CN1252669C - 对运动中的观众显示多组图像的装置 - Google Patents

Abstract

提供一种装置，用于显示对相对于这些图像运动的观众看起来是动画的静止图像。该装置(1700)包含安装在表面(1723)上的多个图像(1730A，1730B)，以及安装在该表面和观众之间的缝隙(1722)。当观众经过时，缝隙板像快门一样产生动画效果。通过在表面上交替和安装多组静止图像产生多个动画效果。每一组图像可以从相对于经过的观众的不同的视角看见。静止图像可被这样排列使得当沿着相同方向经过该装置时，可看到每一组图像。或者，静止图像可被这样排列使得某些组图像可从一个方向被看到，而其他组图像可从相反方向被看见。

Description

对运动中的观众显示多组图像的装置

发明背景

本发明涉及对运动中的观众显示看似动画的静止图像。更具体地说，本发明涉及显示多组静止图像，在该多组图像中，相对于静止图像而言，每一组图像对于运动中的观众来说看似动画。

显示对运动中的观众来说看似动画的静止图像的显示装置是众所周知的。这种显示装置的示例在DE 19806556和GB 2317985中被公开。这些装置包括分级图像(即从一个到另一个略微并逐渐变化的相邻图像)。这些图像按照观众的运动方向排列(如沿着铁轨的方向)以便能够连续地观看这些图像。当观众经过这些图像时，这些图像看似动画。这种效果类似于快速翻书。一本快速翻动的书在每一页上都具有前页与后页略微不同的图像，所以当快速翻页时，读者可感到动感。

在公共交通系统中一种长期存在的趋势一直是开发一种装置以向地铁系统中的旅客提供动画。相对于固定在地铁系统隧道墙壁上的该装置，这些运动画面的活动由观众运动实现。该装置有显而易见的价值：透过原来只能看到一片黑暗的列车车窗，可看到运动的画面。可能的有用的运动画面主题可以是具有艺术价值的东西、来自交通系统的信息或者来自广告商的广告。

每一个公知的装置都向观众/乘客提供一系列的分级图像或“帧”以使人们看到一个接一个的连续帧。众所周知，若简单地将一系列静止图像呈现给运动的观众，如果所显示的画面以极快的速度过分接近观众的话，只能使观众感受到一片模糊。或者，在较远的距离或以较低的速度观众看到的是一系列没有动感的单独的图像。为了达到运动的画面效果，公知的装置已采用了在极短的时间内显示每一图像的方法。以足够短的持续期内的多个显示次数，可捕捉到观众和图像之间的相对运动，并且模糊是可忽略的。捕获运动的方法一直是基于对图像的频闪照明。这些方法要求在观众和装置之间精确的同步以在相对于观众的相同位置使每一图像被照亮，即使观众以较快速度走动。

对频闪装置的要求很多：闪光对快速移动的观众必须非常短暂，所以相当亮，以使足够的光亮到达观众。这种需要反过来要求极其精确的定时闪光。这种精确要求观众方运动的一致性，很少或不改变速度。所有上述的这些要求导致了机械或电子的复杂性和造价很高，或比实际高的列车运动的一致性。其它公知的装置通过在观众的车辆上设置某种转发器和在该装置上设置接收器来确定观众的位置，克服了对时间高精度的要求。这些装置必然带来极高的机械和电子的复杂性和造价。

上述公知的装置通常要求观众在车辆中。例如因为车辆可携带用于定时、照明和发出信号的设备；或者因为需要保持速度的一致性或者因为需要提高观众的速度，故可施加这种需求。由于多种机械部件，这种车辆的使用需要很复杂的设计，由于人们经常同这种现有系统打交道，所以需要对现有设备进行更新。把这种装置安装在移动的地铁车厢这种恶劣环境上可能限制了在需要其的单位中可得到的机械或电子的精确性，或者可能需要对已获得高精确度的零件进行频繁维修。

该车辆的使用也有限制。在最基本程度上，它把可能的应用范围限制在在车上的观众。更具体地说，考虑车辆的物理尺寸抑制了频闪装置的适用范围。设计必须考虑像车辆的高度、宽度、窗户的大小和空间，以及观众在车内的位置。例如，高速行驶的火车上窗户的较小空间要求最好是高频率和高数量的频闪放电，以使火车上所有乘客都能看到显示。环境大小，诸如在地铁隧道上硬件安装可用的物理空间和投射图像可用的距离之类的环境空间除了限制了各个零件的质量和耐用性以外，还限制了任何装置元件的大小。

尽管仅通过使投影器的距离更近原则上可使频闪装置用于慢速移动的观众，而实际上这种做法很难。首先，使距离更近增加了造价和复杂性。而且，一旦该装置以固定的投影器到投影器的距离安装，则向观众有最小的速度要求。

涉及在观众和该装置之间相对运动的显示动画图像的现有方法是佐特罗普(zootrope)。佐特罗普是一个简单的空心圆柱装置，该装置通过圆柱壁缝隙口的几何排列和位于圆柱体内的一系列分级图像产生动感。当圆柱绕轴旋转时，通过缝隙(快速移动)可看到动画。

然而，因为佐特罗普的剖面必须是圆柱形的，所以它必须按几乎其全部比例安装。由于动画要求最小的帧速率而帧速率取决于旋转的速度，所以使用佐特罗普只能看到非常短暂的动画。尽管在观众和该装置之间存在相对运动，但实际上观众不能舒服地围绕佐特罗普呈圆周运动。所以对佐特罗普来说只有一种配置是可行的，即静止的观众通过旋转的圆柱观看到短暂的动感画面。

由于它在形状上不能改变这一原因，动感的短暂的持续时间和它必须是旋转的这个事实，佐特罗普一直只能是没有实际应用价值的玩具或新奇的东西。然而，至少一种公知的系统在被称作“线性佐特罗普”的这种装置中沿户外的铁轨显示图像，在该装置中，图像被固定在提供缝隙的墙壁的后面。这种户外环境基本上不受限制。

鉴于上述原因，提供用于受空间限制环境中的该装置是所希望的，该装置向运动中的观众显示看似动画的静止图像。

提供用于受空间环境(该环境已知周围的光线强度)限制的该装置也是所希望的。

提供显示多组静止图像的这种装置以使每一组图像对运动中的观众来说看似动画更是所希望的。

发明内容

本发明的目的是提供用于空间限制环境中的装置，该装置对运动中的观众显示看似动画的静止图像。

本发明的另一目的是提供这样的装置，该装置用于已知周围光线强度的空间限制环境。

本发明的更进一步的目的是提供显示多组静止图像的装置以使每一组图像对运动中的观众来说看似动画。

根据本发明，提供了显示多组静止图像的装置。对沿基本上平行于所述图像的已知轨迹以已知速度移动的观众来说，所述每一组静止图像形成动画显示。所述装置包括具有沿所述轨迹的后板长度的后板。所述每一组的静止图像与所述另一组的图像相交替并且安装在所述后板的表面。每一静止图像具有一个实际图像宽度和一个图像中心。同一组连续图像的图像中心由帧与帧的距离分离。缝隙板置于基本上与面对安装有图像的表面的所述后板平行的位置并且由板与板的距离从那里分离。缝隙板的安装离所述轨迹有一个观看距离，所述板与板的距离和所述观看距离加起来为后板距离。所述缝隙板具有沿所述轨迹的缝隙板长度，并且有基本上与所述缝隙板长度垂直的多个缝隙。每一缝隙对应于所述每一组的各自图像并且具有沿着所述缝隙板长度测量的缝隙宽度和缝隙中心。相邻缝隙的各自缝隙的中心最好由帧与帧的距离分离。

相对于基本上沿已知轨迹移动的观众，每一组图像从各自的视角都是可以看到的。多组静止的图像可被这样排列以使当沿着已知轨迹的同一方向运动时，可看到每一组图像。或者，多组静止图像可被这样排列以使当沿着已知轨迹的一个方向运动时，可看到一组或多组图像，当沿着已知轨迹的相反方向运动时，可看到一个或多个其他组的图像。

