JP2016126318A - 広視野角の裸眼立体画像表示方法及び表示デバイス - Google Patents

広視野角の裸眼立体画像表示方法及び表示デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、広視野角の裸眼立体画像表示方法及び当該方法を応用する広視野角の裸眼立体表示デバイスを提供する。
【解決手段】当該方法は、ユーザ観察位置を追跡技術によりリアルタイムに確定することと、取得した観察位置と表示デバイスの光学パラメータとともに、分光ユニットと表示パネルとの距離、観察位置と表示パネルとの距離、分光ユニットの幅に基づいて、現在位置に対応する表示ユニット群の幅を確定することと、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出することと、各表示ユニットの表示階調値に基づいて、表示パネルに立体画像を表示させることにより、観察の視野角を効果的に拡大することができ、同時に表示ユニットの階調値をリアルタイムに連続的に調節することもできるため、滑らかな表示効果を実現し、画面のぶれ現象を軽減させる。
【選択図】図3

Description

本発明は、立体表示の分野に係るものであり、特に、広視野角の裸眼立体画像表示方法及び表示デバイスに係るものである。
人類は、右目と左目で見た物体の些細な相違により物体の奥行きを感知して立体画像を識別するが、このような相違が視差と呼ばれる。立体表示技術は、人の左目、右目の視差を人為的な手段により作り出し、視差を有する2枚の画像を左目、右目にそれぞれ送ることにより、左目、右目で見た異なる画像を脳に取得させて、実際の三次元物体を観察するような感覚を生み出せる。
裸眼立体表示装置は、補助装置を付ける必要がなく、ユーザへの制限が小さいという利点を有するが、観察位置が限定されるという欠点を有する。観察位置が限定されるという欠点を克服し、裸眼立体表示装置の表示視野角を拡大するために、追跡技術と動的に調節可能な分光デバイス(レンズアレイ、視差バリアなど)の組み合わせにより視野角拡大の効果を実現できるが、分光デバイスには、速く応答することと、観察者の現在位置に応じてリアルタイムに調節できることが求められ、ハードウェアに対する要求が非常に高い。また、追跡技術と画像処理技術の組み合わせにより視野角拡大の効果を実現することもできるが、裸眼立体スクリーン上の表示ユニットには、観察者の現在位置に応じて階調値(強度値とも呼ばれる)をリアルタイムに調節できることが求められる。しかし、従来技術を実際に実現する際に、観察者は、移動中に、分光デバイスを連続的に調節することができず、表示ユニットの階調値を連続的に調節することもできないため、画面のぶれ現象が生じてしまう。
これに鑑みて、どのように追跡技術を用いて観察の視野角を効果的に拡大し、画面のぶれ現象を軽減させることは、本願の解決しようとする問題である。
本発明の目的は、各ユーザの観察視野角が拡大でき、ユーザが移動中に3D画像を観察する時の画面ぶれ現象を軽減させるよう、広視野角の裸眼立体画像表示方法及び表示デバイスを提供することである。
第1態様として、本発明は、広視野角の裸眼立体画像表示方法を提供する。前記方法は、裸眼立体表示デバイスに応用する。前記表示デバイスは、複数の表示ユニットからなる表示パネルを有する。複数の分光ユニットからなる分光ユニットアレイは、前記表示パネルと第1距離で離間する位置に設けられる。各前記分光ユニットは、表示パネルの縦方向と第1角度をなす。各分光ユニットは、ユーザの異なる観察位置に基づいて、複数の表示ユニットを1つの表示ユニット群にマッピングすることができる。各分光ユニットは、第1幅を有する。前記広視野角の裸眼立体画像表示方法において、裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザ観察位置と前記表示パネルとの第2距離を確定することと、前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定することと、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出することと、取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させることとを含む。
第2態様として、本発明は、裸眼立体表示デバイスを提供する。前記表示デバイスは、複数の表示ユニットからなる表示パネルを有する。複数の分光ユニットからなる分光ユニットアレイは、前記表示パネルと第1距離で離間する位置に設けられる。各前記分光ユニットは、表示パネルの縦方向と第1角度をなす。各分光ユニットは、ユーザの異なる観察位置に基づいて、複数の表示ユニットを1つの表示ユニット群にマッピングすることができる。各分光ユニットは、第1幅を有する。前記裸眼立体表示デバイスは、裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザ観察位置と前記表示パネルとの第2距離を確定するための追跡モジュールと、前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定するための確定モジュールと、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出するための算出モジュールと、取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させるための表示制御モジュールとをさらに含む。
