CN115576116A - 一种图像生成装置、显示设备和图像生成方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种图像生成装置、显示设备和图像生成方法，可应用于光桌显、HUD、投影仪、显示器等领域，用于根据人眼位置平滑改变3D成像位置，提升成像一致性。本申请实施例提供的图像生成装置包括：多个光源，分别用于发出一束照明光束。透镜，用于分别汇聚多束照明光束。图像调制器，用于调制多束照明光束,其中，调制后的多束照明光束分别汇聚至不同位置。驱动装置，用于移动多个光源，其中，移动后的多个光源发出的照明光束分别汇聚至不同位置。

Description

一种图像生成装置、显示设备和图像生成方法

本申请是分案申请，原申请的申请号是202210094890.1，原申请日是2022年1月26日，原申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请实施例涉及图像生成领域，尤其涉及一种图像生成装置、显示设备和图像生成方法。

背景技术

在三维(three dimensions，3D)显示技术中，通过将左右视角的图像分别投射至对应的人眼中，从而在人脑中对两视角的图像进行处理获取3D图像。在一种实现中，将两个位置上的光源分别作为左右眼的光源，通过透镜将两光源发出的光束分别汇聚至观察者的左右眼。并且在光束投射至观察者双眼的光路中，通过图像调制器调制光束，使得成像光入射至观察者的双眼。

但是，若观察者移动，则调制后的光束汇聚至观察者双眼之外的位置，观察者无法接收到双眼对应的图像。

在一种解决方案中，设置多个光源，当观察者移动，则确定移动后双眼位置对应的两个光源，将原双眼位置对应的两个光源熄灭，并亮起新双眼位置对应的两个光源。光源的熄灭和亮起会造成人眼所接收的光的亮度突变，影响显示效果。

发明内容

本申请实施例提供了一种图像生成装置、显示设备和图像生成方法。上述装置、设备和方法用于根据人眼位置平滑改变3D成像位置，从而提升成像一致性。

第一方面，本申请实施例提供了一种图像生成装置。该图像生成装置包括：第一光源、第二光源、透镜、图像调制器和驱动装置。其中，第一光源和第二光源分别用于发出一束照明光束。透镜用于分别汇聚两束照明光束。图像调制器用于调制该两束照明光束，调制后的该两束照明光束分别汇聚至不同位置。驱动装置用于移动第一光源和第二光源，移动后的第一光源和移动后的第二光源发出的照明光束分别汇聚至第一观察者的左眼和第一观察者的右眼。

在本申请实施例中，将成像光(调制后的照明光束)汇聚至的位置称为3D成像位置。本申请实施例通过驱动装置，可以平滑移动第一光源和第二光源，从而使3D成像位置随观察者的双眼位置移动。相较于通过熄灭原位置光源开启新位置光源的方法中3D成像位置的跳变，通过本申请实施例提供的图像生成装置可以做到3D成像的位置的平滑移动，3D成像的亮度恒定不突变、成像一致性高。在本申请实施例中，成像一致性指的是3D成像位置与实际人眼位置之间的一致性。

在一种可选的实现方式中，驱动装置用于沿预定轨迹移动第一光源和第二光源。由于预定轨迹是一个连续的轨迹，因此第一光源和第二光源可以移动到预定轨迹上的任意位置。即，对于第一观察者的任意双眼位置，都可以在预定轨迹上找到对应的光源位置，进而通过驱动装置将第一光源和第二光源移动到该光源位置上，相较于开启和关闭固定位置上的光源，最终呈现的成像效果好。

在一种可选的实现方式中，驱动装置可以是电机。

在一种可选的实现方式中，图像生成装置还包括轨道。预定轨迹在该轨道上。第一光源和第二光源在轨道上沿预定轨迹移动。本申请实施例通过轨道限制第一光源和第二光源的移动路线，使得第一光源和第二光源只能在轨道上的预定轨迹的一维空间、二维空间或更高维度的空间内移动。

若预定轨迹为一维空间上的轨迹，则通过限制移动方向降低电机控制难度(相较于在二维或更高维度的空间上移动，一维的控制难度低)，驱动装置不需要具备多维度的控制能力，简化了驱动装置的结构和对驱动装置的控制维度数量要求。

若预定轨迹为二维空间或更高维度空间内的轨迹，则相较于更低维度(例如一维)空间内的轨迹，可以在更多的维度上匹配于双眼位置的移动来移动光源位置。例如，若轨迹为一维空间x轴内的轨迹，则在双眼沿平行或接近于x轴方向的方向上移动时，可以通过在预定轨迹上移动光源做到3D成像位置与双眼位置的匹配。但是在其他维度上(例如垂直于一维轨迹方向的y轴或z轴方向上)，沿该预定轨迹无法移动光源，那么在这些维度上就无法做到3D成像位置与双眼位置的匹配。若预定轨迹为二维轨迹(例如x轴和y轴所在的平面)，则可以在两个维度上做到3D成像位置与双眼位置的匹配。更高维度以此类推，此处不再赘述。

在一种可选的实现方式中，第一光源和第二光源发出的照明光束的偏振方向相互垂直。该图像生成装置还包括：偏振转换器和检偏器。其中，偏振转换器用于在加载到图像调制器上的数据对应于第一视角时，将第一光源和第二光源发出的照明光束的偏振方向旋转90°。其中，第一视角对应于第一光源。检偏器用于对偏振转换器发出的光束进行透射，目标偏振方向为第二光源发出的照明光束的偏振方向。

