CN202014339U - 立体显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种利用电子扫描实现广视角的立体显示设备，所述设备包括电子扫描器以及立体液晶显示面板。电子扫描器将接收到的图像转换成相应的影像分割器控制信号和图像信号，立体液晶显示面板接收这组信号之后形成一个某一位置为最佳观点看的立体图像，然后电子扫描器再输出平移之后的同一帧图像的影像分割器控制信号和图像信号，立体液晶显示面板接收平移后的再形成一个另一位置为最佳观看点的立体图像，如此重复，能够形成各个位置均可看到清晰的每一帧的立体图像。

Description

立体显示设备

【技术领域】

本实用新型涉及立体显示领域，特别是关于一种能够实现广视角的立体显示设备。

【背景技术】

立体液晶显示器可以显示立体图像。观看者无需借助任何辅助工具，肉眼直接可以观看到犹如立体电影那样具有鲜明纵深的立体图像。具备平面与立体兼容性能的立体液晶显示器将在绝大部分市场空间替代普通的液晶显示器，有可能成为平板显示最有前途的方向。相应的，集成了立体液晶显示器的手机、MP4、电脑等将给用户带来全新的体验。并且在不远的将来将成为市场的主流。

如图1所示，立体显示设备根据视差障碍原理，利用特定的掩模算法，将展示影像交叉排列，通过特定的视差屏障后由两眼捕捉观察。视差屏障通过光栅阵列（利用摩尔干涉条纹判别法精确安装在显示器液晶面板上）准确控制每一个像素透过的光线，只让右眼或左眼看到，由于右眼和左眼观看液晶面板的角度不同，利用这一角度差遮住光线就可将图像分配给右眼或者左眼，经过大脑将这两幅由差别的图像合成为一副具有空间深度和维度信息的图像，从而使用户不需要任何助视设备（如戴上3D眼镜）即可看到3D图像。

如图2所示，在实际工程实现中，由于两眼视线相邻处的影像，会被左、右两眼在无意识状态下捕捉读取形成所谓的逆视（重叠影像、失真、黑色纵纹），眼睛极易酸痛疲劳，因此用户必须极小的角度内才能正常观看，换句话说，如果不采用别的技术辅助，立体液晶显示器的可视角度很小。

如图3所示，为了改善上述缺失因此开发出头部检测系统(head tracking system)，利用这种检测系统可随时侦测观视者头部位置，一旦产生逆视领域时显示器会立即切换左右两眼所读取的影像，如此一来不但可以防止逆视问题的发生，还可以扩大三维元立体影像的可观视范围。

然而实际使用上头部检测系统时，却发现图3的A处部位的各菱形区域界面非常狭窄，造成用户感受到微妙的重叠影像、失真(crosstalk)与黑色纵纹(moire)等观视性不佳及眼睛极易酸痛疲劳反效果。有鉴于此该系统被进一步改成如图4所示的由液晶所构成的电子驱动型可动式头部检测系统。如果观视者的头部移动至界面区域时，该新型头部检测系统可以立即检测，同时移动上述三维立体影像分割器的开口部，也就是说它是利用检测器随时侦测、监控观视者的头部位置，并将侦测结果反馈给影像分割器，调整、控制液晶显示器上所显示的左、右两眼的影像位置，利用这种新技术观视者可以观看到范围极广的三维立体影像。

由上述各图及其描述可知，头部检测系统减弱甚至消除了水平方向的逆视效果，但是用户依然被限制在一定距离（远近方向）内使用，因此在应用上受到极多的限制。因此必须解决使用时远近方向上的逆视问题。