附图的简要说明

根据下列详细的描述并结合附图，本发明的上述和其他的目的以及优点将变得显而易见。在该附图中，参考符号是指相同部分，其中：

图1是说明根据本发明的该装置的实施例的透视图。

图2是显示在图1中的装置的分解透视图。

图2A是说明图1和图2中的装置的另一实施例的透视图。

图3是图1和图2中几何和光学装置的示意图。

图3A是本发明弯曲实施例的几何示意图。

图4A、4B和4C(合起来称为“图4”)是对观众在三种不同时刻所在的三种不同位置单个图像和缝隙的示意性描述。

图5A、5B和5C(合起来称为“图5”)是对观众在三种不同时刻所在的三种不同位置一对图像和缝隙的示意性描述。

图6是观众在一段时间内观看一个单个图像的示意性描述，以说明延伸效果。

图6A是说明后板不与运动方向平行的延伸效果的示意性描述。

图7是说明其中图像为弯曲的本发明第二实施例的示意平面图。

图8是说明其中图像相对于后板是倾斜的本发明第三实施例的示意平面图。

图9是说明本发明的第四实施例的示意平面图，该实施例近似于图8中的实施例，但其中缝隙板包括一组平行于图像并相对于后板倾斜的部分。

图10是对本发明的双面的第五实施例的一对组合缝隙板/后板的示意性透视表示。

图11是图10中的实施例的示意平面图。

图12是如在图7的实施例中具有弯曲的图像和如在图10、11的实施例其中是双面的第六实施例的示意平面图。

图13是用于本发明的第七实施例的滚筒型图像支架的透视图。

图14是本发明的第八实施例的透视图。

图15是从本发明的第八实施例的从图14中的15-15行截取的垂直剖面图。

图16是表示在地铁隧道中安装根据本发明的多个模块化单元的简化透视图。

图17是根据本发明的具有多组图像装置的单个单元的优选实施例的透视图。

图18、19是说明行人行进的方向和沿着邻近本发明装置的人行道视野的方向的示意平面图。

图20是图17中所示装置的示意平面图。

图21是根据本发明装置的单个单元的另一优选实施例的示意平面图。

图22是根据本发明的部分装置的优选实施例的示意平面图。

图23是根据本发明的部分装置的另一优选实施例的示意平面图。

图24是根据本发明具有空间分离图像的部分装置的优选实施例的示意平面图。

图25是说明图23中所示装置的另一视线的示意平面图。

图26、27是说明根据本发明的部分装置的视线范围的示意平面图。

图28是根据本发明的使用不透明元件的部分装置的典型实施例的示意平面图。

图29是根据本发明使用反射板的部分装置的优选实施例的示意平面图。

图30是根据本发明使用反射板的图23中所示装置的示意平面图。

图31是根据本发明使用T反射板的部分装置的优选实施例的示意平面图。

图32A-B是根据本发明使用T反射板的图23中装置的示意平面图。

图33是根据本发明使用光源的部分装置的优选实施例示意平面图。

本发明的详细说明

本发明更好地产生了按简单几何光学原理操作的一种简单装置，该装置对相对于它的运动中的观众显示动画。该装置基本上要求观众按基本上可预测的速度以基本上可预测的路线运动。有许多符合这种标准的场合，包括地铁上的乘客、人行道或便道上的行人、地面列车上的乘客、机动车上的乘客、电梯上的乘客等，但不限于此。为了便于说明，本文件的后面部分主要参照对具体的典型示例的应用，即地铁上的乘客可看到的安装在地铁系统的装置，但本发明不仅限于这样的应用。

本发明的优点包括以下方面：

1、观众不必在机动车辆上。

2、更可取地，不需要复杂的频闪照明。

3、更可取地，不必在该装置和观众之间准确定时或定位触发器。

4、更可取地，它不需要移动部件。

5、更可取地，它不需要快门。

6、更可取地，如果观众在车中，不需要安装在观众或观众的车辆上的特殊的设备。

7、更可取地，不需要在该装置与观众之间进行关于观众的位置、速度或运动方向的信息传输。

8、更好地提供了视野深度。

9、该装置可被设计其操作与观众运动的方向无关。

10、更可取地，对间隔很近的成群观众的每一成员都有效，而与受他们的距离或相对运动无关。

11、更可取地，它不需要比简单的缝隙更精确的光学器件(尽管可使用其它光学器件)。

12、更可取地，它不需在车窗间距和画面间距之间的关联。

13、更可取地，它提供了沿运动方向的图像的有效放大的可能性。

14、更可取地，因为放大允许分级图像的间距非常近，所以它对观众速度的要求非常低。

15、更可取地，它不需要特定的几何形状，它可以是圆形的、线状的或其它的几何形状。

16、更可取地，它不具有最大速度。

该装置最好包括一组最好以固定间距隔开的分级画面(graduatedpicture)(“图像”或“帧”)，并且最好在画面和观众之间包括最好把观众的视野限制到了每一画面的窄条的光学装置。该光学装置最好是带有一组薄的、其中有透明缝隙的不透明材料，适合与观众的运动方向垂直的缝隙的尺寸。该组画面通常被称作“后板”而该种优选光学装置通常被称作“缝隙板”(slitboard)。

对于本发明来说，照明源不是必须的但经常需要，以使画面比观众所处的位置明亮。该种照明不需要照亮观众的环境，可使画面背光或把该照明置于缝隙板和后板之间以基本上使画面正对着光。当使用照明时，最好亮度保持不变。可使用自然或周围的光线，如果周围光线充足，该装置可在没有内部照明源的情况下操作。

为了使通过缝隙板的可视画面和缝隙板本身之间的对比度最大化，使观众一侧的缝隙板较暗或不反射或使观众一侧的缝隙板既暗又不反射不是必要的但经常需要。然而，缝隙板没一定是暗的或不反射的。例如，面对观众的缝隙板的面上可放置有常规广告牌，而在需要的位置开有缝隙口。这种配置在一些地方特别有用，即在这些地方相对于该装置一些观众运动而其他一些观众静止。例如，直达列车通过不停的地铁站，但正等普通列车的乘客站在站台上。运动的观众最好通过缝隙板前部常规广告牌难以察觉的模糊看到动画。静止的观众只能看到常规广告牌。

现在参照图1-16将描述本发明。

图1和2示出了根据本发明的显示装置10的优选实施例的基本结构。在该实施例中，装置10基本上是由机体20和盖21构成的矩形实心体。装置10的前部和后部最好由缝隙板22和后板23构成(对此下面将进行详细描述)。缝隙板22和后板23最好装入机体20中的槽24，槽24为该目的而设置。照明架25最好置于机体20和盖21之间并且最好包含光源26，光源26最好包括2支荧光管27以照亮后板23上的图像或“帧”230。缝隙板22最好包括以下将要详细描述的多个缝隙220。为了防止异物进入装置10，尤其当它被用在像地铁隧道中的恶劣或较脏环境下，每一缝隙220用透光的最好是透明的盖221(图中只示出1个)盖上。或者，每一缝隙220可用半圆柱形的透镜222(图中只示出1个)盖上，它可提高可视图像的清晰度。更具体地说，如果透镜的焦距大约等于缝隙板22和后板23之间的距离，该图像的清晰度可被提高。通过使观众在给定情况下看到的实际图像的窄条的宽度变窄，可实现提高清晰度。或者，透镜的使用可使在不降低清晰度的情况下增加缝隙的宽度。

在图2A所示的可选择实施例200中，机体201与20相似，除了它分别包含形成了完全封闭结构的能透光的最好是透明的前壁和后壁202、203外。壁202、203的至少一个(如所示的是壁202)最好像在204上被铰接以形成可打开的维修门205，例如更换后板23(用来更换其上的图像230或更换灯泡27)。如图2A所示，灯泡27被设置在背光装置206上而不是光栅25上，以后板23和图像230能透光为条件，当然，实施例200可使用带有光栅25的装置而不使用背光装置206。同样地，装置10可配置背光装置206代替光栅25，在这种情况下，后板23和图像230是能透射光的。

图3是由观众30沿着基于与装置10平行的轨道31以基本上固定的速度V_W运动所观测到的装置10的一部分的示意平面图。轨道31示意性地表示为铁路轨道，但它可以是任何公知的诸如公路、人行道或便道之类的轨道，在该轨道上观众以已知的基本上不变的速度运动。