第3態様として、本発明の実施例は、裸眼立体表示デバイスを提供する。前記表示デバイスは、複数の表示ユニットからなる表示パネルを有する。複数の分光ユニットからなる分光ユニットアレイは、前記表示パネルと第1距離で離間する位置に設けられる。各前記分光ユニットは、表示パネルの縦方向と第1角度をなす。各分光ユニットは、ユーザの異なる観察位置に基づいて、複数の表示ユニットを1つの表示ユニット群にマッピングすることができる。各分光ユニットは、第1幅を有する。前記裸眼立体表示デバイスは、追跡デバイスと、プロセッサと、プログラムコードが格納されるメモリとをさらに含む。前記プロセッサは、前記メモリに格納されるプログラムコードをコールすることにより、以下の操作を実行する。前記プロセッサは、裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザ観察位置と前記表示パネルとの第2距離を確定するように前記追跡デバイスを制御する。前記プロセッサは、前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定する。前記プロセッサは、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出する。前記プロセッサは、取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させる。
本発明による広視野角の裸眼立体画像表示方法は、ユーザ観察位置と表示デバイスの表示パネルとの距離を追跡技術によりリアルタイムに確定することと、追跡結果と表示デバイスの光学パラメータとともに、前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定することと、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出することと、取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させることにより、観察の視野角を効果的に拡大することができ、同時に表示ユニットの階調値をリアルタイムに連続的に調節することもできるため、滑らかな表示効果を実現し、画面のぶれ現象を軽減させる。
本発明の実施例による裸眼立体表示デバイスの平面構造模式図である。 本発明の実施例による裸眼立体表示デバイスの正面構造模式図である。 本発明の実施例による広視野角の裸眼立体画像表示方法のフローチャートである。 本発明の実施例による広視野角の裸眼立体画像表示方法における表示ユニットの階調値算出の一実施形態のフローチャートである。 本発明の実施例における表示ユニットアレイ幅算出の原理図である。 本発明の実施例における表示ユニットの一配列状態図である。 本発明による裸眼立体表示デバイスの一実施例の構造図である。 本発明による裸眼立体表示デバイスの別の実施例の構造図である。
以下、図面と実施例により、本発明をさらに詳細に記載する。なお、本願で用いられる「第1」、「第2」のような用語は、本願発明を当業者に理解してもらうために、類似名称を有するパラメータを区分するためのものに過ぎず、本願を限定するためのものではなく、場合によっては変更や取り替えることができる。
図1は、裸眼立体表示デバイスの基本構造模式図である。図1に示すように、裸眼立体表示デバイスは、通常、表示ユニットからなる表示パネル101を少なくとも1つ含む。表示パネル101は、レンズアレイ又は視差バリアアレイなどで構成される分光ユニットアレイ102’により覆われる。ここで、表示パネル101は、通常、LCD、OLED、LED、PDPなどの表示パネルである。分光ユニットアレイ102’を構成するレンズアレイは、レンチキュラレンズ回折格子、液晶レンズ回折格子、視差バリア回折格子(スリット回折格子)などが挙げられる。分光ユニットアレイ102’は、複数の分光ユニットから構成される。表示ユニットは、表示パネル上の独立に制御可能であり、一定の階調値を表示するユニットであり、例えばRGB画素又はサブピクセルである。分光ユニットアレイは、表示パネル上の一群の表示ユニットからの光を方向付けて異なる空間位置に投射できる。本願の実施例において、説明しやすくするために、レンチキュラレンズ回折格子を分光ユニットアレイとするが、創造性のある労働をせずに、本願の実施例に開示される画像処理技術を液晶レンズ回折格子と視差バリア回折格子の裸眼立体表示装置に応用できることが当業者にとって明らかであり、ここでは詳しく記載しない。
さらに図2を参照する。図2は、図1の正面方向から見た構造模式図である。図1と図2から分かるように、動的表示の画像配列中に、各分光ユニット102の下には、m(1よりはるかに大きい)個の表示ユニット1011が対応し、1つの分光ユニット102に対応する一群の表示ユニット1011により表示ユニット群1010を構成する。画像表示におけるモアレ縞現象をなくすために、本願の実施例において、表示ユニットアレイ1010と分光ユニット102は、水平方向で角度αをなして配置される。αは、分光ユニット102同士の隣接境界線の延伸方向と、表示ユニット群1010が位置する平面との鋭角の角度であることが好ましく、配置の慣行や参考として取る起点の相違により、鈍角、さらに0でもありうると当業者が理解できるが、その効果について、公式により変換することができ、ここでは詳しく記載しない。
分光ユニット102は、第1幅w1を有する。各分光ユニット102は、画像配列時に、ユーザの異なる観察位置に応じて複数の表示ユニットを異なる表示ユニット群1010にマッピングすることができる。各表示ユニット群の幅は、ユーザの現在観察位置に対応する第2幅w2である。
分光ユニットアレイは、種類によって、表示パネルの表面に貼り付けられるように設置されるか、バックライトモジュールと表示パネルとの間に設置される。例えば、レンズ回折格子は、通常表示パネルの表面に設置されるが、バリア(barrier)回折格子は、バックライトモジュールと表示パネルとの間に設置される。画像や設置と関係なしに、分光ユニット102と表示パネル101とは、一定の距離で離間し、本願ではそれを第1距離fという。