由于人的双眼位置不同，因此对于同一个三维画面，左右眼所接收到的二维图像是不同的。也就是说，对于同一个三维画面，左右眼是站在不同的视角接收二维画面的。因此，在三维画面的图像采集过程中，需要用左右眼对应的采集设备分别采集左右眼视角的二维图像。在三维画面的采集过程中，对应于左眼的图像采集装置接收二维图像的视角即可称为左眼视角，对应于右眼的图像采集装置接收二维图像的视角即可称为右眼视角。

本申请实施例通过偏振转换器和检偏器的组合，实现了对左眼视角对应图像和右眼视角对应图像的周期性透射。因此第一光源和第二光源并不需要配合左眼视角对应图像和右眼视角对应图像的切换周期进行周期性的熄灭和亮起，从而使成像亮度恒定不突变，提升了显示效果。并且可以避免光源的亮起时延和熄灭时延所导致的成像进入错误的人眼、画面闪烁、串扰等问题(具体参见图5的说明)，提升显示效果和延长装置使用寿命。

在一种可选的实现方式中，偏振转换器包括液晶层，对该液晶层通电可以将入射液晶层的光束的偏振方向旋转90°，不对该液晶层通电，则入射该液晶层的光束的偏振方向不变。本申请实施例通过液晶层控制光束的偏振方向旋转与否，由于对液晶层通电是一种时延极低的控制手段，可以有效降低控制时延，从而使图像切换的时间点更匹配于加载的图像数据的切换时间点。

在一种可选的实现方式中，偏振转换器用于对第一光源和第二光源发出的照明光束进行偏振方向旋转。图像调制器用于对偏振转换器发出的照明光束进行调制。检偏器用于对出射偏振转换器的光束进行检偏。

在一种可选的实现方式中，照明光束经过透镜之后，再经过图像调制器。在本申请实施例中，照明光束先经过透镜改变方向再经过图像调制器进行调制，图像调制器调制所得的成像不发生畸变或畸变的程度低，保证了3D成像的成像质量。

在一种可选的实现方式中，图像生成装置还包括计算单元。计算单元用于根据第一观察者的双眼位置，确定第一光源和第二光源的目标位置。驱动装置用于将第一光源和第二光源移动至目标位置。在本申请实施例中，光源的目标位置为第一观察者双眼所接收光束沿透镜反向会聚所得的光源位置。

具体地，计算单元可以根据双眼位置，查询3D成像位置与光源位置的对照表，从而确定左眼位置对应的左光源位置和右眼位置对应的右光源位置。可选地，若左眼的位置位于对照表中两个标定3D成像位置之间，则计算单元可以在该两3D成像位置对应的两个标定光源位置之间确定左眼位置对应的光源位置。右眼位置与之相似，此处不再赘述。因此，通过计算单元，可以根据有限个标定3D成像位置与标定光源位置之间的对应关系，确定无限个实际双眼位置所对应的光源位置(即前述目标位置)。

在一种可选的实现方式中，图像生成装置还包括位置传感器。位置传感器用于确定第一光源和第二光源的位置。计算单元用于根据第一光源和第二光源的位置以及目标位置，确定第一光源和第二光源的移动距离和/或移动速度。驱动装置用于根据上述移动距离和/或移动速度，将第一光源和第二光源移动至目标位置。本申请实施例通过位置传感器确定第一光源和第二光源的实际位置，从而实现对驱动装置的反馈控制，从而抑制内、外扰动对被控量(即第一光源和第二光源的位置)产生影响的能力，控制精度高。

在一种可选的实现方式中，图像生成装置还包括检测装置。检测装置用于确定第一观察者的双眼位置。本申请实施例通过检测装置可以获取双眼的实时位置信息，进而实时调整光源的位置，使得光源位置顺应于双眼位置实时调整，进一步提升了成像一致性。

在一种可选的实现方式中，图像生成装置还包括第三光源和第四光源。第三光源和第四光源用于发出两束照明光束。驱动装置还用于移动第三光源和第四光源，移动后的第三光源和移动后的第四光源发出的照明光束分别汇聚至第二观察者的左眼和第二观察者的右眼。本申请实施例通过第三光源和第四光源，将成像光投射至第二观察者的双眼，从而为两个观察者(第一观察者和第二观察者)提供3D成像。

在一种可选的实现方式中，透镜包括球面透镜、非球面透镜或菲涅尔透镜。

在一种可选的实现方式中，图像调制器包括液晶显示器(liquid crystaldisplay，LCD)、硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCOS)芯片、数字微镜设备(digital micromirror device，DMD)和微机电系统(micro electro mechanicalsystems，MEMS)中的任意一个。

在一种可选的实现方式中，第一光源和第二光源为光条。

第二方面，本申请实施例提供了一种显示设备。该显示设备包括主处理器和第一方面所述的图像生成装置。主处理器用于向图像调制器发送数据。图像调制器根据该数据对照明光束进行调制。

第三方面，本申请实施例提供了一种图像生成方法。该方法包括：分别通过第一光源和第二光源获取一束照明光束，得到两束光束。分别汇聚该两束照明光束。分别调制该两束照明光束,调制后的两束照明光束分别汇聚至不同位置。移动第一光源和第二光源，移动后的第一光源和移动后的第二光源发出的照明光束分别汇聚至第一观察者的左眼和第一观察者的右眼。

