CN1642294A - 立体电视的实现方法和立体电视系统 - Google Patents

Abstract

一种立体电视的实现方法为：用两组摄像头同时拍摄画面，通过一立体图像处理电路处理成立体图像源，输入三片式液晶光学引擎，处理成一竖直振动的紫色图像和一水平振动的绿色图像，投射到投影屏上，用一副偏振眼镜观察，实现体视视觉。一种立体电视系统，包括两组摄像头、一立体图像处理电路、三片式液晶光学引擎、投影屏和一副偏振眼镜。三片式液晶光学引擎包括分色单元、三片液晶微显示板、合像单元和投影物镜。三片液晶微显示板为红色光、绿色光和蓝色光液晶微显示板。本发明立体电视的实现方法比较简单，立体电视系统的装置也不复杂，图像经合成后，传输与播放与普通电视信号没有区别，制作成本低，易于普及。

Description

立体电视的实现方法和立体电视系统

技术领域

本发明涉及一种立体成象技术和装置，尤其涉及一种采用三片式液晶光学引擎的立体电视的实现方法和立体电视系统。

背景技术

人的眼睛产生立体视觉的原理在于，人的双眼在看同一个物体时有体视差，这种体视差在人的大脑中经合成后显示为立体图象。只要让人的左右眼分别看到具有体视差的立体图对的对应图象，就会产生体视感。要看立体电视，首先我们要有立体摄像机拍摄的图象源，然后在电视上显示，让人的两只眼睛各看各的图象，在人脑中产生立体图象。现有技术实现这种立体电视的方式主要有以下三种：

一、液晶开关眼镜显示方式。这种方式的原理在于，通过电信号处理，将视频信号的奇数扫描帧和偶数扫描帧分别加入具有体视视差的两组图象信号，在播放时，让人戴着液晶开关眼镜观看，并使液晶开关眼镜的开关与图象扫描帧同步，这样就使人的左眼看到了左眼像，右眼看到了右眼像，在人脑中产生了立体图象。这种方式由于扫描速度比较快，动态图象比较连续。其优点是色彩比较好，其缺点是牺牲了一半的扫描速度，而且液晶开关眼镜的成本较高。

二、光栅式。这种方式是在原有电视机的屏幕前增加一个竖光栅，在电信号处理时，让奇数象素列和偶数象素列分别加入具有体视视差的两组图象信号。在播放时，人眼由于光栅的关系，左眼只能看到偶数象素组成的画面，右眼只能看到奇数象素组成的画面，这样就在人脑中产生了立体图象。这种方式的优点是人不用戴眼镜，缺点是要使用专门的电视机。而且要达到原有的象素分辨率，横向的象素分辨率要提高一倍。

三、眼镜式显示器。这种方式采用两个微型显示器，把它们分别放在人的两只眼睛前面，让它们分别成像于眼底。分别把具有体视视差的两组图象信号加入显示器，人眼就能看到相应的左右眼像，产生立体感。这个方案的优点是体视效果很好，缺点是只能一个人看，不能多人共同享用。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有技术三种立体成像方式所存在的不足，提供一种采用三片式液晶光学引擎的立体电视的实现方法和立体电视系统。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术措施是：一种立体电视的实现方法，包括以下步骤：

A、用两组摄像头同时拍摄画面，将拍摄到的图像信号通过一立体图像处理电路处理成立体图像源；

B、将立体图像源输入三片式液晶光学引擎，由分色单元分色后分别投射到三片液晶微显示板上，由红、蓝通道输入立体图像源的红、蓝色信号，经合像单元合成为竖直振动的紫色图像，通过投影物镜投射到投影屏上，由绿通道输入立体图像源的绿色信号，经合像单元形成水平振动的绿色图像，通过投影物镜投射到投影屏上；

C、用一副由一竖直偏振镜片和一水平偏振镜片组成的偏振眼镜观察投射到投影屏上的图像，通过竖直偏振镜片看到紫色图像，通过水平偏振镜片看到绿色图像，实现体视视觉。

所述的立体图像处理电路的处理方式是，由两组摄像头分别向两组视频解码转换电路输出视频信号，两组视频解码转换电路分别将其转换为标准的视频图形阵列信号，输出给矩阵切换电路进行切换处理，组合成新的视频图形阵列信号，形成立体图像源输入三片式液晶光学引擎。

所述的矩阵切换电路将接收到的视频图形阵列信号进行切换处理的方式是，取一组视频图形阵列信号中的二种颜色通道信号与另外一组视频图形阵列信号中的第三种颜色通道信号重新组合，得到一组新的视频图形阵列信号。