ユーザの観察位置から表示パネルまでの距離は、第2距離zと定義される。当該第2距離zは、追跡技術により取得され、通常ユーザの両眼球の中心から表示パネルまでの距離と定義される。表示パネルは、一定の階調値を有する立体画像を表示できる。分光ユニットアレイ102’は、立体画像をユーザの左目と右目に投射し、ユーザの脳で立体画像を合成される。本願において、表示デバイスには、通常追跡デバイスが接続されている。追跡デバイスは、画像採集、赤外線追跡又は超音波採集などの方式によりユーザを追跡することができる。従って、追跡デバイスは、カメラ、IR受信装置、超音波送受信装置などが挙げられる。追跡デバイスは、外付けであってもよいし、表示デバイスそのものに配置されてもよい。追跡については、本願の実施例の重要点ではないため、ここでは詳しく記載しない。表示デバイスは、追跡デバイスの追跡結果に基づいて、裸眼3D画像観察状態にあるユーザの位置をリアルタイムに確定でき、さらに第2距離z、ユーザのコントロールの座標などを確定できるが、ここでは詳しく記載しない。
上記の裸眼立体画像表示デバイスに基づいて、本願の実施例は、広視野角の裸眼立体画像表示方法を提供する。図3は、本願の実施例による広視野角の裸眼立体画像表示方法のフローチャートである。図3に示すように、前記方法は、以下のステップを含む。
ステップ301において、裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザ観察位置と前記表示パネルとの第2距離を確定する。
当該ステップにおいて、表示デバイスは、従来技術を用いてユーザを追跡し、追跡結果に基づいて、ユーザ観察位置と表示パネルとの距離z、例えば、ユーザの両目を接続する線の中心から表示パネルまでの距離を確定する。
ステップ302において、前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定する。
当該ステップにおいて、表示デバイスは、第1距離f、第2距離z、第1幅w1に基づいて、光学原理により、表示ユニットアレイ群の第2幅w2を算出する。図5を参照すると、
Figure 2016126318

が成り立つ。fがzよりはるかに小さいため、w1は、w2より僅かに小さくなる。従って、w2=z*w1/(z−f)。
即ち、前記第2距離zに前記第1幅w1を乗算した値を、前記第2距離zと前記第1距離fとの差で除算して、前記第2幅w2を取得する。当該第2幅w2は、ユーザの現在観察位置に対応する。
裸眼立体表示デバイスは、多画像裸眼立体表示デバイスと2画像裸眼立体表示デバイスの2種類がある。両者は、それぞれ多画像、2画像で立体画像を構成する。多画像や2画像の画像同士は、いずれも視差を有する。
当該ステップで第2幅w2を取得すると、本実施例の他のステップにおいて、第2幅w2及び他のパラメータに基づいて、多画像や2画像の内容を表示ユニットの階調値にマッピングする必要がある。
マッピングのために、本実施例において、表示ユニットアレイの座標系を構築する。この座標系は、異なる原点と座標軸方向を有してよいが、通常表示パネルの左上隅を原点とし、各表示ユニットが座標値(x、y)を有する。対応的に、各平面画像のサイズは、通常表示パネルに対応し、複数の画素を有する。そのうち、表示ユニット(x、y)と同一座標の1つの画素を有し、当該画素は、階調値cを有する。従って、n(n≧2)枚の画像がv、v、v、…vn−1と番号を振られた場合、各画像のうち、表示ユニット(x、y)と同一座標の1つの画素の階調値は、c、c、c、…cn−1となる。
ステップ303において、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出する。当該階調値は、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値である。
当該ステップにおいて、表示デバイスは、第2幅w2と、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値とに基づいて、各表示ユニットの表示の階調値を算出する。ここで、各表示ユニットの表示の階調値は、実施例によっては異なるものである。例えば、ユーザの移動がない場合、各表示ユニットの階調値を算出するときに、水平方向で初期状態位置からのユーザずれ量を考慮する必要がない。その場合、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値は、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離tと補償値offsetの和である。
ここで、補償値offsetは、前記表示ユニットの水平線上の、分光ユニットアレイと表示パネルの辺縁のずれ量であり、即ちユーザがスクリーンに対して水平位置ずれを生じないときのoffset値である。当該ずれ量は、通常、分光ユニットアレイと表示ユニットアレイの組み立て中に存在する誤差によるものである。従って、補償値offsetを増やすことにより、観察者がスクリーンの真ん中でよい立体効果を見ることができる。
しかし、ユーザが水平方向で移動状態にある場合、表示デバイスは、裸眼3D画像観察状態のユーザを追跡して、当該ユーザの空間における観察位置座標(x、y、z)を確定し、前記ユーザの観察位置座標(x、y、z)、前記第1角度α及び前記第2距離zに基づいて、水平方向のユーザのずれ量offdを確定する。通常、前記各表示ユニットから前記分光ユニットアレイの辺縁までの距離参考値tは、各表示ユニットから前記分光ユニットアレイの辺縁までの距離tと補償値offsetと水平方向の前記ユーザのずれ量offdの和であり、例えばt=t+offset+offd。
当該ステップにおいて、表示デバイスは、tとw2に基づいて、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値を確定し、各表示ユニットの表示の階調値とする。
ステップ304において、取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させる
ステップ304において、各表示ユニットの階調値を順に取得すると、表示制御回路により駆動電圧を発生させ、各表示ユニットに独立にそれぞれの階調値を表示させ、立体画像を形成させる。
各表示ユニットの階調値がリアルタイムに追跡したユーザの位置から得られるため、ユーザが左右に移動し又は前後に移動している場合でも、表示ユニットに適切な階調値を表示させることができ、比較的良い3D表示効果を取得し、しかもぶれを軽減させ、広視野角の裸眼3D観察効果を実現する。