从图3中可定义下列参数：

D_s＝缝隙宽度

D_ff＝帧与帧的距离

D_bs＝后板到缝隙板的距离

V_w＝相对于该装置的观众的速度

D_sb＝缝隙板的厚度

D_i＝单个图像帧的实际宽度

D_vs＝观众到缝隙板的距离

下面将描述没有标明的其他参数，包括B(亮度)、C(对比度)和D_i`(单个图像帧的明显的或可察觉的宽度)。

图3A中示出了另一个几何图形，其中轨道31`是弯曲的并且缝隙板22`和后板23`也是相应弯曲的，以使三者彼此基本上平行。尽管在图3中未标明，其他的参数与图3中的参数相同，除了根据弯曲度如下面所要描述的图像的伸展或放大数值可能有些调整以外。

本发明与设计用于从运动车辆观看的以前公知装置的最大不同在于不需费劲捕获图像的明显运动，即在本装置中图像相对于观众而言一直是运动的，并且该图像的某些其他部分观众一直是可看到的。这与用于运动观众的公知系统形成对比，在公知系统中，不管相对于观众的它的真正运动，为了获得个别图像帧的运动明显终止，频闪被设计得尽量频繁。

像所有动画所使用的，根据本发明的装置依靠公知的视觉暂留效果，由此当显示一组不连续的图像时，观众可觉察到连续的运动的图像。本发明的操作使用两种不同的但同时的视觉暂留的表现形式。第一种发生在眼睛，它重新组合成一次能够看到的整个连续的图像，而此时实际上显示的只是扫过整个图像的图像的一小窄条。第二种是翻动图书的通常效果，由此使人感觉到一组图像的分级图像(graduated image)为连续的动画。

图4说明了第一视觉暂留效果。它显示了相对于一个图像的在按时间连续点(图4A、4B、4C)的观众30的位置。在图4A、4B、4C的每一图中，双端箭头40表示整个实际图像的宽度D_i，而距离41表示在给定时间部分可视图像。该图显示观众30在短时间内看到每一部分图像。然而，在任何情况下只能看到宽度41的一窄条(sliver)图像。因为在该时间内可看到的窄条非常短，因此通过该缝隙在该时间看到的图像运动非常小，即使在很高的速度下，观众感到非常微小的模糊或感觉不到模糊。对该装置工作的速度没有理论上的上限，----观众移动速度越快，可看到的给定窄条的时间越短。即引起模糊的影响，即观众速度的提高，由降低模糊的效果即给定窄条的可视时间消除。

在图4中，观众眼睛移动的表示仅仅是说明性的。实际上，与常规广告牌一样，观众的视线盯在感觉为静止的屏幕上，通过周围视线可看到整个画面。

图5说明了第二视觉暂留效果，它显示了观众30在时段的三个连续点沿固定的方向观看的情况。在图5A中，第一图像n的一窄条通过缝隙221与观众的视线在一条直线上。在图5B中，观众的直接注视线落在缝隙板22的封闭处。在缝隙板22的不透明部分与观众的视线在同一直线上的时间期间，观众继续感到刚刚通过缝隙221所看到的该窄条图像n。在图5C中，观众的视线落在与缝隙221相邻的缝隙222上，并且观众看到一窄条相邻图像n+1因为缝隙221、222的每一个最好基本上对准其各自的图像，所以在两个独立缝隙口在给定角度可看到的窄条基本上准确地对应。即，在一个假定距画面左端三英尺远的位置，距画面左端三英尺远的该窄条从一帧到下一帧是可视的，但不能是距图像的其他部分的窄条。以这种方式，在缝隙和图像之间的对准防止在其它情况下由图像快速移动的引起观众所感觉到的混淆和模糊。因为连续帧与常规动画中的连续图像略微不同，所以观众感到动感。

这两个视觉暂留效果在实际上是同步操作的。大于最小阈值速度，观众30即不会感到不连续的图像也不会感到不连续的窄条。

装置10的一个非常有用的效果是沿运动方向的图像的伸缩或变宽。图6说明了解释该延伸效果的几何条件。标明的“位置1”和“位置2”是给定帧230的两个位置，其中帧230的相对端是可视的。因为帧230和缝隙220相对于彼此是固定的，所以它们精确地确定了为了使缝隙220对准图像230的边缘观众30必须观看的角度。

在位置1，图像230的左端对准缝隙220和观众的眼睛。在位置2，图像230的右端对准缝隙220和观众的眼睛。事实上，这两个位置发生在不同的时间，但如上所解释的，这不会被观众30所观察到，他只观察到整个图像。

如果x是从缝隙口220的两个位置之间的中心点到位置1或位置2的任何一个位置的距离，则图像的可感觉到的宽度D_i`为2x。依据相似的三角关系，得出

                  D_vs/x＝(D_vs+D_bs)/(x+D_i/2)

                   x(D_vs+D_bs)＝(x+D_i/2)D_vs

                       2x＝(D_vs/D_bs)D_i

                      D_i′＝(D_vs/D_bs)D_i                          (1)

则可感觉到的图像宽度D_i`比该图像的实际宽度增加了观众-缝隙板距离到缝隙板-后板距离这一比例因子。

图6A示出了当后板23`基本上不与观众的轨迹平行时的放大效果图。通过对每一缝隙周围后板的形状定义公式f(x)(其中x为沿观众轨迹的距离)可发现这种放大----即由观众轨迹所定义的轴到后板的距离(例如，图7中示出了后板71，在该后板71上，每一图像730围绕着它的各自缝隙220形成了半圆)。为了方便习惯，可把沿着观众运动的方向定义为x轴，垂直于x轴的定义为y轴，并且在观众30的位置选择为起始地址。

为了发现这种放大，人们确定怎样将后板23`上的任意图像元素230`在投影平面后板23``上显现给观众。在图6A中，实际后板23`的一部分被显示在缝隙板22和投影后板23`之间。后板23`的长度PR定义图像元素230`。如所表明的，该部分230`显现给观众30如好象显示在投影平面后板23`上。

为了便于显现，所示出的部分后板23`是直线段，但该线性不是必须的。后板的形状也不必完全按照公式y＝f(x)所说明的。实际上，人们可用很多方法近似后板的实际形状----例如，通过把后板当作一组无限小的元素，每一元素可由线段近似。

位置A的观众30当缝隙220在Q时，看到了图像元素230`的左边缘P。因为图像元素230`和缝隙220的位置相对于彼此是固定的，所以为了使缝隙220对准元素230`的边缘，它们需要准确地确定观众30必须观看的角度。因此，当该装置已相对于观众30移动到平行于QR的一条线穿过A的位置时，该图像元素230`的右边缘R是可视的。

图像元素230`的左边缘将显现在投影后板23``上的位置B(距y轴的距离Δx)。图像元素230`的右边缘将显现在投影后板23``的位置C。图像D_i`的外视宽度为距离BC。

P点为后板23`与经过A和B线段的交叉点。

Q点为缝隙板22与经过A和B线段的交叉点。

R点为后板23`与经过Q和R线段的交叉点。

距离D_i为从P到R的距离。

P点的坐标(P_x，P_y)是对y＝f(x)的解(x，y)并且

        y＝(D_vb/Δx)x                          (A)

其中上面的等式是经过A和B的线段的公式。

Q点的坐标(Q_x，Q_y)是y＝(D_vb/Δx)x的解，并且

        y＝D_bs                                 (B)

R点的坐标(Rx，Ry)是y＝f(x)的解(x，y)并且

        y-Q_y＝((Δx+D_i`)/D_vb)(x-Q_x)            (C)

最后，为了使其延伸到大小D_i`，图像元素230`应当具有的大小D_i由下式给出

       D_i＝((R_x-P_x)²+(R_y-P_y)²)^0.5              (D)

其中就该装置的尺寸和Δx，可以找到右侧的变量。

上述推导验证了为了对基本上平行或不平行后板预收缩(preshrink)图像确定延伸效果的实际方法。一种对各种后板配置正确的有用的经验方法来自角BAC等于角BQR这一事实----像由观众所看到的投影图像的角度大小与位于缝隙220的实际图像的角度大小相同。