在一种可选的实现方式中，移动第一光源和第二光源的动作，具体可以包括：沿预定轨迹移动第一光源和第二光源。

在一种可选的实现方式中，第一光源和第二光源在轨道上沿预定轨迹移动。

在一种可选的实现方式中，第一光源和第二光源发出的照明光束的偏振方向相互垂直。该方法还包括：在加载到图像调制器上的数据对应于第一视角时，通过偏振转换器将第一光源和第二光源发出的照明光束的偏振方向旋转90°。其中，第一视角对应于第一光源。对偏振转换器发出的光束中的目标偏振方向的光束进行透射，目标偏振方向为第二光源发出的照明光束的偏振方向。

在一种可选的实现方式中，还可以根据第一观察者的双眼位置，确定第一光源和第二光源的目标位置。移动第一光源和第二光源的动作，具体可以包括：将第一光源和第二光源移动至目标位置。

在一种可选的实现方式中，还可以确定第一光源和第二光源的位置。并根据第一光源和第二光源的位置以及目标位置，确定第一光源和第二光源的移动距离和/或移动速度。将第一光源和第二光源移动至目标位置的动作，具体可以包括：根据移动距离和/或移动速度，将第一光源和第二光源移动至目标位置。

在一种可选的实现方式中，还可以通过第三光源和第四光源获取两束照明光束。以及，移动第三光源和第四光源，移动后的第三光源和移动后的第四光源发出的照明光束分别汇聚至第二观察者的左眼和第二观察者的右眼。

第二方面和第三方面的有益效果参见第一方面，此处不再赘述。

附图说明

图1为一种图像生成装置的结构示意图；

图2为多组光源的图像生成装置的结构示意图；

图3a为本申请实施例提供的图像生成装置的结构示意图；

图3b为本申请实施例提供的包括反射式图像调制器的图像生成装置示意图；

图4为本申请实施例提供的包括轨道的图像生成装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的包括偏振转换器和检偏器的图像生成装置的结构示意图；

图6为图5所示结构的有益效果示意图；

图7为本申请实施例提供的包括位置传感器的图像生成装置的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的图像生成装置的反馈控制系统的示意图；

图9为本申请实施例提供的图像生成装置的前馈反馈控制系统的示意图；

图10为本申请实施例提供的显示设备的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的显示设备的产品形态示意图

图12为本申请实施例提供的显示设备的桌显形态示意图；

图13为本申请实施例提供的图像生成方法的流程示意图。

具体实施方式

首先对本申请实施例中出现的一些专业术语进行解释：

裸眼3D技术：由图像生成装置实现左右眼图像的分离，不需要观众佩戴穿戴设备来分离左右眼图像的一种3D显示技术。

3D成像位置：调制后所得的成像光所汇聚至的位置，左眼视角对应的成像光与右眼视角对应的成像光汇聚至不同的3D成像位置。

左眼视角：由于人的双眼位置不同，因此对于同一个三维画面，左右眼所接收到的二维图像是不同的。也就是说，对于同一个三维画面，左右眼是站在不同的视角接收二维画面的。因此，在三维画面的图像采集(即本申请实施例中图像生成装置所放映的数据源的采集)过程中，需要用左右眼对应的采集设备分别采集左右眼视角的二维图像。左眼视角为三维画面的采集过程中，对应于左眼的图像采集装置接收二维图像的视角。

右眼视角：右眼视角为三维画面的采集过程中，对应于右眼的图像采集装置接收二维图像的视角。

成像一致性：3D成像位置与实际人眼位置之间的一致性。3D成像位置与实际人眼位置之间的距离越小，成像一致性越高。

加载在图像调制器上的数据：在本申请实施例中表示3D图像对应的数字信号，包括左眼视角对应的数字信号和右眼视角对应的数字信号。根据左眼视角对应的数字信号调制照明光束可以得到左眼视角对应的成像光，根据右眼视角对应的数字信号调制照明光束可以得到右眼视角对应的成像光。

随着3D显示技术的发展，3D显示的应用场景也在增加。例如，在办公、教育、医疗、娱乐、游戏、广告投放、建筑装饰、赛事转播，以及工艺品、藏品等的展出，话剧、歌剧、演唱会等演出的放映等场景下，可通过3D显示技术投射3D图像，从而使投射出的图像更加立体生动。

在3D显示技术中，通过向左右眼分别投射不同视角的成像光，从而在人脑中获得立体的3D图像。3D显示技术可以通过多种手段将左右眼的成像光分别投射至对应人眼。其中，在裸眼3D技术中，将成像光分为左右眼成像光，并使左眼视角的成像光投射至左眼，使右眼视角的成像光投射至右眼。裸眼3D技术不需要观众佩戴穿戴设备，即可实现左右眼成像光的分离，对于观众来说是一种高易用性(usability)的技术。

如图1所示，在一种裸眼3D技术中，通过透镜将两个光源发出的照明光束分别汇聚至左右眼，图像调制器通过左右眼对应的数据分别对对应的照明光束进行调制，从而使左右眼对应的成像光分别投射至对应人眼。

当人眼位置发生变化，光源所发出光束的汇聚位置不变，从而导致人眼无法接收到基于该光源所得的成像光。为了解决人眼移动后出现的人眼无法接收成像光的问题，出现了如图2所示的结构。该结构通过设置多组光源，在人眼的初始位置通过初始光源位置(例如图中的位置2和位置3)上的一组光源作为左右眼的光源。当人眼移动，确定人眼新位置所对应的新的光源位置(例如图中的位置5和位置6)。熄灭初始光源位置上的光源，开启新的光源位置上的光源，实现成像位置的切换。

