CN203522943U - 图像采集装置和3d显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例公开了一种图像采集装置以及3D显示系统，该3D显示系统包括图像显示装置，该图像显示装置显示接收图像数据并显示与接收到的图像数据对应的图像，其中所述图像显示装置包括：显示面板以及形成在所述显示面板出光侧的焦距调节透镜结构，所述图像数据包括：图像特征数据和物像距离数据。

Description

图像采集装置和3D显示系统

技术领域

本实用新型的实施例涉及一种图像采集装置和3D显示系统。

背景技术

3D（three dimension）显示是使观看者的左右眼看到有“双眼视差”的一对“立体图像对”，基于双目视差原理使得观看者能够观看到产生3D效果的三维立体图像。当前的3D显示技术主要可以分为眼镜式和裸眼式。

目前的裸眼3D技术主要包括：光屏障式（Barrier）、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源（Directional Backlight）等。光屏障式3D显示技术根据视差障壁相对于2D显示屏的位置而分为前置型和后置型，利用视差障壁，2D显示屏上显示的左右眼图像分别进入观察者的左右眼，通过将左右眼图像分开，使观者看到3D影像。柱状透镜3D技术是在2D显示屏的前面加上一层柱状透镜，这样人的双眼从不同角度观看显示屏，左右眼分别接收到两个不同的2D影像，人脑接收到左右眼看到的不同2D影像后感知为3D影像。但是在上述这些裸眼3D显示技术中存在分辨率、可视角度和可视距离等受到限制等缺陷，且人们在观看时可能会眩晕而感觉不适，并且受到观看距离的限制，使观看3D影像存在诸多的不便。

实用新型内容

本实用新型的实施例，提供了一种图像采集装置和3D显示系统，不同于现有的光屏障式3D显示技术和柱状透镜3D技术，该3D显示系统不用借助于视差屏障、柱状透镜等便实现了裸眼3D显示，并可在观看3D影像时，消除眩晕感且不受观看距离的限制。

本实用新型的实施例提供一种图像采集装置，该图像采集装置用于采集图像数据，其中该图像数据包括图像特征数据和物像距离数据。

备选地，该图像采集装置包括图像特征数据采集装置和物像距离数据采集装置。

备选地，该图像特征数据采集装置包括：相机或摄像机。

备选地，该物像距离数据采集装置包括：激光脉冲扫描仪或超声波脉冲扫描仪或红外扫描仪。

本实用新型的实施例还提供一种3D显示系统，包括图像显示装置，该图像显示装置接收图像数据且显示与该图像数据对应的图像，其中所述图像显示装置包括：显示面板以及形成在所述显示面板出光侧的焦距调节透镜结构，所述图像数据包括：图像特征数据和物像距离数据。

备选地，所述图像显示装置接收到的图像数据为经过图像处理装置处理过以适用于所述图像显示装置显示的图像数据。

备选地，所述图像处理装置接收如上所述的图像采集装置提供的或其他图像采集装置提供的图像数据，且进行处理以得到适于该图像显示装置显示用的图像数据。

备选地，该显示系统还包括图像采集装置，该图像采集装置采集图像数据，该图像数据提供给所述图像处理装置。

备选地，该3D显示系统还包括图像采集装置，该图像采集装置包括：图像特征数据采集装置和物像距离数据采集装置。

备选地，所述图像特征数据采集装置包括：相机或摄像机。

备选地，所述物像距离数据采集装置包括：激光脉冲扫描仪或超声波脉冲扫描仪或红外扫描仪。

备选地，所述焦距调节透镜结构包括多个微透镜。

备选地，所述微透镜包括：依次形成的第一基板、第一电极层、腔体、第二电极层、第二基板以及充满所述腔体的液晶，所述第一电极层和所述第二电极层有用于控制所述液晶偏转的电压差。

备选地，多个所述微透镜的所述第一电极层提供统一电压，所述第二电极层提供与第一电极层的电压差。

备选地，所述微透镜具有开关元件，所述开关元件与与所述第二电极层连接。

备选地，所述微透镜通过所述开关元件转换工作状态以及通过数据信号控制电压大小来调节焦距。

备选地，该多个微透镜的每个与所述显示面板的每个像素相对应。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1是根据本实用新型实施例的图像采集装置的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的3D显示系统的框图；

