TWI278242B - 3D television broadcasting system and method for broadcasting three-dimensional image - Google Patents

Description

1278242 、 九、發明說明： _ 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上關於一種電視廣播系統及，更特別地，關於一 種能夠廣播三維影像之電視廣播系統。 【先前技術】 本技藝中習知有數種三維顯示技術。這些技術包括：美國專 利案第4, 945, 407號，第4, 214, 257號，及美國專利案第4,丨32, 468 鲁旒中所描述之「光栅」技術；美國專利案第6, 046, 849號，第 6’ 055, 013號，第5, 264, 964號，及美國專利案第4, 717, 949號 中所描述之「視差屏障」技術；美國專利案第6,〇46,849號，第 6’ 055, 013號，第5, 264, 964號，及美國專利案第4, 717, 949號 中所描述之集合成像；及全像顯示。然而，這些現行之技術具有 些尚未解決之問題，且在近期之内，這些現行之技術並不可能 應用至廣播系統。 、使用現行之三維顯示裝置的立體電視廣播系統，需要立體電 視廣播之方法及系統。因為影像取得，資料更新，及/或用於該現 行三維顯示技藝之三維廣播的顯示裝置，在系統上均不同於商用 —維電視廣播的標準及系統，故必須要有新的方法及系統。因此， .必須由用於二維商用電視廣播之資料信號，來分離地釋放用於立 •體電視廣播之資料信號。此外，現行之立體電視廣播因其本身現 存主要的缺點和複雜性，而會導致影像資料大幅增加，及/或影像 品質與解析度的下降。

故因此，一種商用立體電視廣播系統的實用需求，可合乎與 704-KRIP 5 1278242 2D/3D相容性或互換性，及實用性相關的需要。較户地 並不需要顯義增加資龜量，且㈣狀色録秘2 法，需比得上現存商用二維電視廣播之標準及系統。 、 【發明内容】 本發明係針對-種電視廣_統，其可朗三維影 來廣播物體。本發明之廣播系統包括—成像系統 = 統，及一顯示系統。 _傳輪糸 該成像系統包括-成像裝置及一成像處理器。 捕捉-組-物體的二維影像訊框於許多聚焦面。該影像處 摘取已對焦之像素及來自各訊框之縱深資訊， 二 焦影像，及-人類視覺之後像__縱深分析。—維疋王對 該傳輸系統可產生—帶有該影像資料之#料信號 =輸。當本發明之影像資料具有與習用二維影像資料相同的形 …則使用該習用二維廣播系統之視訊及 二 ，佔用空間，來傳輪該二維完全對焦影像各像素之= :資，二維傳輸系統幾乎不需改良，便可用以傳輸二： 且以括’三維顯示裝置，其可接收該影像資料， 顯示裝置，如一f 來==體，，^ 使用以上事置之^ 榮幕或數位顯示器的觀眾，即可觀賞 、之忒王部聚焦二維影像。在此狀況 在顯示，無任何用途。雖然觀眾們無法觀賞三維：=

704-KRIP 6 lp8242 們可觀賞強化之二維全部聚焦影像。 本發明亦針對一種用以廣播三 捉-組具有成像纽 ^ 》。該方法包括捕 像訊框，以產生經由-電視i及加工該组二維影 影賴’並摘取及恢復該影像資·4 Γ系統#，且會廣播該物體三维朗影像之形式該顯示系統4 結論 如隨後·· 經由先前技藝廣播系統， 而藉由本發明所提供之優點 1.本，明完全地與制之二維電視廣播系統及/或制替代系統 相容； 2· ίΓ月提供—種建構立體電視廣播系統及/或習用替代系統之 簡單與有效化費方法’而用以產生，傳輸，及顯示三維影像； 3.即使用二維顯示裝置’如—制之電視組，觀眾仍可觀賞品質 提升之二維影像；及 鲁4·當已發明系統之影像資料尺寸非常相似於習用二維電視廣播系 統日寸，二維廣播並不需要射頻頻道間隔之重新配置及/或重新 分配，且可藉由使用已傳輸視訊及/或音效信號中之未佔用空間 來傳輸該三維廣播。 【實施方式】 本發明之特別較佳實施例中，提供一種立體電視廣播系統， 其可由一成像裝置傳輸三維影像至一影像顯示器。該三維廣播系 統可完全與習用商用二維電視廣播與電纜系統相容。如圖丨中所