为了预收缩图像，以Δx＝0开始并且沿任意一个方向顺序地运动(当适当递增Δx时)它可被分成许多单元，然后每一单元可被预收缩并且置于后板的适当位置。

在观众的轨迹是曲线的情况下，诸如图3A中所示的几何形状，缝隙板和后板都不必是直线。通过定义相对于观众的缝隙的路径的函数g(x)以及用y＝g(x)代替方程式(B)，可对不平行后板使用相似的运算。

实际上，为了使当投影时图像被延伸到适当的比例以在相对小的空间能够呈现大的图像，该图像在被安装在后板前可沿着运动方向被收缩。可使用后板上弯曲或倾斜的表面以扩大效果。即当非平面后板接近缝隙板时，大大提高了放大效果。然而，为了简化，除非另有说明，下面的讨论将设想为一个平面后板。

如下面所显示的，当通过相关的变量参数调整装置10时，该延伸效果是非常有用的。所感觉到的图像大小D_i`和观众距离D_vs之间的关系也是线性的----即当观众离开越远，图像变得越大。在适当的环境中这是非常有用的效果。

该装置有一些限制和副作用。视觉暂留的两个效果或要求不是必需相等的最小速度。太慢的速度可导致显现不连续的垂直线或闪烁或缺乏所观察的动画效果。实际上，不连续的垂直线的出现为主要的限制。延伸效果的一种可能的有用效果起因于多帧的窄条同时可视的这样一个事实。即，如果所感觉到的图像比真正的图像大十倍，则在任何给定时间十种不同图像的窄条可能是可视的。因为每一帧呈现动画中不同的时间点，所以可同时看到多倍的图像。例如，如果需要，这种效果可被用于交错图像。同样地，可以以类似于商业动画片投射中使用的方法显示单帧的多种情况。或者，该效果也可导致观众30感到混淆或模糊。实际上，这种混淆几乎注意不到，并且通过较高的帧速率或较慢的动画对象的变化可被降低。

当一帧图像230通过对应于相邻帧230的缝隙220可看到时，产生另一可能有用的效果。在这种情况下，观众可看到多个并排动画。如果需要，这些“第二级”图像可被用于图形效果。或者，如果不需要，通过增加缝隙板的厚度D_sb或比例D_ff/D_i，通过在缝隙板22和后板23之间采用遮光板，或者通过改变后板的几何形状，它们可被去除。下面将对这些技术进行描述。

另一可能有用的效果起因于延伸效果改变图像230的比例这样一个事实。如果不需要，人们通过预缩图像230以使延伸效果恢复到真正的比例可去掉该种效果。然而，必须小心，在不同的观众30观察装置10的情况下，每一个观众都从不同的D_vs观察。在这种情况下，对理想大小的准确恢复只发生在一个D_vs。在另一个D_vs，该种恢复是不准确的。然而实际上，对于许多有用的参数范围，这种不准确的恢复有很少或没有副作用。

通常，这四个参数----V_w、D_bs、D_vs、D_i`是由环境施加的。观众的速度V<sub>w</sub>一般由例如汽车的速度、一般观众的步进速度或人行道、电梯的运行速度等来施加。后板到缝隙板的距离D<sub>bs</sub>通常受例如火车和隧道墙壁之间的空间或人行道上的可获得空间的限制。观众到缝隙板的距离D<sub>vs</sub>是由例如地铁车厢的宽度或人行道的宽度来施加的。最后，可感觉到的图像宽度D<sub>i</sub>`不应大于在给定情况下观众30看到的区域----例如，火车车窗的宽度。

为了成功地感受动画效果，通常地施加为建立好的最小帧速率，即，大约每秒15-20帧。由公式

    帧速率＝V_w/D_ff                    (2)

将帧速率，帧与帧的距离和观众的速度相联系。因为该帧速率一般必须大于最小阈值，并且通常由环境施加，所以该关系式设置为一个最大的D_ff。

例如，对于一辆以每小时30英里(约为每小时48公里)行驶的火车，给定的最小帧速率为每秒20帧，上述的关系确定D_ff可最大为2英尺(约67厘米)。

或者，最小的V_w由图像所允许的最小D_ff确定，它受D_ff不能小于D_i这样一个事实的限制。理论上延伸效果允许D_i在不低于D_i`的情况下被任意地降低，因为D_bs原则上可被任意降低。然而，实际上，D_bs不能被任意降低，因为非常小的值能导致对在不同D_vs的每一观众30所感觉的图像宽度有很大不同。即在太小的一个D_bs，在火车对面的观众能看到非常明显的不同比例的图像。而且，导致高放大的小的D_bs要求相当高的图像质量或印刷清晰度。

如果在不同的距离D_vs的观众观察装置10，最近的一个(那些具有最小D_vs距离)通常决定了D_bs的界限。

因为图像不能重叠，

    D_i≤D_ff                                  (3)

假如D_i＝D_ff并且人们能看到第二级图像，它们看着像是略微不同步的第一级图像。该导致的显示将像彼此相邻的多个电视机，且在略微不同的时间播放节目。该效果可被用于图形目的，或者如果需要，三种变化可将其消除。

首先，人们可降低D_i/D_ff的比例，有效地把空间放在相邻图像之间。该种变化可传送远离主要图像的第二级图像。

其次，人们可增加缝隙板厚度D_sb以使第二级图像由截止角变模糊。即对于非零厚度的缝隙板22，有一个角，如果一个人通过该角观看，则其不能通过缝隙看到。随着缝隙板22厚度的增加，该角变得越来越小并且按照下列方程式可被看到

    D_sb/D_s≤D_bs/(D_i/2)                       (4)

通过方程式1中替代D_i`该方程式可改写为

    D_sb/D_s≤D_bs/(D_i`/2)                      (5)

这显示了所需要的感觉图像宽度对D_sb的限制。

通过在缝隙板22和后板23之间放置遮光板32可达到前面所述的同样效果，由此通过相邻图像230的缝隙220阻碍了图像230的视线。

第三，如图7中所说明的，人们可改变后板的形状。在装置70中，后板71具有弯曲的图像730以使第二级图像不被观察到。后板形状的变化将导致略微变化的延伸效果。像前面一样，通过沿运动方向预收缩图像可消除延伸效果。

图7中所说明的实施例具有很多潜在且有用的性能，不仅能不显示第二级图像，而且还能不显示任意宽的第一级图像。该种效果与上述假设为平坦后板几何形状的延伸效果有关但又不同。图像的最终观察宽度受缝隙板的渐晕(vignetting)的限制----通过解关系式5求D_i`可发现确切的关系。从图7中可观察到，当视角变大时，观众通过每一给定缝隙220继续观察仅有的对应于缝隙220的图像730。在理想的零缝隙板宽度限制下，当观众朝左90°角看时，可看到图像最左端的窄条；当观众朝右90°角看时，可看到图像最右端的窄条。中间的窄条在极限角之间可继续看到。换句话说，每一图像都可被看做无限宽。(在图7中，为了说明由非零宽度缝隙板渐晕所允许的最大视角，该弯曲图像730没有完全触到缝隙板22。原理上，弯曲的图像730可触到缝隙板。)

进一步的条件是缝隙宽度必须随着光强度反向变化----即D_s∝1/B。通常，该装置具有较高清晰度并且缝隙宽度越小越不模糊(与为何一架针孔照相机具有较小的孔而有较高的分辨率类似)。由于较小的缝隙透射少量的光，为了使相同总量的光到达观众30，光亮度必须随着缝隙宽度的降低而增加。

相对于图像宽度的缝隙220的宽度确定沿运动方向的观众30所感觉到的模糊量。更具体地说，从观众30到投影到后板23的缝隙220的尺寸确定本装置不降低模糊的尺度。该长度被设置，因为在任何给定时刻通过缝隙220可看到的窄条图像是运动的，因此观众的感觉是模糊的。这样，如果需要可能的最高清晰度，与图像宽度有关的缝隙220的尺寸应像可实现的一样小。在以下两个示例的参数范围中，缝隙宽度可能小于0.03125英寸(小于0.8毫米)。

