所述显示屏幕上显示旋转的所述N个元素图像以使得观察者可以在枢转的所述屏幕上感知到浮雕图像的模块，所述浮雕图像沿着所述观察方向延伸，所述浮雕图像由所述一系列视点中的预定视点对形成，并且所述视点对分别被投射到所述观察者的右眼和左眼，其中，右眼和左眼之间的相差的绝对值大于1，其中，所述相差是指左眼和右眼之间的视点的数量的差值。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多个视点对根据与所述观察者将沿着所述观察方向行进到所述平渲距离的距离相对应的、被称为立体基准的距离，在所述观察方向上被朝向所述观察者投射，以沿着所述观察方向从所述多个视点对中的一个视点传递到另一个视点；所述系统进一步包括计算模块，所述计算模块根据所述检测到的枢转角度计算修改的立体基准，以使得被所述光学组件在所述被枢转位置上朝向所述观察者投射的所述多个视点对与在所述初始位置上在所述观察方向上投射的那些视点对是相同的，以便能够使观察者在所述枢转角度的被枢转的屏幕的前面保持与枢转到所述初始位置之前、在所述屏幕前面相同的浮雕感觉。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于检测观察者的两个眼睛的连接轴以便能够相对于该轴限定所述观察方向的部件。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述用于检测所述显示屏幕在所述初始位置和被枢转位置之间的枢转角度的部件包括用于每时每刻检测所述观察者的两个眼睛的位置的装置，以便能够限定所述初始方向和所述观察者的两个眼睛的连接轴之间的角度，该角度形成所述枢转角度并且限定所述观察方向。

11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，用于检测所述显示屏幕在所述初始位置和被枢转位置之间的枢转角度的所述部件包括与所述显示屏幕构成整体的惯性单元。

12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述显示屏幕是8视点屏幕。

13.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述显示屏幕是触摸平板或智能电话的显示屏幕。

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