704-KRIP 1278242 . 示，該三維廣播系統20包括一成像系統30，一傳輸系統90，及 一顯示系統100。 在此轉向圖2，該三維成像系統30包括一成像裝置32及一影 ’像處理器80。在共同待審之美國專利申請案第10/822414號中描 述此一系統，標題為” Three-Dimensional Imaging Device”，該 等文獻係以引用的方式併入本文中。可將該成像裝置及該影像處 理器包裝於相同之設備内或分開地包裝。

該成像裝置32包括一變焦系統34及一成像單元60。該變焦 系統34包括一變焦長度透鏡36。該變焦長度透鏡較佳地為一微鏡 陣列透鏡38。這樣的微鏡陣列透鏡的提出可參見jamesG. Boyd IV 及 Gyoungil Cho 的論文，標題” Fast-response Variable

Focusing Mi cromirror Array Lens”，Proc· SP IE，Vo 1· 5055, 第278至286頁（2003)。該等文獻係以引用的方式併入本文中。 如圖5中所示，該微鏡陣列透鏡38包括以同心圓排列於一平 面之複數個微鏡4G，以形成至少—同心圓。藉由多個致動零件可 靜電地及/或電磁地控繼等微賴。各微鏡均包括一較佳地由金 屬所製造之反射絲面。在此暇現_微鏡之分析較佳地具有 曲率。在另—實施例中’該等微鏡4G之反射式表面為平面。 令文反射£钟加了該透鏡之光效率。 的該等支峨械結構，及使f轉微舰機轉及轉移

704-KRIP 更彼此靠㈣4纖之下’使得該鏡可定位為 ^亦可增加該微鏡陣列透鏡之有效反射區。因為該 8 1278242 t 等u鏡的質量很小，且可產生微小的慣性力矩，故可以依很快的 ， 速率，變換其位置及姿勢。

、、圖4%示習用微鏡陣列透鏡41的原理。理論上，欲製成理想 鏡有二條件。第一為，由一物體之一點所散射之所有光線的 曰來條件應集中於成像面板的一點。第二為相同相位條件，即所 f^命光線沿著成像面板之上而應具有相同相位。為了滿足該等 2透鏡條件，習用反射透鏡43的表面形狀，會形成為：⑴令 厂=體之-賴散射騎有光線，會聚至成像面板的一點；及 2)令所有會聚光線的絲長度相同。即使騎聚光制光徑 :同’因為光線之相位具有週期性，是故仍可滿足相同相位的條 1。因此，可以用該微鏡陣列透鏡41之多個旋轉及轉移透鏡45， Λ滿足理想透鏡條件之龍反射透鏡43的表面相位。 ^圖6緣示微鏡陣列透鏡38成像的方法。任意散射的光線46， 二猎由控制微鏡34的位置，而會聚於成像面板的—點ρ。藉由轉 微鏡40，可將任意絲46的相位調整為烟。該紐 須的轉移位移至少為光線波長的一半。 車歹f鏡38的焦距f，可藉由控制該等微鏡40的旋轉及 。即使^鏡無法滿足她條件，仍谢僅控制該 專微鏡的域，而不餘_#魏_移，㈣ 陣列透鏡的可能。關，藉由僅只控繼輪鏡的雜，；；因^ 差而使產生之透鏡38的成像品質下降。 "口像 藉由富斯聶（Fresnel)繞射理論，不 鏡，便可滿足該二成像條件。藉由僅 #㈣等透