一种立体电视系统，包括两组摄像头、一立体图像处理电路、三片式液晶光学引擎、投影屏和一副偏振眼镜，所述的三片式液晶光学引擎包括分色单元、三片液晶微显示板、合像单元和投影物镜，所述的三片液晶微显示板为红色光液晶微显示板、绿色光液晶微显示板和蓝色光液晶微显示板，其中红色光液晶微显示板和蓝色光液晶微显示板分别设置在合像单元的相对两方，绿色光液晶微显示板设置在与该相对两方正交的一方。

所述的立体图像处理电路包括两组视频解码转换电路和矩阵切换电路，两组视频解码转换电路的输入端分别外接两组摄像头的输出端，其输出端连接矩阵切换电路的输入端，矩阵切换电路的输出端连接三片式液晶光学引擎的输入端。

所述的三片液晶微显示板均为透射液晶微显示板，所述的合像单元包括一合像棱镜，红色光透射液晶微显示板和蓝色光透射液晶微显示板分别设置在合像棱镜的相对两方，绿色光透射液晶微显示板设置在与该相对两方正交的一方。

所述的三片液晶微显示板均为反射液晶微显示板，所述的合像系统包括一合像棱镜和三个反透镜，三个反透镜包括红色光反透镜、绿色光反透镜和蓝色光反透镜，其中红色光反透镜和蓝色光反透镜分别设置在合像棱镜的相对两方，绿色光反透镜设置在与该相对两方正交的一方，三色光反射液晶微显示板对应设置在三色光反透镜的外侧。

所述的一副偏振眼镜中，一镜片为竖直偏振镜片，另一镜片为水平偏振镜片。

所述的投影屏为背投屏或金属屏。

本发明采用三片式液晶光学引擎的立体电视的实现方法和立体电视系统与现有技术的三种方案相比，其实现立体电视的方法比较简单，立体电视系统的装置也不复杂，图像经合成后，传输与播放与普通电视信号没有区别，制作成本低，易于普及。

附图说明

图1是本发明中采用三片式透射液晶光学引擎实现的立体电视系统的典型光路图；

图2是本发明中采用三片式反射液晶光学引擎实现的立体电视系统的典型光路图；

图3是本发明立体电视系统中的补色偏振立体成像示意图。

图4是用于本发明立体电视系统中的立体图像处理电路图。

具体实施方式

下面结合图1、图2和图3、图4对本发明立体电视的实现方法和立体电视系统说明如下：本发明立体电视的实现方法的主要步骤是：首先用两组摄像头同时拍摄画面，将拍摄到的图像信号通过一立体图像处理电路处理成立体图像源；接着将立体图像源输入三片式液晶光学引擎，由分色单元分色后分别投射到三片液晶微显示板上，由红、蓝通道输入立体图像源的红、蓝色信号，经合像单元合成为竖直振动的紫色图像，通过投影物镜投射到投影屏上，由绿通道输入立体图像源的绿色信号，经合像单元形成水平振动的绿色图像，通过投影物镜投射到投影屏上。然后用一副由一竖直偏振镜片和一水平偏振镜片组成的偏振眼镜观察投射到投影屏上的图像，通过竖直偏振镜片看到紫色图像，通过水平偏振镜片看到绿色图像，实现体视视觉。

本发明采用三片式液晶光学引擎的立体电视系统，主要包括两组摄像头、一立体图像处理电路、三片式液晶光学引擎、投影屏和一副偏振眼镜。三片式液晶光学引擎包括分色系统、三片液晶微显示板、合像系统和投影物镜。三片液晶微显示板为红色光液晶微显示板、绿色光液晶微显示板和蓝色光液晶微显示板。

本发明采用三片式液晶光学引擎的立体电视的实现方法有两种实施方式，一种是采用三片式透射液晶光学引擎。图1是本发明中采用三片式透射液晶光学引擎实现的立体电视系统的典型光路图。在这一实施例中，三片式透射液晶投影显示设备包括分色系统11、红色光透射液晶微显示板12、绿色光透射液晶微显示板13、蓝色光透射液晶微显示板14、合像系统15、投影物镜16和投影屏17。合像系统15包括一合像棱镜。红色光透射液晶微显示板12和蓝色光透射液晶微显示板14分别设置在合像系统15的相对两方，绿色光透射液晶微显示板13设置在与该相对两方正交的一方，投影物镜16设置与该相对两方正交的另一方。分色单元11包括起偏机构111、多块反射镜和多块分光镜，其中第一块反射镜设置在起偏机构所产生的偏振光的竖直光路上，将偏振光折转90度后水平射出，在该水平光路上依次设有红色光分光镜、绿色光分光镜和第二块反射镜，在第二块反射镜的反射光路上设有第三块反射镜，在红色光分光镜的反射光路上设有第四块反射镜。立体图像源11经过起偏机构111后变成竖直方向的偏振光，偏振光经第一块反射镜折转90度后水平射出，经第一块分光镜折射出红色光，透过绿色光和蓝色光，折射出的红色光经第四块反射镜投射到红色光透射液晶微显示板12上，透过的绿色光和蓝色光经第二块分光镜折射出绿色光，透过蓝色光，折射出的绿色光直接投射到绿色光透射液晶微显示板13上，透过的蓝色光经第二、第三块反射镜两次反射后投射到蓝色光透射液晶微显示板14上。在这里，红色和蓝色通道分别输入立体图象源的红色和蓝色信号，经合像单元15合成为竖直振动的紫色图象，通过投影物镜16投射到投影屏17上。绿色通道输入立体图象源的绿色信号，经合像单元15形成水平振动的绿色图象，通过投影物镜16也投射到投影屏17上。只要投影屏保持偏振的特性比较好，人透过一副偏振眼镜去观察图象，就可以在竖直偏振镜片中看到紫色图象，在水平偏振镜片中看到绿色图象，在大脑中就会由其补色合成出彩色的立体图像，从而实现体视视觉。当观看动态的图象时，立体感会更加强烈。