図4を参照する。1つの選択可能な実施例において、ステップ303、即ち、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出することは、さらに以下のステップを含む。
ステップ3031において、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、各表示ユニットに対して前記少なくとも2枚の平面画像から1枚の基準画像を確定する。
当該ステップにおいて、表示デバイスは、前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値tと前記第2幅w2との比に平面画像数を乗算した値を、小さい方の整数に丸め、当該整数値に対応する平面画像を前記基準画像とする。当該基準画像において、前記各表示ユニットの座標に対応する画素の階調値が前記表示ユニットの階調値の基礎値である。
ステップ3032において、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、階調混合因子を順に算出する。当該階調混合因子は、前記少なくとも2枚の平面画像の階調値の、前記各表示ユニットの階調値での混合因子である。
当該ステップにおいて、前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値tと前記第2幅w2との比に平面画像数を乗算した値に対して、浮動小数点数を取り、当該浮動小数点数を、混合因子hとする。
ステップ3033において、各表示ユニットに対応する基礎値と前記混合因子に基づいて、各表示ユニットの階調値を確定する。
当該ステップにおいて、前記混合因子hと、前記少なくとも2枚の平面画像のうち、基準画像以外の一枚の平面画像の中の各表示ユニットに対応する画素の階調値cとの積に、前記混合因子hを1から減算した値と前記基礎値cとの積を加算した値を各表示ユニットの階調値とする。
2画像の実施態様において、視差の相違を有する2枚の画像をそれぞれv、vとする。v、vの内容を表示ユニットの階調値にマッピングする。図6に示すように、座標(x、y)の表示ユニットに対して表示階調値を設定する。当該表示階調値は、画像v、vの該当座標に対応する階調値の混合結果である。
上記の実施例により、
Figure 2016126318

から、一つの表示ユニット群の幅w2を算出する。表示ユニットアレイと角度αをなす各分光ユニットは、複数の群Gを形成でき、各群Gの幅がいずれもw2である。
ユーザの移動がない場合、座標(x、y)の表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁(右側であってもよいし左側であってもよい)までの距離がtである。INT(t*2/w2)により、基準画像を確定できる。ここで、INT(t*2/w2)は、t*2/w2に対して小さいほうの整数に丸めることを示す。0を取る場合、画像vが基準画像となるが、1を取る場合、画像vが基準画像となる。
表示ユニット階調値の階調混合因子hを算出するために、本実施例において、FLOAT(t*2/w2)により算出する。FLOAT(t*2/w2)は、t*2/w2に対して浮動小数点数部分を取ることを示す。ここで、2は、画像の数である。類似的に、画像数がnである場合、h=FLOAT(t*n/w2)。
表示デバイスは、算出により基準画像を確定すると、基準画像の中の、座標(x、y)の表示ユニットに対応する画素の階調値を基準値cと設定する。例えば、INT(t*2/w2)によりvを基準画像とするとき、画像vの中の、座標(x、y)の表示ユニットに対応する画素の階調値を基準値cと設定し、基準値cとして確定される。表示ユニット(x、y)の最終階調値c=(1−h)*c+h*c
上記方式により、表示デバイスは、各表示ユニットの表示階調値を算出して、階調値の設定を完成させる。それから、駆動回路により駆動電圧を発生させ、各表示ユニットに設置した表示階調値を表示させ、立体画像表示を完成させる。当該実施例により、ユーザの水平移動がない場合に、2画像応用での広視野角の裸眼3D観察効果を実現することができる。
以上は、2画像を例とした実現方法である。多画像を採用し、即ちnが2より大きい場合、多画像から基準画像を確定するとき、INT(t*n/w2)により確定できる。対応的に、混合因子h=FLOAT(t*n/w2)。
例えば、4画像の実現形態において、INT(t*n/w2)により、画像vを基準画像と確定し、h=FLOAT(t*4/w2)となる。すると、表示ユニット階調値c=(1−h)*c+h*c。ここで、c、c、cは、それぞれ画像v、v、vの中の、表示ユニット(x、y)に対応する画素の階調値である。
即ち、まず、表示デバイスは、小さいほうの整数に丸めることにより基準画像を確定する。それから、表示デバイスは、1枚の画像を確定すると、通常、循環して配列する画像のうち、基準画像より後ろの基準画像に隣接する画像を取るにより、色を抽出するための2枚の画像を確定する。続いて、階調混合因子により、2枚の画像の抽出色の割合を確定する。
上記方式により、表示デバイスは、各表示ユニットの表示階調値を算出して、階調値の設定を完成させる。それから、駆動回路により駆動電圧を発生させ、各表示ユニットにおいて、設置した表示階調値を表示させ、立体画像表示を完成させる。当該実施例により、ユーザの水平移動がない場合に、多画像応用での広視野角の裸眼3D観察効果を実現することができる。
以上の実施例は、いずれもユーザが観察時に横方向で移動せず、しかも表示パネルの装着時に分光デバイスと表示ユニットアレイに装着誤差がないことを想定している。しかし、実際に使用するとき、ユーザが観察中に横方向で移動することがあり、装着時に分光デバイスと表示ユニットアレイに誤差やずれが生じることもある。
装着誤差が考慮された実施形態において、tをt+offsetに変形する。tは、誤差がなくしかも水平方向でのユーザ移動もないときに、表示ユニット(x、y)から分光ユニットアレイの辺縁までの距離であり、offsetは、補償値である。offsetは、分光ユニットアレイと表示ユニットアレイとの水平位置での装着ずれと見なすことができる。