研究表明水平方向上小画面的前后方向的立体可视范围比大画面的立体可视范围大，这是因为小画面的视角比较小，液晶显示器与影像分割器较不容易产生所谓的moire干涉。如图5所示，利用这种物理现象将液晶显示器与影像分割器，藉由电子方式分割成16等份各别掌控专属区域，换言之它可针对用户的位置将上述影像分割器的开口部位置，以及液晶显示器内的影像微调到最适当状态，如此无论远、近，用户都可以观赏到三维立体影像。根据液晶显示器上方的立体头部检测系统(stereo head track)所侦测有关的观视者二维位置数据(前后，左右)，同时控制并切换液晶显示器左、右眼影像，以及影像分割器的开口部位置，对立体观视区以外的观视者则进行上述个别影像分割控制。

如图6所示，现有的分割控制的液晶显示器的控制过程如下：

（1）立体摄像头抓到用户相对摄像头的精确位置（左右、远近），并将此数据传输给头部检测控制电路；

（2）头部检测控制电路根基此数据进行运算，解算出用户实际观看的精确位置；

（3）根据用户的精确位置，头部检测控制电路同时还解算出开口部位置的调整参数及左、右画面的位置调整参数；

（4）根据开口部位置的调整参数，头部检测控制电路重新调整了液晶屏内相应ITO点的开、关，以形成需要的视障；

（5）根据左、右画面的位置调整参数，头部检测控制电路重新调整了左、右画面的显示区域；

分析上述的控制过程可知，实际解决用户（左右、远近）逆视问题，是通过调整ITO与左、右画面的位置来形成不同的立体视觉范围。通俗的说，是通过画面与其对应的ITO“平移”完成的，即每一个“平移”位置对应着一个最佳的观看位置（左右、远近方向）。头部检测控制器根据用户头部的位置，解算出对应的“平移”位置。

由上述分析，可以看到，这种技术存在以下缺点：

（1）需要高性能摄像头及复杂的光学系统，此摄像头还必须具备立体定位功能；

（2）需要头部检测控制电路，此电路必须具备或是依附主机（PC等）有强大的运算能力才能解算出用户的实际相对位置；

（3）位置运算需要消耗相应的电量；

（4）以上分析过程是以单用户为例，当为多用户观看时，对上述3点的要求会大大提高。甚至当超过主机运算能力及电路调整能力时，可能导致某些用户观看性能下降。

当采用上述方法改进工作的立体液晶显示器时，对于PC、液晶电视来说，增加的立体摄像头成本，以及运行其软件的计算开销及功耗都是可以接受的。但对于手机、MP4等便携式设备来说，所增加的体积、运算开销、功耗等都是非常巨大的。因此目前也鲜有立体显示的手机、MP4等便携式设备面市或是研发。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种成本低、结构简单的广视角的立体显示设备。

为达成前述目的，本实用新型一种立体显示设备，其包括：

总线接口，用于接收每一帧立体图像数据；

电子扫描器，接收来自总线接口的每一帧立体图像数据，并在接收到一帧立体图像数据后，分析获取原始ITO控制信号和图像信号并输出，并根据预设的显示设备的最佳观看位置数量和预设的平移方式，在平移图像数据之后输出平移后的同一帧立体图像数据的ITO控制信号和图像信号，直至遍历所有最佳观看位置；