但是，这种通过原位置光源的熄灭和新位置光源的亮起以实现成像位置切换的结构，由于光源的熄灭和亮起会导致成像光的亮度突变，从而影响观众的观看体验。并且，由于光源位置跳变导致3D成像位置跳变，导致3D成像位置与实际人眼位置之间的距离较大，从而导致成像一致性差。

为了解决上述缺陷，本申请实施例提供了一种图像生成装置。如图3a所示，本申请实施例提供的图像生成装置300包括第一光源310、第二光源320、透镜330、图像调制器340和驱动装置350。其中，第一光源310和第二光源320分别用于提供一束照明光束。透镜330用于汇聚该两束照明光束，经过透镜330的两束照明光束，分别汇聚至不同视点。图像调制器340用于调制该两束光束,调制后的两束照明光束汇聚至不同位置。驱动装置350用于移动第一光源310和第二光源320。移动后的第一光源310和移动后的第二光源320发出的照明光束，分别汇聚至第一观察者的左眼和第一观察者的右眼。

在本申请实施例中，可以第一光源310是左光源，第二光源320是右光源；也可以第一光源310是右光源，第二光源320是左光源，本申请对此不做限定。其中，左光源发出的照明光束经透镜330汇聚至观察者左眼，右光源发出的照明光束经透镜330汇聚至观察者右眼。

在本申请实施例提供的图像生成装置300中，通过驱动装置350移动第一光源310和第二光源320，从而改变第一光源310和第二光源320的照明光束的汇聚位置(即3D成像位置)，使得3D成像位置跟随人眼位置移动。本申请实施例通过移动光源来改变3D成像位置，在光源的移动过程中光源位置不会跳变，因此3D成像位置也不会跳变，因而亮度恒定不突变，提升了观众的观看体验。而且本申请实施例中3D成像位置是逐渐靠近于人眼视点的，3D成像位置与实际双眼位置之间的距离更小，因此通过本申请实施例提供的图像生成装置，可以提升成像一致性。

并且，本申请实施例提供的图像生成装置通过一对光源即可实现对一双人眼的多个位置的匹配，不需要为一对人眼设置多对光源，减小了光源数量，从而降低了设备成本。

需要说明的是，在本申请实施例中，照明光束可以如图3a所示的先经过透镜330再经过图像调制器340，也可以先经过图像调制器340再经过透镜330，本申请对此不做限定。

其中，透镜330可以为球面透镜、非球面透镜或菲涅尔透镜。第一光源310和第二光源320可以为光条。可选地，光条可以由一排或多排灯珠组成，第一光源310和第二光源320的移动方向可以垂直于每排灯珠的延伸方向。

其中，图像调制器340可以为透射式图像调制器，用于将入射的照明光束调制，并将调制得到的成像光透射。示例地，图像调制器340可以为液晶显示器(liquid crystaldisplay，LCD)或者其他透射式图像调制器，本申请对此不做限定。

可选地，图像调制器340也可以为反射式图像调制器。包括反射式图像调制器的图像生成装置的结构如图3b所示。在该结构中，图像调制器340用于将入射的照明光束调制，并将调制得到的成像光反射。在该结构中，图像调制器340可以是硅基液晶(Liquidcrystal on silicon，LCOS)、数字微镜设备(Digital Micromirror Device，DMD)和微机电系统(Micro-electromechanical systems，MEMS)等，本申请对此不做限定。在图像调制器340与透镜330之间，或者在透镜330之后，还包括扩散屏。扩散屏用于对成像光进行漫反射，从而使得成像光更加柔和。

值得注意的是，在包括透射式图像调制器的图像生成装置结构中(例如图3a、图4、图5和图7所示的结构中)，也可以包括扩散屏。扩散屏可以位于图像调制器340之后的任意位置上，本申请对此不做限定。

在图3a和图3b所示的图像生成装置300中，驱动装置350可以在预定轨迹上移动第一光源310和第二光源320。由于轨迹是多个点连接所得的线或面，因此沿预定轨迹，可以将第一光源310和第二光源320移动至轨迹上的任意点上。即，对于任意双眼位置，都可以在预定轨迹上找到对应的光源位置，进而通过驱动装置350将第一光源310和第二光源320移动到该光源位置上，使得光源汇聚的3D成像位置落在实际的双眼位置上，最终呈现的成像效果好。可选地，如图4所示，驱动装置350可以包括电机351。

可选地，如图4所示，本申请实施例提供的图像生成装置300还可以包括轨道360，预定轨迹在轨道360上。驱动装置350可以包括电机351。电机351用于在轨道360上沿预定轨迹移动第一光源310和第二光源320。

可选地，轨道360可以是一维轨道，即第一光源310和第二光源320只能在轨道上沿预定轨迹向前或向后移动。可选地，电机351可以通过齿轮、传送带、链条、滑轮、气压传动装置、液压传动装置等传动装置，移动第一光源310和第二光源320。

由于一维轨道限制了光源在其他维度上的运动，因此第一光源310和第二光源320在轨道360上的运动较为平滑，从而实现了成像位置的平滑移动。并且，电机只需要控制光源在一个维度上的移动即可，因此电机、传动装置与轨道之间的装配结构简单，使得整个图像生成装置的结构简单。