当該実施例により、ユーザの水平移動がない場合に、装着誤差の補償後、多画像と2画像応用での広視野角の裸眼3D観察効果を実現することができる。
別の実施形態において、ユーザが移動状態で立体観察をする場合、tをt+offset+offdに変形する。offdは、ユーザの水平位置に応じてリアルタイムに調節可能な変数を示し、ユーザの水平方向でのずれ量offdとする。追跡デバイスは、ユーザの観察位置(x、y、z)を得る。対応するw2=z*w1/(z−f)、offd=(x+y/tanα)/zをリアルタイムに算出する。tをt+offset+offdに置き換えると、ユーザの運動状態中の各表示ユニットの表示階調値を取得でき、観察位置に応じて3D表示をリアルタイムに調節する効果を達成する。よって、ユーザは、比較的広い範囲にわたって優れる立体効果を見ることができる。
上記実施例により、ユーザが水平に移動する場合に、装着誤差の補償後、多画像と2画像応用での広視野角の裸眼3D観察効果を実現することができる。
対応的に、図7に示すように、本実施例は、裸眼立体表示デバイスを提供する。前記表示デバイスは、複数の表示ユニットからなる表示パネルを有する。複数の分光ユニットを含む分光ユニットアレイは、前記表示パネルと第1距離で離間する位置に設けられる。各前記分光ユニットは、表示パネルの縦方向と第1角度をなす。各分光ユニットは、ユーザの異なる観察位置に基づいて、複数の表示ユニットを1つの表示ユニット群にマッピングすることができる。各分光ユニットは、第1幅を有する。さらに図7を参照する。ソフトウェア制御レイヤでは、前記表示デバイスは、さらに、裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザ観察位置と前記表示パネルとの第2距離を確定するための追跡モジュール701と、前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定するための確定モジュール702と、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出するための算出モジュール703と、取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させるための表示制御モジュール704とを含む。
1つの好ましい実施例において、前記算出モジュール703は、さらに、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、各表示ユニットに対して、前記各表示ユニットの座標に対応する画素の階調値が前記表示ユニットの階調値の基礎値である基準画像を前記少なくとも2枚の平面画像から1枚確定するための基準画像確定ユニットと、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、前記少なくとも2枚の平面画像の階調値の、前記各表示ユニットの階調値での混合因子である階調混合因子を順に算出するための混合因子確定ユニットと、各表示ユニットに対応する基礎値と前記混合因子に基づいて、各表示ユニットの階調値を確定するための階調値確定ユニットとを含む。
さらに、前記基準画像確定ユニットは、具体的に、前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値と前記表示ユニット群の幅との比に平面画像数を乗算した値を、小さい方の整数に丸め、当該整数値に対応する平面画像を前記基準画像とする。
さらに、前記混合因子確定ユニットは、具体的に、前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値と前記表示ユニット群の幅との比に平面画像数を乗算した値に対して、浮動小数点数を取り、当該浮動小数点数を、前記基準画像と非基準画像の階調混合因子とする。
さらに、階調値確定ユニットは、具体的に、前記混合因子と、前記少なくとも2枚の平面画像のうち、基準画像以外の別の平面画像の中の各表示ユニットに対応する画素の階調値との積に、前記混合因子を1から減算した値と前記基礎値との積を加算した値を各表示ユニットの階調値とする。
1つの選択可能な実施例において、前記確定モジュールは、具体的に、前記第2距離に前記第1幅を乗算した値を、前記第2距離と前記第1距離との差で除算して、前記表示ユニット群の幅を取得する。
1つの好ましい実施形態において、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値は、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離と補償値との和である。
1つの好ましい実施形態において、表示デバイスにおいて、裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザの観察位置座標を確定するための座標確定モジュールと、前記ユーザの観察位置座標、前記第1角度及び前記第2距離に基づいて、水平方向でのユーザのずれ量を確定するためのずれ量確定モジュールとをさらに含み、前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値は、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離と補償値と前記水平方向でのユーザのずれ量との和である。
さらに、前記ずれ量確定モジュールは、前記水平方向でのユーザのずれ量offdを、offd=(x+y/tanα)/zにより確定する。ここで、xは、前記ユーザの観察位置の縦座標であり、yは、前記ユーザの観察位置の横座標であり、zは、第2距離であり、αは、第1角度であり、offdは、水平方向でのユーザのずれ量である。
以上の実施例は、図3に示す方法実施例に対する仮想モジュールである。詳細な記載は、上記の実施例を参照されたく、ここでは詳しく記載しない。