可达到的亮度、清晰度以及它们之间的关系可被量化。

首先，定义下面补充参数：

L_ambient＝观众环境周围的亮度

L_device＝该装置上后板的亮度

C＝图像和观众所在的周围环境的对比度

D_vb＝D_vs+D_bs＝观众和后板之间的距离

B_ambient＝观众所在位置的周围环境的亮度

B_device＝观众所在位置的图像的亮度

TF＝透射的百分率或穿过缝隙板的光的百分率

R＝图像清晰度

L_ambient描述当注视由该装置投影的图像时观众视野范围内的典型物体的亮度。该种典型物体应代表观众周围环境的一般亮度并且应具有背景光强度的特点。例如在地铁或在火车上，它可能是与窗子相邻的车厢的墙壁，通过该窗子可看到该装置。

B_ambient是如观众所看到的该物体的亮度并且

     B_ambient＝L_ambient/4πD_ambient ²                (6)其中D_ambient为观众和周围物体之间的距离。有时很难选择一个具体物体作为环境的代表。如上所述，在地铁隧道所使用的实施例种，周围的物体可以是与窗子相邻的地铁车厢，在该种情况下，D_ambient为从观众到墙的距离。为了便于计算，因为从窗子到该装置的附加距离相对较短，所以这可近似为D_vs。

L_device描述该装置的后板上的图像亮度。因为通过有效过滤穿过的光线的缝隙板一直可看到后板，它在观众所在位置的光亮度B_device为

    B_device＝(L_device/4πD_vb ²)×TF                   (7)缝隙板的透射百分率TF，为透射光的缝隙板长度与总长度的比例----即

    TF＝D_s/D_ff

   ≤(D_s×D_vs)/(D_i`×D_bs)                            (8)其中当D_ff＝D_i时，第二行取等号。

图像清晰度R，为图像尺寸与投射到后板上的缝隙的尺寸的比例。

                  R＝(D_i×D_vs)/(D_s×D_bs)

                         ≈D_i/D_s

                   ＝(D_i′×D_bs)/(D_s×D_vs)           (9)

因为该图像以缝隙宽度数为尺度沿运动方向趋向模糊，所以该数值被称做清晰度。因为眼睛能同时看到包含在缝隙宽度内的整个图像区域并且该图像在它可被看到时移动，所以眼睛不能分辨比投射的缝隙宽度精细得多的图像的细节。因此D_s有效地确定沿运动方向的图像的像素大小。换句话说，例如，如果缝隙宽度为图像变度的十分之一，该图像沿运动方向有效地具有10个像素。实际上，眼睛能分辨比R略微清晰的图像，但是R确定了尺度。

为了使图像有意义地投射不模糊的图像，R最好大于10，但这可能取决于被投射的图像。也应注意当D_i＝D_ff时，R＝1/TF，以便增加清晰度来降低透射的光。

C为在该装置的图像和观众所在位置的周围环境的对比度。为了使在观众环境下图像是可视的，该装置的亮度必须大于最小亮度

    B_device≥B_ambient×C                     (10)

为了使该装置是可视的，C定义了取决于人眼特性的最小装置亮度：如果装置的图像相对于它的环境太暗，将会看不见。该装置的亮度可总是亮于由C定义的最小亮度。实际上来讲，C应至少为大约0.1。对于许多诸如商业广告之类的应用，C大于1可能是理想的。

下列参数包含详细地描述根据本发明的装置的最小一组参数(可称为独立参数)----D_vs、D_bs、V_w、L_ambient、D_ambient、C、L_device、D_i、D_s和D_ff。可被定义为“从属参数”的其他参数为：

        D_i′＝D_i×D_vs/D_bs

        D_vb＝D_vs+D_bs

        R＝D_i/D_s

        FR＝V_w/D_ff

        TF＝D_s/D_ff

        B_ambient＝L_ambient/4πD_ambient ²

        B_device＝(L_device/4πD_vb ²)×TF

所有这些独立参数，前5个基本上是由该装置所安装的环境决定。例如在地铁系统中，这5个参数是由隧道和火车的剖面、火车的速度和火车中的照明决定。作为另一个例子，如在人行道上或在建筑内里，这些参数由人行道或走廊的尺寸、行人步行的速度和周围的照明条件决定。

C和从属参数R、FR受人类感知的特性的限制。该装置的图像特性是合乎理性的并且不会被模糊过度地降低。D_i`受环境的限制(例如地铁车窗的宽度)，或受对该装置要显示的图像要求的限制(例如审美考虑)，或者两种限制兼而有之。其余的从属参数由独立参数确定。

当这些参数基本上不受限制时，对其余4个独立参数允许较大的误差并且不必遵守下面所说明的具体关系。例如，这种放松的条件的发生与当D_vs大体上不受限制时在平坦环境中户外行驶的地面火车相关。有时，基本不受限制的参数产生了一种该装置根本不能被使用的环境，像周围的光强度剧烈、随意地变化或者完全不知道观众的速度。

对其余独立参数的限制用一组不等式表示并且由下面被导出。

组合关系式6、7、10提供了最小的缝隙宽度，

           D_s≥c×(B_ambient/B_device)(D_bs×D_i′)/D_vs

          ≥c×(L_ambient/L_device)(D_vb ²/D_ambient ²)(D_bs×D_i′)/D_vs                        (11)

解关系式9求D_s，得出，

                D_s≤(D_i′×D_bs)/(R×D_vs).                                              (12)

组合关系式11、12限制了上下缝隙的宽度：

    c×(L_ambient/L_device)(D_vb ²/D_ambient ²)(D_bs×D_i′)/D_vs≤D_s≤(D_i′×D_bs)/(R×D_vs). (13)

在该关系式中，L_ambient和除了缝隙宽度的所有距离基本上受环境的限制，R和C受人类视觉特性的限制。如前面所讨论的，为了便于计算，D_ambient可近似于D_vs，也注意(D_bs×D_i`)/D_vs＝D_i在关系式最左端和最右端的不等式强制了该装置的最小亮度L_device。即如果该装置的亮度低于最小阈值，该装置的图像太暗，在观众所处环境的亮度里看不到。

一旦该装置的亮度足够高，在D_s和关系式最左端和最右端之间的不等式确定可允许的缝隙宽度范围。一个较小的缝隙宽度产生较高的分辨率但亮度较小，而一个较大的缝隙宽度通过牺牲分辨率产生亮度。该装置的较高亮度延伸到可允许的缝隙宽度范围的较低端。

帧与帧空间的另一类似关系式可由上面的关系式导出。关系式3可被写为

    D_ff≥D_i

   ≥(D_i`×D_bs)/D_vs                        (14)

关系式2，帧速率＝V_w/D_ff可被重写为

    D_ff≤V_w/FR                              (15)

其中FR代表帧速率并且等式已变为不等式以反映出FR为动画效果必须的最小帧速率。

组合关系式14、15产生

     (D_i`×D_bs)/D_vs≤D_ff≤V_w/FR          (16)

V_w和除了D_ff的所有距离基本上受环境的限制，FR受人类视觉特性的限制，因此该关系式定义了D_ff的可允许范围，它也对本发明可能被应用的环境上加入了一种条件----即如果在等式的最左端和最右端之间的不等关系不成立，本发明将是无用的。

当提高帧速率时选择较低的D_ff使二级帧较接近第一级帧。降低D_ff也提高了在不降低分辨率情况下的透射百分率。以降低帧速率为代价选择较高的D_ff把图像间距拉大。

尽管理论上如果周围光线充足，像在室外(盖21或后板23必须是能透光的)装置10不需包括用于其操作的光源。实际上，使用非常薄的缝隙产生了这种需要。即当在低的周围光的条件下操作并且需要适中的分辨率时，最好有明亮的室内照明。名称“内部”表示在后板23和缝隙板22之间的装置10的体积，与表明其他任何地方的“外部”相对。内部包含可视图像230，但另外可能是空的或包含像上述结合图1、2和2A所描述的支持结构、照明源、遮光板等。