为了在人脑中呈现立体的3D图像，左右眼需要交替接收对应视角的图像。因此图像调制器340在对照明光束的调制过程中，所加载的图像数据进行周期性的切换。例如图5所示，奇数帧(第一帧、第三帧、……)加载左眼视角的数据，偶数帧(第二帧、第四帧、……)加载右眼视角的数据。为了使数据的成像光投射至对应的人眼中，左右光源也需要依照图像调制器340加载数据的切换周期，进行两个光源之间的切换。即，图像调制器340加载左眼视角的数据时，左光源亮起，右光源熄灭；图像调制器340加载右眼视角的数据时，右光源亮起，左光源熄灭。其中，左光源发出的照明光束经透镜汇聚后投射至观察者的左眼，右光源发出的照明光束经透镜汇聚后投射至观察者的右眼。

由于光源内部的电路设计、发光原理等因素，导致光源通电与光源实际亮起的时刻之间存在一定时延。由于辉光等原因，导致光源断电与光源实际熄灭之间具有一定时延。光源实际亮起与实际熄灭的时延是光源自身原因导致的，无法消除。上述时延导致出现闪烁、串扰等问题，导致显示效果差。

为了解决上述显示效果差的问题，本申请实施例还提供了一种图像生成装置结构，通过偏振转换器和检偏器实现左右光源光束的周期透射，左右光源不需要周期性亮起和熄灭，从而避免了上述亮起和熄灭延迟导致的显示问题。

如图5所示，在该结构中，图像生成装置300包括第一光源310、第二光源320、透镜330、图像调制器340、驱动装置350、偏振转换器370和检偏器380。其中，第一光源310、第二光源320、透镜330、图像调制器340和驱动装置350的作用参见图3a所示实施例，此处不再赘述。

其中，第一光源310和第二光源320发出的照明光束的偏振方向相互垂直。当加载到图像调制器340上的数据对应于第一视角时，偏振转换器370将第一光源310和第二光源320发出的照明光束的偏振方向旋转90°。其中，第一视角对应于第一光源310。第一光源310可以是左光源和右光源中的一个。即，若第一光源310为左光源，则第一视角为左眼视角，若第一光源310为右光源，则第一视角为右眼视角。

其中，检偏器380用于透射目标偏振方向的光束。其中，目标偏振方向为第二光源320中发出的照明光束的偏振方向。

例如，若左光源的偏振态为S偏振态，右光源的偏振态为P偏振态，检偏器380可以透射光束的偏振态为S。则如表1所示，当图像调制器340加载右眼视角的数据时(即奇数帧时，表1中以第一帧为例)，使偏振转换器370处于开启状态。处于开启状态的偏振转换器370将左光源和右光源发出的照明光束的偏振方向旋转90°，从而将左光源发出的照明光束的变成P偏振光，将右光源发出的照明光束变成S偏振光。由于检偏器380只能透射S偏振光，因此右光源发出的照明光束透射，经过透镜330的汇聚和图像调制器340的调制，所得的右眼视角的成像光汇聚至右眼；而左光源发出的照明光束被检偏器380所遮挡，左眼无法接收成像光。

当图像调制器340加载左眼视角的数据时(即偶数帧时，表1中以第二帧为例)，使偏振转换器370处于关闭状态。偏振转换器370处于关闭状态，直接透射左光源发出的S光和右光源发出的P光。由于检偏器380只能透射S偏振光，因此左光源发出的照明光束透射，经过透镜330的汇聚和图像调制器340的调制，所得的左眼视角的成像光汇聚至左眼；而右光源发出的照明光束被检偏器380所遮挡，右眼无法接收成像光。

表1图像生成装置中各部件、光束的偏振状态的对应关系的一种示例

表1(续)图像生成装置中各部件、光束的偏振状态的对应关系的一种示例

可选地，也可以奇数帧加载左眼视角的数据，偶数帧加载右眼视角的数据，则可以：改变光源的偏振态(左P右S)，或者改变偏振转换器的开闭周期(奇数帧闭偶数帧开)，或者改变检偏器的偏振态为P，执行上述3点中的一点或三点，也可实现加载的数据的视角与所透射的光束的光源的对应(即加载左眼视角数据时透射左光源的照明光束，加载右眼视角数据时透射右光源的照明光束)。

值得注意的是，本申请实施例中不限定偏振转换器370和检偏器380中任一器件与图像调制器340之间的先后顺序。因此该实施例中所述的照明光束可以是调制前的照明光束或调制后的照明光束(成像光)，本申请对此不做限定。

其中，偏振转换器370可以是液晶层。当对该液晶层通电时，液晶层中的液晶呈预定形态排布，将通过的光束的偏振方向旋转90°。当不对该液晶层通电时，该液晶层可以透射光束。

在图6中，在左右光源周期性开启关闭的结构中，浅灰色表示左光源亮起，深灰色表示右光源亮起。由于光源亮起的延迟导致出现串扰，由于光源熄灭的延迟导致高帧率下出现闪烁。在图5所示的包括偏振转换器370和检偏器380的结构中，浅灰色表示透射左光源的光束，深灰色表示透射右光源的光束。由于从液晶层通电到液晶层中液晶排布状态的改变是高速完成的，不存在明显的时延。因此，通过图5所示的图像生成装置结构，不会出现光源周期性开启关闭所导致的闪烁、串扰等显示效果差的问题。从而提升了图像生成装置的显示效果。

并且，相较于控制左右光源周期性开启关闭，控制液晶层的通断电更为简单。在该结构中，通断周期的控制系统设置在静止的图像调制器340与偏振转换器370之间，相较于设置在图像调制器340与可移动的第一光源310和第二光源320之间，不需要考虑结构的移动，控制系统结构简单，从而简化了整个装置结构。并且，通过偏振转换器370的开启关闭，实现了成像光对应视角的周期性切换，不需要周期性开启关闭光源，可以延长光源的使用寿命，从而延长整个图像生成装置的使用寿命。