本发明的采用三片式液晶光学引擎的立体电视的实现方法的另一种实施方式是采用三片式反射液晶光学引擎。图2是本发明中采用三片式反射液晶光学引擎实现的立体电视系统的典型光路图。这一实施方式与上一实施方式的装置和原理基本相同。在这一实施例中，三片式反射液晶投影显示设备包括分色系统21、红色光反射液晶微显示板22、绿色光反射液晶微显示板23、蓝色光反射液晶微显示板24、合像系统25、投影物镜26和投影屏27。合像系统25包括一合像棱镜和三个反透棱镜，三个反透棱镜包括红色光反透棱镜、绿色光反透棱镜和蓝色光反透棱镜，其中红色光反透棱镜和蓝色光反透棱镜分别设置在合像棱镜的相对两方，绿色光反透棱镜设置在与该相对两方正交的一方。投影物镜16设置在与该相对两方正交的另一方。三色光反射液晶微显示板对应设置在三色光反射棱镜的外侧。分色系统21包括起偏机构211、多块反射镜和多块分光镜。立体图像源经过起偏系统211后变成竖直方向的偏振光，偏振光经第一块反射镜折转90度水平射出，经第一块分光镜折射出红色光和绿色光，透过蓝色光，透过的蓝色光经另一块反射镜反射到蓝色光反射棱镜上，由蓝色光反射棱镜投射到蓝色光反射液晶微显示板24上，折射出的红色光和绿色光经第二块分光镜折射出绿色光，透过红色光，折射出的绿色光投射到绿色光反射棱镜上，由绿色光反射棱镜投射到绿色光反射液晶微显示板23上，透过的红色光投射到红色光反射棱镜上，由红色光反射棱镜投射到红色光反射液晶微显示板22上。经合像单元15合成后通过投影物镜16投射到投影屏17上。通过一副偏振眼镜实现立体图像。

图3是本发明立体电视系统中的补色偏振立体成像示意图。在本实施例中，一副偏振眼镜3包括一竖直偏振左眼镜片31和一水平偏振右眼镜片32。当人眼通过这副偏振眼镜3观看图像时，左眼看到的是由红蓝光合成的竖直振动的紫色图像41，右眼看到的是绿光所产生的水平振动的绿色图像42，这样在大脑中就会由其补色合成出彩色的立体图像，从而实现体视视觉。

请参见图4，图4是本发明用于三片式液晶投影立体电视系统的立体图像处理电路图。本发明用于三片式液晶投影立体电视系统的立体图像处理电路包括两组视频解码转换电路A1、A2和矩阵切换电路B，两组视频解码转换电路的输入端分别外接两组摄像头C1、C2的输出端，其输出端连接矩阵切换电路B的输入端，矩阵切换电路的输出端与投影系统相连。