图3是根据本实用新型实施例的3D显示系统的图像显示装置工作原理图；

图4a-图4b是根据本实用新型实施例的3D显示系统中微透镜内部结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例的3D显示系统中微透镜的平面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实用新型的实施例提供一种图像采集装置。参考图1，图1示出了根据本实用新型实施例的图像采集装置。如图1所示，图像采集装置1包括：图像特征数据采集装置21和物像距离数据采集装置22。其中，图像特征数据包括：每一个图像像素的RGB（红绿蓝）数值；物像距离数据就是图像像素对应实景到在图像采集装置中所成的该实景的像的距离数据。即物象距离是指实物到该实物通过相机等光学系统所成的像的距离，例如传统的相机就是指，实物到底片的距离；目前常用的数码相机就是指实物到CCD图像传感器（英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器）的距离。因此本实用新型实施例的整个图像采集装置1采集到的数据是按照像素分布的矩阵数据，每个像素的矩阵数据都是四维的，即（R/G/B/Z），其中RGB代表的颜色和亮度特性，Z代表的是物像距离。本实用新型的实施例的图像采集装置与现有技术的图像采集装置的区别在于：与传统的图像数据采集相比，本实用新型的实施例多采集了一个物像距离数据。其中，图像特征数据采集装置21包括：相机或摄像机。所述物像距离数据采集装置22包括：激光脉冲扫描仪或超声波脉冲扫描仪或红外扫描仪。

以激光脉冲扫描仪为例，激光脉冲扫描仪采集物像距离数据的过程为：由于每个像素对应不同的空间方位角，因此激光脉冲扫描仪对要采集图像数据的实景的各个方位进行扫描，并根据激光脉冲扫描仪对图像像素对应实景到图像采集装置中采集到的该实景的像的响应时间计算得到各个物像距离数据。用超声波脉冲扫描仪或红外扫描仪获得各个物像距离数据的工作原理类似，当然也可以使用其他方法，此处目的只有一个，就是采集到物像距离数据，只要能达到这个目的，任何一种方式都可以。

根据本实用新型实施例的图像采集装置采集到图像数据可以提供给任何显示系统，只要该显示系统能够处理该图像数据而显示该图像数据对应的图像即可；或者，根据本实用新型实施例的图像采集装置采集到图像数据可以提供给任何图像处理装置，且经该图像处理装置处理过的图像数据能够提供给任何显示装置，只要该图像处理装置能够处理该图像数据而该显示装置能够显示该图像数据对应的图像即可。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种3D显示系统，该3D显示系统4包括图像显示装置3，所述图像显示装置3接收图像数据并显示与该图像数据对应的图像。其中所接收的图像数据包括：图像特征数据和物像距离数据；所述图像显示装置3包括：显示面板以及形成在所述显示面板出光侧的焦距调节透镜结构。

备选地，本实用新型实施例的该3D显示系统的图像显示装置3接收由外部的图像处理装置处理的数据而显示对应的图像，该外部的图像处理装置是将图像特征数据和物像距离数据进行处理并得到适于本实用新型实施例的图像显示装置显示用的图像数据，且该外部的图像处理装置可以接收根据本实用新型实施例1的图像采集装置采集到的图像数据或者接收其他图像采集装置提供的图像数据，只要对于每个像素而言，该图像数据包括除了RGB数值之外物像距离数据即可。

如图3所示，根据本实用新型实施例的图像显示装置3包括：显示面板31以及形成在所述显示面板31出光侧的焦距调节透镜结构32，所述焦距调节透镜结构32包括多个微透镜321；显示面板的作用主要就是显示2D平面图像，由显示面板发出的光，所有的发光点都在所述显示面板一个平面上。本实用新型实施例中由显示面板31发出的光102透过形成在所述显示面板31上的黑矩阵33后，通过可调焦距调节透镜结构32中的微透镜321调解像素点34的像距，根据成像公式