值得注意的是，表1仅是对应关系的一种示例。为了实现加载左眼视角数据时透射左光源的照明光束，加载右眼视角数据时透射右光源的照明光束，可以将图像生成装置300中各部件的偏振态与数据的加载周期进行表2所示中任一行所示的设置。

表2图像生成装置中各部件、光束的偏振状态的对应关系

需要说明的是，图5所示的结构中，除了偏振转换器370需要在检偏器380之前的光路上(即光束必须经过偏振转换器370之后才能入射至检偏器380)，不限定透镜330、图像调制器340、偏振转换器370和检偏器380之间的位置关系。即，照明光束从第一光源和第二光源出射后，经过透镜330、图像调制器340、偏振转换器370和检偏器380的先后顺序只限定先经过偏振转换器370再经过检偏器380，其他不做限定。

若图像生成装置300中不包括偏振转换器370和检偏器380，则第一光源310和第二光源320同步于图像调制器340加载的图像数据的视角的切换周期，进行周期性切换。

在本申请实施例提供的图像生成装置中，可以通过控制系统实现对驱动装置350的控制，从而实现对第一光源310和第二光源320的位置的控制。为了实现上述控制，在图像生成装置300中设置计算单元，计算单元用于根据观察者的左右眼位置确定第一光源和第二光源的目标位置。从而使驱动装置350将第一光源310和第二光源320移动至目标位置。

可选地，如图8所示，计算单元中可以包括标定3D成像位置与标定光源位置之间的对照表。当观察者的双眼位置在标定3D成像位置上(例如在点(O1，O2)上)时，确定对应的标定光源位置(例如点(T1，T2))为第一光源和第二光源的目标位置。当观察者的双眼位置在两个标定3D成像位置之间，则可以在对应的两个标定光源位置之间确定目标位置。所确定的目标位置，为观察者移动后的双眼所接收光束沿透镜反向汇聚所得的光源位置。

可选地，为了实现对第一光源位置和第二光源位置的精确控制，可以在图像生成装置300中设置位置传感器390，位置传感器390用于确定第一光源310和第二光源320的位置，具体结构如图7所示。

位置传感器390可以是电阻式位移传感器、距离传感器等，本申请对此不做限定。位置传感器390可以与第一光源和第二光源同步移动，也可以在固定位置上，本申请对此不做限定。例如，位置传感器390可以与第一光源310和第二光源320同步移动，通过与标定点之间的距离确定第一光源310和第二光源320的位置。或者，位置传感器390位置固定，通过与第一光源310和第二光源320上的标定点之间的距离，确定第一光源310和第二光源320的位置。本申请对此不做限定。

可选地，基于图7所示的图像生成装置结构，可以对驱动装置350进行反馈控制或前馈反馈控制。

接下来说明反馈控制的情况。如图8所示，通过计算单元确定光源的目标位置，通过位置传感器390确定光源的实际位置。将光源的目标位置与实际位置相减，即可得到光源的移动距离。驱动装置350根据该移动距离移动光源位置，使得光源移动至目标位置上，从而使得光源所发出光束的聚焦位置(3D成像位置)落在观察者移动后的双眼上。

通过图8所示的反馈控制系统，可以抑制内、外扰动对被控量(即光源位置)产生影响的能力，控制精度高。使得成像位置可以不受其他干扰精准移动到目标位置上，从而提升了成像一致性。

接下来说明前馈反馈控制的情况。若双眼视点处于连续移动的状态，则通过单纯的反馈控制系统一定会存在光源位置移动相较于实际双眼位置移动的滞后。可以通过前馈补偿值来尽量减小这个滞后。如图9所示，以图8所示的反馈控制系统为基础，在计算单元计算移动距离的过程中，将光源的目标位置与实际位置之差与前馈补偿值相加，得到移动距离。其中，前馈补偿值可以是距离和/或速度。通过前馈补偿值减小系统滞后，使得光源位置的移动距离和移动速度能跟上双眼视点的移动，从而提升成像一致性。

在图8和图9所示的控制系统中，观察者的双眼位置可以通过检测装置获取。即，图像生成装置300中还可以包括检测装置，检测装置用于确定观察者双眼的位置。

可选的，图8和图9中光源可以是左光源或右光源。即对左光源和右光源的位置分别进行控制，反馈控制系统分为左光源的反馈控制系统和右光源的反馈控制系统。则位置传感器390可以如图所示为左光源和右光源分别设置，也可以将左光源和右光源作为一个整体，设置一个位置传感器来确定两个光源的位置。若为左光源和右光源分别设置位置传感器390，则可以根据不同观察者的瞳距，改变左光源与右光源之间的距离，从而提升图像生成装置对不同用户的适配性。

可选地，图8和图9中的光源的目标位置，可以是根据实际的双眼位置确定的，也可以是根据预测的双眼位置所确定的。计算单元可以根据双眼位置的移动规律，预测双眼移动的目标位置，从而减小光源对应的3D成像位置移动相较于双眼位置移动的滞后。