本发明三片式液晶投影立体电视系统的投影屏可以采用背投屏，做成背投电视。也可以做成前投影机，投影到金属屏上观看。

本发明用于三片式液晶投影立体电视系统的立体图像处理电路的原理为，两帧同步摄像头C1、C2分别向两组视频解码转换电路(采用湖光星源HX51型背投整机图像处理板组装而成)A1、A2输出视频信号，一般为AV或超级视频信号(S-video)或分量输出信号(YCbCr，YPbPr)中的一种或多种。两组视频解码转换电路A1、A2分别将接收到的信号转换为标准的视频图形阵列信号R1、G1、B1、H1、V1和R2、G2、B2、H2、V2，输出给矩阵切换电路B，矩阵切换电路将接收到的视频图形阵列信号进行切换处理，取一组视频图形阵列信号中的二种颜色通道信号与另外一组视频图形阵列信号中的第三种颜色通道信号重新组合，得到一组新的视频图形阵列信号，通道的取法与光学引擎的颜色通道相关，一般情况下，是将一组视频图形阵列信号中的R(红)、B(蓝)通道与另一组视频图形阵列信号中的G(绿)通道组合，即R3＝R1、B3＝B1、G3＝G2，或者R3＝R2、B3＝B2、G3＝G1。这里的H、V一般取前二组视频图形阵列信号编号中的任意一给即可。将组合一新的视频图形阵列信号输出给投影系统，就投影出所需的图像，戴上相应的偏振眼镜就能看到动态的彩色立体图象。如果两组摄像头的信号已经是标准的视频图形阵列信号，即可直接跳转至后级矩阵切换电路。

本发明用于三片式液晶投影立体电视系统的立体图像处理电路不仅可以用于实时的立体监控，也可以进行教学演示，产品展示，远程会诊等。输入信号源不仅可用摄像头提供，也可以是录象带、光碟或其它方式提供的视频信号，通过它们也能做出各种立体演示片。

Claims (9)

1、一种立体电视的实现方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

A、用两组摄像头同时拍摄画面，将拍摄到的图像信号通过一立体图像处理电路处理成立体图像源；

B、将立体图像源输入三片式液晶光学引擎，由分色单元分色后分别投射到三片液晶微显示板上，由红、蓝通道输入立体图像源的红、蓝色信号，经合像单元合成为竖直振动的紫色图像，通过投影物镜投射到投影屏上，由绿通道输入立体图像源的绿色信号，经合像单元形成水平振动的绿色图像，通过投影物镜投射到投影屏上；

C、用一副由一竖直偏振镜片和一水平偏振镜片组成的偏振眼镜观察投射到投影屏上的图像，通过竖直偏振镜片看到紫色图像，通过水平偏振镜片看到绿色图像，实现体视视觉。

2、根据权利要求1所述的立体电视的实现方法，其特征在于：所述的立体图像处理电路的处理方式是，由两组摄像头分别向两组视频解码转换电路输出视频信号，两组视频解码转换电路分别将其转换为标准的视频图形阵列信号，输出给矩阵切换电路进行切换处理，组合成新的视频图形阵列信号，形成立体图像源输入三片式液晶光学引擎。

3、根据权利要求2所述的立体电视的实现方法，其特征在于：所述的矩阵切换电路将接收到的视频图形阵列信号进行切换处理的方式是，取一组视频图形阵列信号中的二种颜色通道信号与另外一组视频图形阵列信号中的第三种颜色通道信号重新组合，得到一组新的视频图形阵列信号。

4、一种立体电视系统，其特征在于：包括两组摄像头、一立体图像处理电路、三片式液晶光学引擎、投影屏和一副偏振眼镜，所述的三片式液晶光学引擎包括分色单元、三片液晶微显示板、合像单元和投影物镜，所述的三片液晶微显示板为红色光液晶微显示板、绿色光液晶微显示板和蓝色光液晶微显示板，其中红色光液晶微显示板和蓝色光液晶微显示板分别设置在合像单元的相对两方，绿色光液晶微显示板设置在与该相对两方正交的一方。

5、根据权利要求4所述的立体电视系统，其特征在于：所述的立体图像处理电路包括两组视频解码转换电路和矩阵切换电路，两组视频解码转换电路的输入端分别外接两组摄像头的输出端，其输出端连接矩阵切换电路的输入端，矩阵切换电路的输出端连接三片式液晶光学引擎的输入端。

6、根据权利要求4所述的立体电视系统，其特征在于：所述的三片液晶微显示板均为透射液晶微显示板，所述的合像单元包括一合像棱镜，红色光透射液晶微显示板和蓝色光透射液晶微显示板分别设置在合像棱镜的相对两方，绿色光透射液晶微显示板设置在与该相对两方正交的一方。

7、根据权利要求4所述的立体电视系统，其特征在于：所述的三片液晶微显示板均为反射液晶微显示板，所述的合像系统包括一合像棱镜和三个反透镜，三个反透镜包括红色光反透镜、绿色光反透镜和蓝色光反透镜，其中红色光反透镜和蓝色光反透镜分别设置在合像棱镜的相对两方，绿色光反透镜设置在与该相对两方正交的一方，三色光反射液晶微显示板对应设置在三色光反透镜的外侧。

8、根据权利要求4所述的立体电视系统，其特征在于：所述的一副偏振眼镜中，一镜片为竖直偏振镜片，另一镜片为水平偏振镜片。

9、根据权利要求4所述的立体电视系统，其特征在于：所述的投影屏为背投屏或金属屏。

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