此外，该照明最好不照亮室外的装置的外部或照亮观众的环境或者直接到达观众，因为在黑暗的外部和明亮的内部之间的较大的对比度改进了最终图像的显示。该种照明需要比像在地铁隧道环境中频闪装置的照明需要方便。该种照明不需要比诸如荧光管之类的普通居民/商业用照明可实现的明亮。照明最好应是稳定的以不引起定时复杂化。装置10内部最好应是物理密封的并且远离上面讨论的室外地铁隧道环境，而且如果需要，同时最好给光源散热。通过反射光线，该密封也可用于帮助内部照明，否则该光线将不射向可看到的图像230。

下面的两个示例将详细地显示与各种参数是怎样相互联系的。

                     示例1

第一示例说明了当V_w增加时所有的限制是怎样趋向放宽的。例如，在典型的地铁系统中，下列参数可被施加：

V_w≈30英里/小时(mph)         (火车速度)

D_bs≈6英寸                   (火车和墙壁之间的空间)

D_vs≈6英尺(ft)               (火车宽度的一半，用于车厢内观众30

                               的平均定位)

D_i`≈3英尺                   (火车窗子的宽度)

通过关系式(3)和(1)，

           D_ff≥D_i

         ≥(D_i`×D_bs)/D_vs

       ≥(3ft×0.5ft)/6ft

         ≥0.25英尺                            (17)

假如图像毗邻使得D_ff＝D_i，则达到最大帧速率，则由关系式(2)

        帧速率＝30mph/0.25ft

              ＝176帧/秒                       (18)

当仍然保持高质量的动画时，按该速率参数可被大大调整。尽管降低了产生于交错的有效帧速率，如果需要，该帧速率也足够高以支持的图象交错(见上文)。

                        示例2

第二个示例说明了当接近最小帧速率时限制是怎样被加强的。为了找到最低的切实可行的V_w，假定下列参数：

帧速率≈20帧/秒

   D_bs≈6英寸

   D_vs≈6英尺

   D_i`≈2英尺

通过关系式(1)

        D_i＝(D_bs×D_i`)/D_vs

          ＝(0.5ft×2ft)/6ft

          ＝2英寸

对相邻图像，D_ff＝D_i，并且

        V_w＝D_ff×帧速率

          ＝2英寸×20帧/秒

          ＝40英寸/秒

其大致为行人的步行速度。

该最后结果的含义----即该装置对交行人人流成功地显示了优质的动画----大大提高了相对于基于频闪装置的该装置的可能的适用范围。

下列另外的示例性的实施例是在本发明的精神和范围内。

图8说明了变换动画最佳视角的另一示例性装置80。在该装置80中，后板83具有相对后板83倾斜一个锐角的图像830，从直角到锐角变换视角。例如，不需要行人转头远离运动方向，该种变化能被行人更自然地观看。该实施例也可消除第二级图像。

图9说明了与该装置80相似的更进一步的示范性装置90，但在该装置中，缝隙板92也是有角度的。该种改进对行人提供了更自然的观看位置。该非对称三角的设计使得从左到右移动的观众更自然地观看成为可能。例如一种缝隙板的平面可能更相似一组等腰三角形的对称设计(未示出)，能够适应沿两个方向移动的观众。

图10说明了当同时使用缝隙板102作为原缝隙板101的后板时，使用一个缝隙板101作为不同缝隙板102的后板的技术。该配置使得能够在一个空间内进行两个装置的背对背安装。通过使一组缝隙偏离其它缝隙D_i/2或某个百分率D_i，该装置100可被改进。

图11示出了装置100的简化结构平面图。一个缝隙板101的缝隙220在相对缝隙板102之间的缝隙220的中心，其作为前缝隙板的后板。即通过其他的缝隙板，一缝隙板的缝隙220之间可视图像230，反之亦然。因为缝隙非常薄，所以它们在后板存在造成可以忽略的混乱。

图12示出了类似于装置100的另一装置120，但该装置具有面向相对缝隙板/后板101、102缝隙220的一组弯曲图像1230(如图7所示)。这样装置120具有装置70和装置100的特性和优点。

图13说明了滚筒型的图像显示装置130，它可被置于后板的位置。该滚筒可包含多组图像，通过简单地从一组图像转动到另一组图像，图像被变化。该种装置使得图像的变化被大大简化。为了从一个动画变到另一个动画，人们可以转动这样的滚筒到不同组的图像，而不用手工变化每一图像。例如用定时器，该变化可手工执行或自动执行。通过包含缝隙220，装置130可被用于装置100或装置120。

图14、15示出了另一个示例性的装置140。在装置140中，带有图像142的“后板”141置于观众30和一组镜子143之间，每一镜子143的尺寸和方向最好基本上与已被用于上述装置的任何缝隙的尺寸和方向相同。镜子143最好安装在代替缝隙板的板144上，但也可被单个安装或安装在适合的支架上。装置140的操作原理基本与上述装置的操作原理相同。然而，因为“后板”141使观众30看镜子143的视线模糊不清，所以“后板”141可置于观众30的视线之上或视线之下。如图14、15所示的，“后板”141在观众30的视线之上，而且如图14、15所画的，“后板”141和“镜板”144均是倾斜的。然而，按照正常的布局，可不必倾斜板141、144。像就缝隙板来说，当非镜面部分暗时，“镜板”144能最好地发挥作用以提高图像的对比度。

用于地铁系统中的使用本发明的装置所显示的整个动画长度可为一英里(或更多)的较大的分数值。根据本发明的另一个方面，通过把携带这种动画的图像的后板分成较小的单元，通过根据本发明的多个装置以匹配可行的地铁隧道结构的局部设计，可实现这种动画。很多地铁系统沿着隧道方向都具有重复的支撑结构，这种模块化的装置可以以机械的简单方式被固定在隧道上。

作为一个示例，纽约城市地铁系统已经用许多对轨道间的I型支撑横梁整齐地隔成多行来贯穿了它的整个隧道网络。通过利用这些I型横梁，、它们的有规律的间隙和它们沿边放置的确定性(在火车道路之外)，根据本发明的该装置的安装可变的更为容易。然而，不应把该单个示例认为是限制该适用范围在一个地铁系统中。

该模块化技术有许多其他的优点。通过利用考虑到地铁隧道工程有明确的设计结构，它有便于建设和维修的潜力。这种I型横梁结构是坚固的并且不占用轨道空间。为了减轻设计考虑，I型横梁的固定尺寸一致控制为D_bs。此外，在不钻孔或不破坏改变现存结构的情况下，该装置可很容易地被固定在支架的外部上，从而费用和工程难度被降低。

图16示意说明了图10、11中的双面装置中可能的模块化的示例。如所示的，长度可以为半英里或大于半英里的两个缝隙板的整个长度的构成被降低以构成许多相同的缝隙板160，每一缝隙板的长度为在相邻的I型横梁161列之间(即大约5英尺)的距离，然后每一缝隙板与上述的该装置的其它部件一起被固定在一对现存的I型支撑横梁上。

图17示出了根据本发明的单个单元显示装置的优选实施例。单个单元显示装置1700包括安装在后板1723表面上的两个图像1730A、1730B。图像1730A和1730B对应于缝隙板1722的单个缝隙1720，并且每一图像属于不同组图像(即A组和B组)。每一组图像在各自的视角向沿同一轨迹运动的观众独立地投射单独的动画。这些单独的动画可相同或不同。因为两个动画可从单个显示装置投射，所以装置1700在受空间限制的环境中尤其是有优势的。

每一组图像可被排列以向沿相同方向或相反方向轨迹运动的观众投射单独的动画。例如，如果A组和B组图像相对于彼此按正向顺序排列(如A1、B1、A2、B2、A3、B3等)，则沿相同方向运动的观众能够在一个视角(即沿着一个视线)看到一个动画和在第二视角(即沿着第二视线)的第二动画。这在图18中被示出，其中行人1801和1802沿着人行道1805上的方向1803行走。人行道1805基本上与装置2300(图23中详细地示出)平行。当沿着视线1807注视装置2300时，行人1802可看到一个动画，并且当沿着视线1808注视装置2300时可看到第二动画。