在本申请实施例中，计算单元可以是驱动装置350的控制电路的一部分，也可以是单独的控制单元，本申请对此不做限定。

需要说明的是，图4、图5和图7是以图3a为基础，分别叠加轨道360，偏振转换器370和检偏器380，以及位置传感器390的结构。轨道360、偏振转换器370和检偏器380，以及位置传感器390，也可以叠加在图3b所示的结构上，本申请对此不做限定。可选地，轨道360、偏振转换器370和检偏器380、位置传感器390、计算单元、检测设备中的任意器件，可以相互叠加，出现在同一个图像生成装置中，本申请对此不做限定。

图3a至图9所示的图像生成装置，可以基于一个观察者或多个观察者的双眼位置分别移动光源位置。当基于多个观察者的双眼位置移动时，具有匹配于观察者数量的多对光源，本申请实施例对此不做限定。

如图10所示，本申请实施例还提供了一种显示设备。显示设备1000包括主处理器1100和图像生成装置1200。其中图像生成装置1200为图3a至图9所示的图像生成装置300。主处理器1100用于向图像生成装置1200中的图像调制器发送数据。图像调制器根据该数据对照明光束进行调制。

显示设备1000具有多种产品形态。如图11所示，显示设备1000可以包括3D显示器、3D投影仪、3D穿戴设备等。其中，3D显示器可以是计算机显示器、手机、笔记本电脑、个人数字助手(personal digital assistant，PDA)、游戏机等移动设备的显示屏。3D投影仪可以应用于前投式场景、背投式场景中，本申请对此不做限定。例如，显示设备1000可以是车灯、桌面显示设备、抬头显示(head up display，HUD)设备等。3D穿戴设备可以是增强现实(augmented reality，AR)/虚拟现实(virtual reality，VR)眼镜、AR/VR头盔、智能手表等，本申请对此不做限定。本申请实施例提供的显示设备1000，可以应用于车、船等交通工具上，本申请对此不做限定。

如图12所示，当显示设备1000为桌面显示设备时，显示设备1000上的图像生成装置1200输出成像光。成像光经过玻璃屏幕和自由曲面反射镜的反射，透过玻璃屏幕投射到人眼上，在人眼上呈现出成像。

图13是本申请实施例提供的一种图像投射方法的流程示意图。该方法可以应用于前述任一种图像生成装置。如图13所示，该方法包括：

S1、分别通过第一光源和第二光源获取一束照明光束。

S2、分别汇聚两束照明光束。

S3、分别调制两束照明光束，其中，调制后的两束照明光束分别汇聚至不同位置。

S4、移动第一光源和第二光源，移动后的第一光源和移动后的第二光源发出的照明光束分别汇聚至第一观察者的左眼和第一观察者的右眼。

在一种可选的实现方式中，沿预定轨迹移动第一光源和第二光源。

在一种可选的实现方式中，第一光源和第二光源在轨道上沿预定轨迹移动。

在一种可选的实现方式中，第一光源和第二光源发出的照明光束的偏振方向相互垂直。在加载到图像调制器上的数据对应于第一视角时，通过偏振转换器将第一光源和第二光源发出的照明光束的偏振方向旋转90°。其中，第一视角对应于第一光源。对偏振转换器发出的光束中的目标偏振方向的光束进行透射，目标偏振方向为第二光源发出的照明光束的偏振方向。

在一种可选的实现方式中，根据第一观察者的双眼位置，确定第一光源和第二光源的目标位置。将第一光源和第二光源移动至目标位置。

在一种可选的实现方式中，确定第一光源和第二光源的位置。根据第一光源和第二光源的位置以及目标位置，确定第一光源和第二光源的移动距离和/或移动速度。根据移动距离和/或移动速度，将第一光源和第二光源移动至所述目标位置。

在一种可选的实现方式中，分别通过第三光源和第四光源获取一束照明光束；移动第三光源和第四光源，移动后的第三光源和移动后的第四光源发出的照明光束分别汇聚至第二观察者的左眼和第二观察者的右眼。

本申请实施例提供的图像生成装置、显示设备和图像生成方法，可以应用于办公、教育、医疗、娱乐、游戏、广告投放、建筑装饰、赛事转播，以及工艺品、藏品等的展出，话剧、歌剧、演唱会等演出的放映等场景中。例如，在办公、教育等场景中，可以应用在计算机显示屏、会议投影仪、会议平板显示屏等设备中。在医疗场景中，可以应用在医用显示器或手术显微镜等中，以丰富显示内容(3D成像可以显示物体或物体之间的深度距离)，使医护人员获取的物体信息从2维升级至3维，从而提升远程医疗诊断或医学检查等的准确性。在娱乐、赛事转播、演出放映等场景中，可以在游戏机、手机、平板等设备的屏幕上显示3D图像，或通过游戏投影仪显示3D图像，使图像显示更加立体生动，提升用户的临场感(presence)。

其中，加载在图像调制器上的数据可以是预先准备好的3D图像对应的数字信号，也可以是实时生成的3D图像对应的数字信号。例如，在赛事转播场景中，可以在比赛现场通过两个相机分别采集左眼视角和右眼视角的图像，将该实时采集的双眼图像转换成数字信号并实时加载在图像调制器上，实现现场实时转播。可选地，该数据还可以是自由视角的图像数据。即，可以改变观看视角，以增强交互性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (23)