図7による表示デバイスは、ユーザ観察位置と表示デバイスの表示パネルとの距離を追跡技術によりリアルタイムに確定することと、追跡結果と表示デバイスの光学パラメータとともに、前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する前記表示ユニット群の幅を確定することと、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出することと、取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させることにより、観察の視野角を効果的に拡大することができ、同時に表示ユニットの階調値をリアルタイムに連続的に調節することもできるため、滑らかな表示効果を実現し、画面のぶれ現象を軽減させる。
対応的に、本発明の実施例は、裸眼立体表示デバイスを提供する。図8は、当該表示デバイスの構造図である。前記表示デバイスは、複数の表示ユニットからなる表示パネルを有する。複数の分光ユニットからなる分光ユニットアレイは、前記表示パネルと第1距離で離間する位置に設けられる。各前記分光ユニットは、表示パネルの縦方向と第1角度をなす。各分光ユニットは、ユーザの異なる観察位置に基づいて、複数の表示ユニットを1つの表示ユニット群にマッピングすることができる。各分光ユニットは、第1幅を有する。前記裸眼立体表示デバイスは、さらに、追跡デバイスと、プロセッサと、プログラムコードが格納されるメモリとを含む。前記プロセッサは、前記メモリに格納されるプログラムコードを呼び出すことにより、以下の操作をする。
前記プロセッサは、裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザ観察位置と前記表示パネルとの第2距離を確定するように前記追跡デバイスを制御する。
前記プロセッサは、前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定する。
前記プロセッサは、前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出する。
前記プロセッサは、取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させる。
当該実施例の詳細な記載は、上記図3の方法実施例を参照されたく、ここでは詳しく記載しない。
図8による表示デバイスは、ユーザと表示デバイスの表示パネルとの距離を追跡技術によりリアルタイムに確定することと、追跡結果と表示デバイスの光学パラメータとともに、前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、前記分光デバイスの第2幅を確定することと、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出することと、取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させることにより、観察の視野角を効果的に拡大することができ、同時に表示ユニットの階調値をリアルタイムに連続的に調節することもできるため、滑らかな表示効果を実現し、画面のぶれ現象を軽減させる。
本明細書に開示される実施例とともに記載されている各例示のユニット及び計算方法のステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア又は両者の組み合わせにより実現できると当業者が理解可能である。ハードウェアとソフトウェアの相互変換性を明確に説明するために、上記説明では、機能別に各例示の構成及びステップを一般的に記載した。これらの機能がいったいハードウェアにより実行されるか、それともソフトウェア形態により実行されるかは、技術案の特定の応用及び設計の限定条件により決まる。当業者は、それぞれの特定の応用に対して、記載された機能を異なる方法により実現することができるが、これらの実現は、本発明の範囲を超えたものとされるべきではない。
本明細書に開示される実施例とともに記載されている方法又は計算方法のステップは、ハードウェア、プロセッサが実行するソフトウェアモジュール、或いは、両者の組み合わせにより実現される。ソフトウェアモジュールは、RAM、メモリ、ROM、EPROM、EEPROM、レジスタ、ハードディスク、リムーバブル磁気ディスク、CD−ROM、又は技術分野内に公知される任意の他形式の記憶媒体に取り込まれることができる。
以上記載した具体的な実施形態は、本発明の目的、技術案及び有益な効果についてさらに詳細に説明した。なお、以上に記載したのは、単に本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を制限するためのものではない。本発明の精神と原則内に為したあらゆる修正、同等の差し替え、改良などは、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

Claims (21)

  1. 複数の表示ユニットからなる表示パネルを有し、
    複数の第1幅を有する分光ユニットからなる分光ユニットアレイは、前記表示パネルと第1距離で離間する位置に設けられ、
    各前記分光ユニットは、表示パネルの縦方向と第1角度をなし、
    各分光ユニットは、ユーザの異なる観察位置に基づいて、複数の表示ユニットを1つの表示ユニット群にマッピングすることができるように構成される裸眼立体表示デバイスに応用する広視野角の裸眼立体画像表示方法において、
    裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザ観察位置と前記表示パネルとの第2距離を確定することと、
    前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定することと、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出することと、
    取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させることとを含むことを特徴とする広視野角の裸眼立体画像表示方法。