相反地，如果图像B以相对于图像A反向顺序排列(如A1、Bn、A2、Bn-1...An-1、B2、An、B1)，则沿相反方向运动的每一观众都可看到单独的动画。这在图19中被示出，其中当沿着视线1907注视装置2200(在图22中被详细地示出)时，沿方向1903行走的行人1901可看到一个动画；而当沿着视线1908注视装置2200时，沿相反方向1904行走的行人1902可看到第二动画。

图20示出了装置1700的结构平面图，其中图像A-B彼此最好以反向顺序排列。沿着视线2001通过缝隙220注视的第一观众可看到图像2030B的中心，而沿着视线2002通过缝隙2020注视的第二观众可看到图像2030A的中心。图像2030A和2030B的宽度最好相等，但它们不是必须相等。图像2030A和2030B沿着法线2011以它们共同的边界对准缝隙2020，图像2030A和2030B最好并排排列。如下面的其它实施例所说明的，这种对称和边界的对准也不是必须的，所以在该实施例中，每一视角α、β被从法线2011测出并且彼此相等，因为也如下面所述的，通过设计可选择视角。对于该实施例，视角α和β也被这样选择以使它们近似等于图像的宽度的一半与后板2023和缝隙板2022之间的距离之比。从除了α和β以外的其它角度可看到图像2030A、2030B的其它部分。投射动画的最佳观看角为角α和β(即沿着到图像中心的视线)。

本发明不被限制在仅仅投射两组图像(即该装置的每一缝隙具有两个图像)。理论上，本发明的每一缝隙可具有任意数量的图像，投射任意数量的动画。例如，根据本发明图21所示的单个单元显示装置2100，每一缝隙2120包括四个图像2130A-D。当沿着图像相关的视线(每一视线在法线2111所测量的不同视角)观看时，可看到图像2130A-D的每一图像。例如，当沿着视线2102观看时可看到图像2130A，当沿着视线2104观看时可看到图像2130B。

然而，每一缝隙的图像的数量受实际因素的限制。例如，主要的考虑因素为相对于该装置的观众的速度----每一缝隙的更多图像通常提高了帧与帧的距离，该距离降低了帧速率。每秒小于15帧的帧速率导致不清晰的动画，因此应该避免。如果降低图像的宽度以补偿所提高的帧与帧的距离，则基本上等于以缝隙宽度与图像宽度的比例的所投射的图像的清晰度将降低。如果该清晰度通过降低缝隙宽度被降低，则通过缝隙板将透射较少的光，结果要求更亮的照明，这可能增加散热和操作费用。也可要求更加精确的机械加工(如激光切割)以形成较窄的缝隙。这可能增加了生产费用。其它考虑因素也可限制每一缝隙的图像数量。

图22是根据本发明的装置2200的一部分的结构平面图。装置2200每一缝隙具有两个图像。在每一缝隙中，B组图像相对于A组图像按反向顺序排列。因此，当沿着视线2201、2203、2205和2207观看装置2200时，从左到右运动的观众可看到图像2230A1-A4的动画。当沿着视线2202、2204、2206和2208观看装置2200时，从右到左运动的观众可看到图像2230B1-B4的动画。

或者，A、B组图像相对于彼此均可按正向顺序排列。图23示出了根据本发明的具有这样的排列图像的装置2300的一部分的结构平面图。当沿着视线2301、2303、2305和2307观看装置2300时，从左到右运动的观众可看到图像2330A1-A4的动画。当沿着视线2302、2304、2306和2308观看装置2300时，从左到右运动的观众也可看到图像2330B1-B4的动画。注意，从右到左运动的观众也可看到图像A或B的动画(取决于他们的视线)，但按相反的顺序(即该动画看起来向后运动)。因此装置2300对最好是单向交通环境是适用的。

注意上述的图像顺序仅仅是说明，不应认为将本发明限制在这些顺序。其它的图像顺序也是可能的。例如，在一些应用中，像A1、A1、B1、A2、A2、B2、A3、A3、B3等图像序列可能是理想的。

具有多组图像的装置的操作原则和计算基本上与每一缝隙具有单个图像的装置(像图1、2、3中的装置10)的操作原则和计算类似。然而，因为通过每一缝隙所看到的每一组的图像(如A和B组)的多个图像等级(如第一、第二和第三)，所以相对于同一缝隙的每一组的每一图像的定位比较复杂。例如，参照图22，因为图像组2230A1-A4和2230B1-B4最靠近并且是分别通过缝隙2220i-v所看到的唯一图像，视线2201-2208被称为第1级视线。(同样地，图23中的视线2301-2308也被称做第一级视线)。然而，实际上，观众可在略微不同的视角看到同组的其它等级以及其它组的等级。例如，当从左到右移动时，当通过装置2220i-v的各自缝隙打算看图像A1-A4时，观众可看到相反顺序的B组(即B4-B1)。而且，观众也可看到A组的非第一级图像。例如，当通过缝隙2220i-v观看时，观众也可看到除图像2230A2以外的图像2230A1和2230A3。观众也可看到非第一级B组图像(向后运动)。该投射图像可能看起来像节目变化的一组电视画面。

以另一种方式进行说明，沿第一级视线2201、2203、2205和2207可看到A组图像的动画。该动画的右边为按时间向后运动的B组图像的动画(因为图像B相对于图像A为相反顺序)。B组动画的右边为第二级动画----即相对于第一级A组动画按时间略微偏移的A组动画。该第二级A组动画的右边为下一相邻的B组动画，它相对于前B组序列并且按时间偏移。正向和反向的顺序持续到该缝隙的观众的视线被缝隙板2222挡住。注意除B组动画不向后运动以外(因为图像A和B相对于彼此按顺序排列)，相对于装置2300可观察到相同的多个动画效果。

与具有两组图像的装置有关的另一考虑因素为视角(如图20中的α和β角)对于第一级图像来说一般很小，相对于观众的运动方向第一级图像以90°角出现。当这种视角例如可能适合乘地铁的观众时，当从运动方向看几乎为90°角时，这种视角不适合行动不便或受伤的行人。从观众的观点来看，这种小视角的另一缺点为在两组图像之间只存在小的空间间隔。

根据本发明，可看到的多级图像和小的视角效果可被克服。一个解决办法为增加相邻图像的空间，如图24中的显示装置2400的一部分所示。然而，这样的增加空间D_s增加了帧与帧的距离，降低了帧速率。为了补偿，其它参数可被调整。例如，如果后板与缝隙板的距离被减小，增加的延伸效果允许降低帧与帧距离的较小的图像宽度，因此增加了帧速率。这也涉及对其它参数的调整。

另一更适合的解决办法为选择通过每一缝隙所看到的另一等级图像，并且因此把视线限制到所选择等级的这些图像。例如，一个更舒适(并更安全)的行人的视角可以由观看较高等级的图像产生，例如像如图25中所示的通过缝隙2520i沿视线2501所看到的图像2530A4。如果D_ff约为D_bs的一半，则在从后板2523的法线测得的约60°角图像2530A4是可视的。因此行人仅需要从行人运动方向约30°角观看以看到第四级动画。对所有其它级的图像的视线最好应被封闭。在每一缝隙具有单个图像的该装置中使用挡板这很容易被完成，每一缝隙具有多个图像的装置表明限制一个观众的视线到不需要的等级图像而不限制另一观众的视线到所需等级图像很困难。

图26、27是说明视线2601-2608和2701-2706的所选择范围的装置2200的一部分的示意平面图，视线2601-2608和视线2701-2706不应被挡上，以使观众能看到所选择的高级的A组和B组动画。如所示的，从左到右运动的观众可看到第二级(图26)或第三级(图27)A组动画。同样地，从右到左运动的观众可看到第二级(图26)或第三级(图27)B组动画。为了最好地阻止或至少限制观众观看其它的图像，区域2609-2613或2709-2712应被挡上。

图28示出了根据本发明的显示装置的一部分的典型实施例，装置2800包括置于缝隙板2822和后板2823之间的不透明部件2809-2815。不透明部件2809-2815最好挡上这样的区域，即否则通过该区域观众能看到不打算看到的图像。换句话说，不透明部件2809-2815最好把视线限制在观众打算看到的图像。或者，装置2800可以以少于所有不透明部件2809-2815产生令人满意的动画。例如，如果仅仅使用不透明部件2809-2811或不透明部件2812-2815仍可产生令人满意的动画。