1.一种图像生成装置，其特征在于，包括：

多个光源，分别用于发出一束照明光束；

透镜，用于分别汇聚多束照明光束；

图像调制器，用于调制所述多束照明光束,其中，调制后的所述多束照明光束分别汇聚至不同位置；

驱动装置，用于移动所述多个光源，其中，移动后的所述多个光源发出的照明光束分别汇聚至不同位置。

2.根据权利要求1所述的图像生成装置，其特征在于，所述多个光源包括第一光源和第二光源；

移动后的所述第一光源发出的照明光束汇聚至第一观察者的左眼；

移动后的所述第二光源发出的照明光束汇聚至所述第一观察者的右眼。

3.根据权利要求2所述的图像生成装置，其特征在于，所述驱动装置用于沿预定轨迹移动所述第一光源和所述第二光源。

4.根据权利要求3所述图像生成装置，其特征在于，还包括轨道，其中，所述第一光源和所述第二光源在所述轨道上沿所述预定轨迹移动。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的图像生成装置，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源发出的照明光束的偏振方向相互垂直；

所述图像生成装置还包括：

偏振转换器，用于在加载到所述图像调制器上的数据对应于第一视角时，将所述第一光源和所述第二光源发出的照明光束的偏振方向旋转90°，其中，所述第一视角对应于所述第一光源；

检偏器，用于对所述偏振转换器发出的光束中的目标偏振方向的光束进行透射，所述目标偏振方向为所述第二光源发出的照明光束的偏振方向。

6.根据权利要求5所述的图像生成装置，其特征在于，所述偏振转换器用于对所述第一光源和所述第二光源发出的照明光束进行偏振方向旋转；

所述图像调制器用于对所述偏振转换器发出的照明光束进行调制。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的图像生成装置，其特征在于，所述照明光束经过所述透镜之后，再经过所述图像调制器。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的图像生成装置，其特征在于，还包括：

计算单元，用于根据所述第一观察者的双眼位置，确定所述第一光源和所述第二光源的目标位置；

所述驱动装置，用于将所述第一光源和所述第二光源移动至所述目标位置。

9.根据权利要求8所述的图像生成装置，其特征在于，还包括：

位置传感器，用于确定所述第一光源和所述第二光源的位置；

所述计算单元，用于根据所述第一光源和所述第二光源的位置以及所述目标位置，确定所述第一光源和所述第二光源的移动距离和/或移动速度；

所述驱动装置，用于根据所述移动距离和/或移动速度，将所述第一光源和所述第二光源移动至所述目标位置。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的图像生成装置，其特征在于，还包括：

检测装置，用于确定所述第一观察者的双眼位置。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的图像生成装置，其特征在于，所述多个光源还包括：

第三光源和第四光源，分别用于发出一束照明光束；

所述驱动装置，还用于移动所述第三光源和所述第四光源，其中，移动后的所述第三光源和移动后的所述第四光源发出的照明光束分别汇聚至第二观察者的左眼和所述第二观察者的右眼。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的图像生成装置，其特征在于，所述透镜包括球面透镜、非球面透镜和菲涅尔透镜中的任意一个。

13.根据权利要求2至12中任一项所述的图像生成装置，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源为光条。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的图像生成装置，其特征在于，所述图像调制器包括：液晶显示器LCD、硅基液晶LCOS、数字微镜设备DMD和微机电系统MEMS中的任意一个。

15.一种显示设备，其特征在于，包括主处理器和权利要求1至14中任一项所述的图像生成装置；

所述主处理器用于向所述图像调制器发送数据。

16.一种图像生成方法，其特征在于，包括：

分别通过多个光源获取一束照明光束；

分别汇聚多束照明光束；

分别调制所述多束照明光束,其中，调制后的所述多束照明光束分别汇聚至不同位置；

移动所述多个光源，其中，移动后的所述多个光源发出的照明光束分别汇聚至不同位置。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述分别通过多个光源获取一束照明光束，包括：分别通过第一光源和第二光源获取一束照明光束；

所述移动所述多个光源，包括：移动所述第一光源和所述第二光源，其中，移动后的所述第一光源和移动后的所述第二光源发出的照明光束分别汇聚至第一观察者的左眼和所述第一观察者的右眼。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述移动所述第一光源和所述第二光源，包括：

沿预定轨迹移动所述第一光源和所述第二光源。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述沿预定轨迹移动所述第一光源和所述第二光源，包括：

在轨道上沿所述预定轨迹移动所述第一光源和所述第二光源。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源发出的照明光束的偏振方向相互垂直；

所述方法还包括：在加载到图像调制器上的数据对应于第一视角时，通过偏振转换器将所述第一光源和所述第二光源发出的照明光束的偏振方向旋转90°，其中，所述第一视角对应于所述第一光源；

对所述偏振转换器发出的光束中的目标偏振方向的光束进行透射，所述目标偏振方向为所述第二光源发出的照明光束的偏振方向。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述第一观察者的双眼位置，确定所述第一光源和所述第二光源的目标位置；

所述移动所述第一光源和所述第二光源，包括：

将所述第一光源和所述第二光源移动至所述目标位置。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括：

确定所述第一光源和所述第二光源的位置；

根据所述第一光源和所述第二光源的位置以及所述目标位置，确定所述第一光源和所述第二光源的移动距离和/或移动速度；

所述将所述第一光源和所述第二光源移动至所述目标位置，包括：

根据所述移动距离和/或移动速度，将所述第一光源和所述第二光源移动至所述目标位置。

23.根据权利要求16至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述分别通过多个光源获取一束照明光束，包括：分别通过第三光源和第四光源获取一束照明光束；

所述移动所述多个光源，包括：移动所述第三光源和所述第四光源，移动后的所述第三光源和移动后的所述第四光源发出的照明光束分别汇聚至第二观察者的左眼和所述第二观察者的右眼。

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