  2. 請求項1に記載の方法において、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出することは、さらに、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、各表示ユニットに対して、前記各表示ユニットの座標に対応する画素の階調値が前記表示ユニットの階調値の基礎値である基準画像を前記少なくとも2枚の平面画像から1枚確定することと、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、前記少なくとも2枚の平面画像の階調値の、前記各表示ユニットの階調値での混合因子である階調混合因子を順に算出することと、
    各表示ユニットに対応する基礎値と前記混合因子に基づいて、各表示ユニットの階調値を確定することとを含むことを特徴とする方法。
  3. 請求項2に記載の方法において、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、各表示ユニットに対して前記少なくとも2枚の平面画像から基準画像を1枚確定することは、具体的に、
    前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値と前記表示ユニット群の幅との比に平面画像数を乗算した値を、小さい方の整数に丸め、当該整数値に対応する平面画像を前記基準画像とすることを含むことを特徴とする方法。
  4. 請求項2に記載の方法において、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、階調混合因子を順に算出することは、具体的に、
    前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値と前記表示ユニット群の幅との比に平面画像数を乗算した値に対して、浮動小数点数を取り、当該浮動小数点数を、前記基準画像と非基準画像の階調混合因子とすることを含むことを特徴とする方法。
  5. 請求項2に記載の方法において、
    各表示ユニットに対応する基礎値と前記混合因子に基づいて、各表示ユニットの階調値を確定することは、具体的に、
    前記混合因子と、前記少なくとも2枚の平面画像のうち、基準画像以外の別の平面画像の中の各表示ユニットに対応する画素の階調値との積に、前記混合因子を1から減算した値と前記基礎値との積を加算した値を各表示ユニットの階調値とすることを含むことを特徴とする方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法において、
    前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定することは、具体的に、
    前記第2距離に前記第1幅を乗算した値を、前記第2距離と前記第1距離との差で除算して、前記表示ユニット群の幅を取得することを含むことを特徴とする方法。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法において、
    各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値は、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離と、補償値との和であることを特徴とする方法。
  8. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法において、
    裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザの観察位置座標を確定し、
    前記観察位置座標、前記第1角度及び前記第2距離に基づいて、水平方向でのユーザのずれ量を確定することをさらに含み、
    各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値は、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離と、補償値と、前記水平方向でのユーザのずれ量との和であることを特徴とする方法。
  9. 請求項8に記載の方法において、
    前記観察位置座標、前記第1角度及び前記第2距離に基づいて、水平方向でのユーザのずれ量を確定することは、具体的に、
    offd=(x+y/tanα)/z
    (xは、前記ユーザ観察位置の縦座標であり、yは、前記ユーザ観察位置の横座標であり、zは、第2距離であり、αは、第1角度であり、offdは、水平方向でのユーザのずれ量である)
    により確定することを特徴とする方法。
  10. 請求項1に記載の方法において、
    前記少なくとも2枚の画像の間に視差を有することを特徴とする方法。
  11. 複数の表示ユニットからなる表示パネルを有し、
    複数の第1幅を有する分光ユニットからなる分光ユニットアレイは、前記表示パネルと第1距離で離間する位置に設けられ、
    各前記分光ユニットは、表示パネルの縦方向と第1角度をなし、
    各分光ユニットは、ユーザの異なる観察位置に基づいて、複数の表示ユニットを1つの表示ユニット群にマッピングすることができるように構成される裸眼立体表示デバイスにおいて、
    裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザ観察位置と前記表示パネルとの第2距離を確定するための追跡モジュールと、
    前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定するための確定モジュールと、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出するための算出モジュールと、