立体液晶显示面板，其接收电子扫描器输出的原始ITO控制信号、图像信号和平移后的ITO控制信号、图像信号，并显示立体图像，以在所有最佳观看位置形成最佳观看点。

所述立体液晶显示面板中可以设置有ITO阵列及液晶阵列，所述立体液晶显示面板每接收到一组ITO控制信号和图像信息，则控制ITO阵列及液晶阵列显示立体图像。

所述立体液晶显示面板中还可设置有背光模组、偏光板、玻璃基板、遮光膜、影像分割器。

所述电子扫描器可以每次顺序向左或向右平移一列图像，并输出平移后的ITO控制信号和图像信号；

所述立体液晶显示面板接收所述平移后的ITO控制信号和图像信号，显示立体图像并形成一个最佳观看点。

所述电子扫描器还可每次随机平移m列图像，其中m大于0小于最佳观看位置总数量，并输出平移m列后的ITO控制信号和图像信号；

所述立体液晶显示面板接收所述平移m列后的ITO控制信号和图像信号，显示立体图像并形成一个最佳观看点。

所述电子扫描器亦可按照预定方式进行组合平移，并输出组合平移后的ITO控制信号和图像信号；

所述立体液晶显示面板接收所述组合平移后的ITO控制信号和图像信号，显示立体图像并形成一个最佳观看点。

本实用新型的立体图像显示设备，对于每一帧图像，通过电子扫描的方式遍历每一个最佳观看点，则不需要额外设置检测头部的摄像头，在屏幕前的任意位置的观众都能够看到每一帧的立体图像，其成本较低，而且计算过程简单。

【附图说明】

图1是现有立体显示器的原理图。

图2是现有的立体显示器存在逆视区域的示意图。

图3是现有的利用头部检测系统扩大立体影像视觉区域的示意图。

图4是现有的利用可动式影像分割器扩大立体影像视觉区域的示意图。

图5是现有的利用影像分割器以及图像分割扩大立体影像视觉区域的示意图。

图6是现有的利用图像分割进行控制的液晶显示系统的示意图。

图7是本实用新型的立体显示设备的结构示意图。

图8是本实用新型的立体显示设备的显示方法流程图。

图9是本实用新型的立体显示设备画面及影像分割器平移示意图。

图10是本实用新型的立体显示设备的显示效果示意图。

【具体实施方式】

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本实用新型的立体显示设备通过电子扫描的方式，取代外部立体摄像头，消除逆视（重叠影像、失真、黑色纵纹），来增大立体液晶显示器的可视角度。

请参阅图7所示的本实用新型的立体显示设备的结构示意图。本实用新型的立体显示设备1包括总线接口11、电子扫描器12以及立体液晶显示面板13。

其中总线接口11用于与外部主机或主芯片（未图示）相连，用于接收来自主机或主芯片的立体图像数据以及其他各种控制信号，例如液晶面板的背光控制信号。

电子扫描器12用于从总线接口11接收来自于外部主机或主芯片的立体图像数据，并将图像数据转化成相应的氧化铟锡(Indium-Tin Oxide)透明导电膜玻璃（简称ITO）控制信号和图像信号。如前述背景技术中所述，研究表明水平方向上小画面的前后方向的立体可视范围比大画面的立体可视范围大，这是因为小画面的视角比较小，液晶显示器与影像分割器较不容易产生所谓的moire干涉。利用这种物理现象将液晶显示器与影像分割器，藉由电子方式分割成n等份各别掌控专属区域。电子扫描器12在接收到一帧图像之后先输出正常位置的ITO控制信号和图像信号，然后将图像进行平移，例如平移1列或几列，使图像在另一个位置也能是最佳观看位置，这样不断地平移直到“遍历”所有最佳观看位置的组合，由此保证在显示器有效视角内任意一点位置都能有效观看立体图像。具体遍历的方式可以是固定的向左或向右每次顺序+1列平移，也可以是随机地向左或向右平移m列，其中0<m≤n,或者按照程序进行组合平移。

例如，在一个实施例中，电子扫描器12在接收到一帧立体图像数据之后，首先输出原始帧的ITO控制信号和图像信号，然后输出平移m列后的同一帧ITO控制信号和图像信号，其中m为大于0而小于n的数值；最后电子扫描器输出平移n列后的同一帧ITO控制信号和图像信号。然后不断重复，直到所有最佳观看位置均平移之后，结束一帧图像的输出。

立体液晶显示面板13，其具体结构可参考前述图1以及图5所示，其包括背光模组、偏光板、玻璃基板、ITO、遮光膜、影像分割器等。关于立体液晶显示面板的具体原理以及详细结构是本领域技术人员应当知道的技术，此处不再对立体液晶显示面板的原理及详细结构重复说明。