图29示出了根据本发明的显示装置的一部分的优选实施例。装置2900使用挡板以遮敝观众最好不应看到的区域。挡板(baffel)2909-2911有效地执行与不透明部件2809-2815相同的功能，但一般生产和安装较容易和花费低。挡板2909-2911基本上平行于并在缝隙板2922和后板2933之间，并且能够被构造成第三基本平行板。面向缝隙板2922的缝隙板2909-2911的面最好不反光并且较暗以增加动画的对比度。面向后板2923的挡板2909-2911的面最好是白色、浅色或反光的以增加照明安装在后板2903上的图像的光量。

用于该装置的挡板可被构成，在该装置中，沿相同方向移动的观众最好被限制到每一组图像的特定视线，例如，如图30中装置3001的一部分所示。当允许沿视线3001-3008观看所选择等级的A组和B组图像时，装置3009-3017最好挡住最不需要的视线。

也可使用其它的挡板装置以挡住不需要的视线。例如，除了挡板2909-2911以外或代替挡板2909-2911，对应于不透明部件2812-2815的一排挡板可被使用。一般地，多组平面挡板可代替多组不透明部件，反之亦然。而且，任何平面或非平面的挡板可用来挡住指定的区域。

具体地说，“T形”挡板能非常有效地将视线限制在需要的图像上。例如，在装置2900和3000中，当不需要的图像等级的多个视线被挡住时，仍能看到不需要图像的极右或极左端的不需要图像等级(如，在装置2900中，除了需要的图2930A2以外，通过缝隙2902i能够看到图像2930B1)。通过如图31中所示的安装T形挡板3109-3111，可防止它发生。同样地，使用如图32A所示的T形挡板3211A、3213A、3215A和3217A，如图32B所示的T形挡板3211B、3213B、3215B和3217B，或者上述两者的组合，可挡住装置3000中不需要的仍然可视的图像等级。或者，T形挡板的垂直部分不必与水平部分成直角。

注意能够选择高于上述图像等级的图像等级(如高于图22和图23中的第一等级，图26中的第二等级，图27中的第三等级和图25中的第四等级)，这样的图像的较高等级的选择导致了更多个较小角度尺寸区域，这些区域应该被挡上以防止看到不想要的图像等级。因此，选择图像的较高等级并且因此试图限制对它们的观看需要更加精确，并且因此越不实际，所选择的等级越高。

图33示出了根据本发明的显示装置的一部分的另一优选实施例。显示装置3300包括照明3327(例如它可以是标准灯泡或荧光管)。照明3327置于挡板3309-3311和后板3323之间以照亮图像不直接照亮观众。照明3327类似于装置3100、3200A和3200B被使用。

有利的是，具有空间相隔的相邻图像的装置例如像装置2400，也可包括照明、不透明部件挡板或包括根据本发明的上述两个部件。

而且，上述装置的许多其它实施例，例如图3A所示的弯曲装置、装置100、装置140和图16所示的模块化装置，每一缝隙都能包括多个图像。滚桶图像显示机构130也可被用于每一缝隙具有多个图像的装置中。而且，与例如装置200类似，每一缝隙具有多个图像的装置可或者包括位于透光的后板后面的光源。

由此看出用于受空间限制环境中的显示装置被提供，该装置显示多组静止的图像以使每一组图像对相对于该装置运动的观众来说是看似活动的。本领域的技术人员将能够理解本发明可被应用到除上述实施例以外的地方，上述实施例是为了说明而不是为了限制，并且，本发明仅由下列权利要求限制。

Claims (24)

1.一种用于显示多组静止图像的装置，对沿基本上平行于所述多组图像的已知轨迹以已知速度移动的观众来说，所述每一组图像形成动画显示，所述装置包括：

具有沿所述轨迹的后板长度的后板，所述多组静止图像的每一组静止图像与另一组图像相交替并且安装在所述后板的表面，每一静止图像具有一个实际图像宽度和一个图像中心，同一组连续图像的图像中心分离开帧与帧的距离；以及缝隙板，置于面对所述后板表面基本上与所述后板平行的位置并且分离开板与板的距离，所述缝隙板的安装离所述轨迹有一个观看距离，所述板与板的距离和所述观看距离加起来为后板距离，所述缝隙板具有沿所述轨迹的缝隙板长度，并且有基本上与所述缝隙板长度垂直的多个缝隙，所述每一缝隙对应于所述每一组的各自图像并且具有沿着所述缝隙板长度测量的缝隙宽度和缝隙中心，所述装置的特征在于还包括：

多个挡板，每一所述挡板基本上平行所述缝隙板和所述后板并且在所述缝隙板和所述后板之间延伸，每一所述挡板至少挡住相对于所述图像中的一个从所述缝隙板到所述后板的一个视线。

2.如权利要求1所述的装置，还包括在所述挡板和所述后板之间的光源，所述光源用于照亮所述图像。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述挡板为T形。

4.如权利要求1-3所述的装置，其中相对于基本上沿所述已知轨迹移动的观众，每一组图像从各自的视角都是可以看到的。

5.如权利要求1所述的装置，其中相对于基本上沿所述已知轨迹以第一方向移动的观众，至少一组图像从各自的视角是可以看到的；并且相对于基本上沿所述已知轨迹沿与第一所述方向相反的第二方向运动的观众，至少一组其它的图像从各自的视角是可以看到的。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述多组图像包括两组静止图像。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述两组图像被交替以使除所述第一组的第一和最后一个静止图像以外，一组图像的每一静止图像安装在所述两组图像的另外一组的两个静止图像之间的所述表面上。

8.如权利要求1所述的装置，其中一组的一个图像紧邻另一组的一个图像。

9.如权利要求1所述的装置，其中两个相邻的图像以一定距离分离。

10.如权利要求1所述的装置，其中第一组图像按正向顺序被排列在所述表面，并且相对于所述第一组所述图像，第二组图像按反向顺序排列在所述表面。

11.如权利要求1所述的装置，还包括照亮所述图像的光源。

12.如权利要求11所述的装置，其中：

所述后板是能透光的；并且

所述后板在所述光源和所述缝隙板之间。

13.如权利要求1所述的装置，还包括在所述缝隙板和所述后板之间用于阻止异物进入的外罩。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述缝隙板和所述后板构成所述外罩的一部分。

15.如权利要求1所述的装置，其中所述帧与帧的距离按照所述已知速度被选择以产生由观众能看到每一组图像所需要的帧速率，所述帧速率至少为15帧/秒。

16.如权利要求1所述的装置，其中所述已知轨迹为地铁轨道，所述观众为在所述地铁轨道上行驶的地铁列车上的乘客。

17.如权利要求1所述的装置，其中所述已知轨迹为人行道，所述观众为在所述人行道上的行人。

18.如权利要求1所述的装置，其中所述每一缝隙中心对准各自多个不同的静止图像，在各自多个不同的静止图像中，所述多个图像的每一图像属于不同的组。

19.如权利要求1所述的装置，其中每一缝隙中心沿着垂直于所述后板的线对准两个相邻图像之间的各自边界，在两个相邻图像中，所述两个相邻图像的每一图像属于不同的组。

20.如权利要求1所述的装置，其中所述轨道、所述后板和所述缝隙板是弯曲的。

21.如权利要求1所述的装置，其中为了投射每一所述图像而基本上不模糊，所述缝隙宽度被选择最多为所述实际图像宽度的十分之一。

22.如权利要求1所述的装置，其中：

所述图像被照明到图像亮度；并且

当所述观众处在周围亮度被照亮的环境中时，所述缝隙宽度至少等于(a)所述实际图像宽度、(b)所述后板距离和所述观察距离的商的平方、(c)所述周围亮度和所述图像亮度的商的积的大约十分之一。

23.如权利要求22所述的装置，其中所述缝隙宽度大于(a)所述实际图像宽度、(b)所述后板距离和所述观察距离的商的平方、(c)所述周围亮度和所述图像亮度的商的积。

24.如权利要求1所述的装置，其中相邻缝隙的各自缝隙中心分离开所述帧与帧的距离。

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