其中s为物距，s’为像距，f为透镜的焦距，这里，显示面板31和微透镜321的距离为物距，因此我们可以通过调解微透镜的焦距f而达到调整需要的像距s’的目的，即

而需要的像距是根据图像处理装置接收到的图像数据采集过程中采集到的物像距离数据Z通过图像处理装置将图像特征数据和物像距离数据进行处理而得到的。也就是说，在观看根据本实用新型实施例的图像显示装置所显示的图像时，人眼看到的像素的发光点是有层次的，即在本实用新型的实施例的图像显示装置中，所述平面图像中的像素点34发出的光102通过焦距调节透镜结构32中对应所述像素的微透镜321调节后所形成的发光点是有层次的。微透镜321在调节焦距时，是根据图像采集装置采集图像数据中的物像距离数据来进行调节的。如图3所述，经过调节之后，人眼看到的发光点35不再位于同一显示平面内，这样，不同于现有的光屏障式3D显示技术和柱状透镜3D技术，不用借助于视差屏障、柱状透镜等便实现了裸眼3D显示，并可在观看3D影像时，消除眩晕感且不受观看距离的限制。

如图4a-图4b所示，所述微透镜321包括：依次形成的第一基板3213、第一电极层3214、腔体3212、第二电极层3215、第二基板3211以及在所述腔体3212中充满的液晶39，所述第一电极层3214和所述第二电极层3215有用于控制所述液晶39偏转的电压差。

所述多个微透镜321的所述第一电极层3214提供统一电压，所述第二电极层3215提供与第一电极层3214的电压差。此处并不对第一电极和第二电极的限制，即所述第一电极层3214和所述第二电极层3215其中的一个电极层是提供统一电压的电极层，另一个电极层是与提供统一电压的电极层有电压差的电极层。在本实用新型实施例中，所述腔体3212为半球形或半椭球形，本领域技术人员可根据需要变换腔体的形状，不受本实用新型实施例所公开的腔体形状限制。所述微透镜321具有开关元件40（此处的开关元件40可以是Thin FilmTransister,简称TFT；也可以是其他能达到开关元件作用的器件），该开关元件40与所述第二电极层3215连接，即连接到与提供统一电压的电极层有电压差的电极层，且能控制提供到该电极层的电压大小。所述微透镜321通过所述开关元件40转换工作状态以及通过控制电压大小来调节焦距。

示例性地，以该开关元件40为TFT为例，该开关元件40的源极或漏极连接到该微透镜321的与提供统一电压的电极层有电压差的电极层，该开关元件40的源极和漏极的另一个连接到数据信号线41，该开关元件40的栅极连接到栅线（与数据线41垂直，图中未标出），当该开关元件50导通而选择与其连接的微透镜321时，数据信号通过该微透镜321的源极或漏极施加到该该微透镜321的与提供统一电压的电极层有电压差的电极层，从而将该微透镜321的焦距调节到根据上述计算得到的需要的焦距，进而调整像距。对于其他类型的开关元件，其工作过程视具体情况而定，只要能够实现转换对应微透镜的工作状态且调整施加到该微透镜的电压大小即可。

示例性地，该微透镜的工作原理如下：

请参考图4a、4b以及图5所示，开关元件40断开时，微透镜321处于不加电状态下，此时液晶材料的折射率和与其相接触的腔体材料的折射率相等，没有透镜的作用。当开关元件40导通时，数据信号41提供给微透镜321的与提供统一电压的电极层有电压差的电极层，从而实现微透镜的目的。同时，根据所提供的数据信号41的不同，可以得到不同焦距的微透镜，如图3所示，经过微透镜调节后，人眼看到的发光点35不再位于同一显示平面内，这样便实现了裸眼3D显示。微透镜321的焦距是通过填充在腔体3212中的液晶材料的折射率决定，改变液晶的折射率，不同的折射率可以对应不同的焦距。而液晶的折射率可以通过加在其上面的电压进行改变，因此，只要改变施加到电极层的电压就可以改变微透镜的焦距，从而达到在一定范围内变焦的目的。

本实用新型实施例中的微透镜321是二维的，并且每个微透镜321都具有开关元件40，开关不止转换微透镜的工作状态，并且通过数据信号41来控制电压大小进而调节微透镜的焦距，这样，根据本实用新型实施例的每个微透镜321不仅能实现开和关，而且通过控制施加到其的数据信号的大小而实现对其焦距的调节，使得利用调节后的微透镜，人眼看到的发光点35不再位于同一显示平面内；再次，因为每个微透镜321都分别具有开关元件，所以所有的微透镜321不是统一控制的（也就是说，本实用新型的微透镜321不是如果打开则全部打开，如果关闭则全部关闭的），而是被分开单独控制，这样，不同于现有的光屏障式3D显示技术和柱状透镜3D技术，不借助视差屏障、柱状透镜等便实现了裸眼3D显示，并可在观看3D影像时，消除了眩晕感，且不受观看距离的限制。