    取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させるための表示制御モジュールとをさらに含むことを特徴とする裸眼立体表示デバイス。
  12. 請求項11に記載の表示デバイスにおいて、
    前記算出モジュールは、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、各表示ユニットに対して、前記各表示ユニットの座標に対応する画素の階調値が前記表示ユニットの階調値の基礎値である基準画像を前記少なくとも2枚の平面画像から1枚確定するための基準画像確定ユニットと、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、前記少なくとも2枚の平面画像の階調値の、前記各表示ユニットの階調値での混合因子である階調混合因子を順に算出するための混合因子確定ユニットと、
    各表示ユニットに対応する基礎値と前記混合因子に基づいて、各表示ユニットの階調値を確定するための階調値確定ユニットとをさらに含むことを特徴とする表示デバイス。
  13. 請求項12に記載の表示デバイスにおいて、
    前記基準画像確定ユニットは、具体的に、
    前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値と前記表示ユニット群の幅との比に平面画像数を乗算した値を、小さい方の整数に丸め、当該整数値に対応する平面画像を前記基準画像とすることを特徴とする表示デバイス。
  14. 請求項12に記載の表示デバイスにおいて、
    前記混合因子確定ユニットは、具体的に、
    前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値と前記表示ユニット群の幅との比に平面画像数を乗算した値に対して、浮動小数点数を取り、当該浮動小数点数を、前記基準画像と非基準画像の階調混合因子とすることを特徴とする表示デバイス。
  15. 請求項12に記載の表示デバイスにおいて、
    前記階調値確定ユニットは、具体的に、
    前記混合因子と、前記少なくとも2枚の平面画像のうち、基準画像以外の別の平面画像の中の各表示ユニットに対応する画素の階調値との積に、前記混合因子を1から減算した値と前記基礎値との積を加算した値を各表示ユニットの階調値とすることを特徴とする表示デバイス。
  16. 請求項11〜15のいずれか一項に記載の表示デバイスにおいて、
    前記確定モジュールは、具体的に、
    前記第2距離に前記第1幅を乗算した値を、前記第2距離と前記第1距離との差で除算して、前記表示ユニット群の幅を取得することを特徴とする表示デバイス。
  17. 請求項11〜16のいずれか一項に記載の表示デバイスにおいて、
    各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値は、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離と、補償値との和であることを特徴とする表示デバイス。
  18. 請求項11〜16のいずれか一項に記載の表示デバイスにおいて、
    裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザの観察位置座標を確定するための座標確定モジュールと、
    前記観察位置座標、前記第1角度及び前記第2距離に基づいて、水平方向でのユーザのずれ量を確定するためのずれ量確定モジュールとをさらに含み、
    前記各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値は、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離と、補償値と、前記水平方向でのユーザのずれ量との和であることを特徴とする表示デバイス。
  19. 請求項18に記載の表示デバイスにおいて、
    前記ずれ量確定モジュールは、前記水平方向でのユーザのずれ量offdを、
    offd=(x+y/tanα)/z
    (xは、前記ユーザ観察位置の縦座標であり、yは、前記ユーザ観察位置の横座標であり、zは、第2距離であり、αは、第1角度であり、offdは、水平方向でのユーザのずれ量である)
    により確定することを特徴とする表示デバイス。
  20. 請求項11に記載の表示デバイスにおいて、
    前記少なくとも2枚の画像の間に視差を有することを特徴とする表示デバイス。
  21. 複数の表示ユニットからなる表示パネルを有し、
    複数の第1幅を有する分光ユニットからなる分光ユニットアレイは、前記表示パネルと第1距離で離間する位置に設けられ、
    各前記分光ユニットは、表示パネルの縦方向と第1角度をなし、
    各分光ユニットは、ユーザの異なる観察位置に基づいて、複数の表示ユニットを1つの表示ユニット群にマッピングすることができるように構成される裸眼立体表示デバイスにおいて、
    追跡デバイスと、
    プロセッサと、
    プログラムコードが格納されるメモリと
    をさらに含み、
    前記プロセッサは、
    前記メモリに格納されるプログラムコードを呼び出すことにより、
    裸眼3D画像観察状態にあるユーザを追跡し、当該ユーザ観察位置と前記表示パネルとの第2距離を確定するように前記追跡デバイスを制御し、
    前記第1距離、第2距離及び第1幅に基づいて、当該第2距離に対応する1つの表示ユニット群の幅を確定し、
    前記表示ユニット群の幅、各表示ユニットからその所属する表示ユニット群の辺縁までの距離参考値に基づいて、立体画像を構成する少なくとも2枚の平面画像上の、当該表示ユニットの座標値に対応する画素の階調の混合値として、各表示ユニットの表示の階調値を順に算出し、
    取得した前記各表示ユニットの表示階調値に基づいて、前記表示パネルに立体画像を表示させることを特徴とする裸眼立体表示デバイス。
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