立体液晶显示面板13接收电子扫描器12转化之后的ITO控制信号和图像信号之后将所述信号转换成立体图像。

请参阅图8所示，其显示本实用新型的立体图像设备的显示方法的流程图。在本实施例中，假设液晶图像被分割成n列，在液晶显示设备前面共有n个最佳观看点，本实用新型的立体图像设备的显示方法包括：

步骤S801：总线接口接收来自主机或主芯片的一帧立体图像数据，将其送入电子扫描器内；其中总线接口接收的数据不仅包含一帧立体图像数据，也包含其它信号，比如控制液晶显示器的背光的控制信号等信号。

步骤S802：电子扫描器经过对所接收的立体图像数据分析，获取原始帧的ITO控制信号和图像信号，并将这组信号分别送入立体液晶显示面板中。如图9所示，其中此时图像为0平移的原始图像。

步骤S803：立体液晶显示面板收到这组信号后，分别控制ITO阵列及液晶阵列，如图7所示，在位置g处形成最佳观看点。

步骤S804：接着电子扫描器再输出平移m列后的同一帧ITO控制信号和图像信号，并将这组信号送入立体液晶显示面板中，其中m为小于n大于0的数值。如图9所示，其对应图中的+m列平移画面。

步骤S805：如图7所示，立体液晶显示面板收到平移m列后的一组ITO控制信号和图像信号，分别控制ITO阵列及液晶阵列，在位置i处形成最佳观看点。

步骤S806：接着电子扫描器再输出平移n列后的同一帧ITO控制信号和图像信号，并将这组信号送入立体液晶显示面板f中。对应图9中的平移n列的画面。

步骤S807：如图7所示，立体液晶显示面板收到平移n列后的一组ITO控制信号和图像信号，分别控制ITO阵列及液晶阵列，在位置h处形成最佳观看点。此时一帧图像显示完成，最佳观测点被“遍历”，在这个组合n内的所有用户都能看到这一帧立体图像。

对于每一帧图像，可以重复步骤S801至步骤S807的过程，则在显示器前所有观众都能清晰的看到每一帧的立体图像。其中在前述步骤中，因为平移的m列可以是任意列，可以重复多步，如果步骤S805中的m值如果取最佳观看点的最大数量n，则整个方法实际上可以简化概括为只包括步骤S801至S805即可遍历所有最佳观看点。

如图10所示，本实用新型的立体图像显示设备及其方法，对于每一帧图像，通过电子扫描的方式遍历每一个最佳观看点，则不需要额外设置检测头部的摄像头，在屏幕前的任意位置的观众都能够看到每一帧的立体图像，其成本较低，而且计算过程简单。

上述说明已经充分揭露了本实用新型的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本实用新型的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本实用新型的权利要求书的范围。相应地，本实用新型的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (3)

1.一种立体显示设备，其包括：

总线接口，用于接收每一帧立体图像数据；

电子扫描器，接收来自总线接口的每一帧立体图像数据，输出根据所接收到的一帧立体图像数据获取的原始帧的ITO控制信号和图像信号，输出根据预设的显示设备的最佳观看位置数量和预设的平移方式平移所接收到的一帧立体图像数据后的立体图像数据的ITO控制信号和图像信号；

立体液晶显示面板，其接收电子扫描器输出的原始ITO控制信号、图像信号和平移后的ITO控制信号、图像信号，并显示立体图像，以在所有最佳观看位置形成最佳观看点。

2.如权利要求1所述的立体显示设备，其特征在于：所述立体液晶显示面板中设置有ITO阵列及液晶阵列，所述立体液晶显示面板每接收到一组ITO控制信号和图像信息，则控制ITO阵列及液晶阵列显示立体图像。

3.如权利要求1所述的立体显示设备，其特征在于：所述立体液晶显示面板中还设置有背光模组、偏光板、玻璃基板、遮光膜、影像分割器。 

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