示例性地，根据本实用新型实施例的显示面板可以为液晶面板、电子墨水显示面板、OLED面板、等离子体显示面板等任何具有显示功能的产品或部件。

如果该显示面板为液晶面板，其具体结构为：TFT阵列基板与对置基板彼此对置以形成液晶盒，在液晶盒中填充有液晶材料。该对置基板例如为彩膜基板。TFT阵列基板的每个像素单元的像素电极用于施加电场对液晶材料的旋转的程度进行控制从而进行显示操作。在一些示例例中，该液晶显示器还包括为阵列基板提供背光的背光源。

如果该显示面板为OLED面板，则其中TFT阵列基板的每个像素单元的像素电极作为阳极或阴极用于驱动有机发光材料发光以进行显示操作。

备选地，本实用新型实施例的3D显示系统也可以包括图像处理装置，该图像处理装置接收图像数据且进行处理以适合于图像显示装置显示。

另外，本实用新型的实施例还提供了一种显示系统，该显示系统集成了图像采集装置、图像处理装置和图像显示装置，这样，该显示系统同时具有图像采集装置和图像显示功能，而且，利用该显示系统可以对从外部提供的图像数据进行显示，也可以直接对自身的图像采集装置获取的图像数据进行显示，其中该显示系统包括的图像采集装置与根据本实用新型实施例1的图像采集装置完全相同，且其图像处理装置和图像显示装置也与根据本实用新型实施例的图像处理装置和图像显示装置完全相同，这里为了简洁，不进行重复描述。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (17)

1.一种图像采集装置，用于采集图像数据，其中该图像数据包括图像特征数据和物像距离数据。

2.如权利要求1所述的图像采集装置，其中该图像采集装置包括图像特征数据采集装置和物像距离数据采集装置。

3.如权利要求2所述的图像采集装置，其中所述图像特征数据采集装置包括：相机或摄像机。

4.如权利要求2所述的图像采集装置，其中所述物像距离数据采集装置包括：激光脉冲扫描仪或超声波脉冲扫描仪或红外扫描仪。

5.一种3D显示系统，包括：

图像显示装置，显示与接收到的图像数据对应的图像，

其中所述图像显示装置包括：显示面板以及形成在所述显示面板出光侧的焦距调节透镜结构，

所述图像数据包括：图像特征数据和物像距离数据。

6.如权利要求5所述的3D显示系统，其中所述图像显示装置接收到的图像数据为经过图像处理装置处理过以适用于所述图像显示装置显示的图像数据。

7.如权利要求6所述的3D显示系统，其中所述图像处理装置接收根据权利要求1-4任一项所述的图像采集装置提供的或其他图像采集装置提供的图像数据，且进行处理以得到适于该图像显示装置显示用的图像数据。

8.如权利要求6所述的3D显示系统，其中所述显示系统还包括图像采集装置，该图像采集装置采集图像数据，该图像数据提供给所述图像处理装置。

9.如权利要求8所述的3D显示系统，其中所述图像采集装置包括图像特征数据采集装置和物像距离数据采集装置。

10.如权利要求9所述的3D显示系统，其中所述图像特征数据采集装置包括：相机或摄像机。

11.如权利要求9所述的3D显示系统，其中所述物像距离数据采集装置包括：激光脉冲扫描仪或超声波脉冲扫描仪或红外扫描仪。

12.如权利要求5所述的3D显示系统，其中所述焦距调节透镜结构包括多个微透镜。

13.如权利要求12所述的3D显示系统，其中所述微透镜包括：第一基板、第一电极层、腔体、第二电极层、第二基板以及充满所述腔体的液晶，所述第一电极层和所述第二电极层有用于控制所述液晶偏转的电压差。

14.如权利要求13所述的3D显示系统，其中多个所述微透镜的所述第一电极层提供统一电压，所述第二电极层提供与第一电极层的电压差。

15.如权利要求14所述的3D显示系统，其中所述微透镜包括开关元件，所述开关元件与所述第二电极层连接。

16.如权利要求15所述的3D显示系统，其中所述微透镜通过所述开关元件转换工作状态以及通过数据信号控制电压大小来调节所述微透镜的焦距。

17.如权利要求12-16任一项所述的3D显示系统，其中所述微透镜与所述显示面板的每个像素相对应。

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