生之綱會具有像差。該等透鏡-尺 704-KRIP 9 1278242 即使具有一動作之透鏡的品質 具有一動作之透鏡具有優點為 移兩者之透鏡簡單。 其低於具有旋轉及轉移之透鏡， 其控制及構造均比具有旋轉與轉 綠2上所述’吾人期望各微鏡4〇皆具有一曲率，因為習用反射 透鏡的=想形狀即具有—曲率。細，若該等微鏡之尺寸足夠的 小二且當具有平面微鏡之該微鏡陣列透鏡的像差，其與具有曲率 ^習用透鏡相差不大時’則並沒有非常需要去控制該等微鏡的曲 Ο 口圖7中所示，可藉由一具有預設焦距的輔助透鏡仙，來延 伸或改、^：4二軸像裝置32之有效焦距及數值孔徑。—具有大數 值孔控之輔助透鏡可增加該三維成像系統的數值孔徑。並且，藉 由使用與該微鏡陣列透鏡38組合的該辅助透鏡48,可以改變該: 維成像系統之有效焦距為一期望的範圍。 a微鏡陣列透鏡是調適的光學零件，因為可藉由微鏡的轉移及/ 或方疋轉’而改變光線的相位。因此，該微鏡陣列透鏡可校正因物 Φ 〜〜像間之媒體所造成的光線相位誤差，及/或校正透鏡系統 的缺點，後者使其影像不遵守近轴成像的規則。 例如，藉由调整微鏡的轉移及旋轉，微鏡陣列透鏡即可校正 因光學傾角所導朗她誤差。這可以允許視野内任何物體的修 改，而不需光學系統些許部分的顯微機械運動。因此，在習用的 系統中，欲放大的物體並不需置於光學軸上。 、 藉由使用單色光假設的微鏡陣列透鏡，可滿足相同的相位條 件。因此，為了獲得彩色的影像，三維成像系統之微鏡陣列透鏡 可控制為_滿足關於紅色，聽及藍色(RGB)光各波長的相同：

704-KRIP 10 1278242 ’以產生具有紅色， 位條件n軸像_可使㈣寬渡波器 綠色及藍色(RGB)光波長的單色光。 像單再^圖2 ’絲單元6G包括至少—二軸彳_器。該成 心足原始二維影像5G於不同的聚焦面像 料至成像處理單元80。 守i 傢貝 測哭除了其需要―較快速與更靈敏的成像感測器或感 杰彳#相似於㈣的廣播攝影機。例如’根據本發明之 ^ I!：™ 一凡王對'、、、衫像中該二維深度影像訊框的數目。 該成像處理單元80較佳地為一制處理單元(㈣，其摘取 该完全對焦之像素及縱深資訊，且域始的二維影像，產生二维 比較 =_像82及縱深分析δ4(見圖υ。在一單元内處理之該影 像貝枓的_較佳地少於或鱗於肉_後像時間。可施加一些 次异法賴成該完全對歸彡像及縱深資訊，其中包括但並不限制 核’在該深度2D影像上之像素的方法，與一像素的方法間之明確 上該影像資料可以習用資料形式儲存，如光碟，磁帶，或勵， 场像資料具有如相二維廣播影像的相同資料尺寸。亦可由 電腦產生的影絲產生該完全·影像及縱深資訊。 參考圖8(a)-8(c)’微鏡陣列透鏡38可依對應之聚焦面52a， B及52C而捕捉原始—維影像訊框5〇a，5〇b，及5〇c。可藉 由评電地及/或電磁地控制各該等微鏡4〇，而改變該微鏡陣列透鏡 38的焦距。該微鏡陣列透鏡焦距的改變，會改變成像系統卯的聚 焦面。該二維原始影像5〇A ’ 5QB，及5{)C係依其本身對應的縱深

704-KRIP 11 4 1278242 資訊，取得，該縱深資訊由聚焦面的位置獲得。 是故’具有第一聚焦面52A的該原始二維影 對焦影像L1。對焦影像L1是物體％的部分l之 ^^一

MD ^ND 維 提供對焦像素L1的縱深資訊。財第透鏡38，以 的原始二維影像_，及5GC，其^； 面52β與52c 法處理，以獲得對焦影像及該等對焦影像的縱深資訊。门的方 時，It當該微鏡陣列透鏡38根據預設的期望縱深而改變隹距 日守’祕感測㈣便可依對應之縱深資訊，而獲二 50。藉由縱深解析度及欲成像物 ^ 的數目。 &娜的I桃圍’可以判定縱深 二二=Γ對於餘留的影像並不重要，但該單元時間 仍…、、必眉小於肉眼接收即時三維像 透鏡的必”㈣1 ^像的後像逮率。微鏡陣列 你、!^ 率，可以使期望之聚焦面數目與肉眼的德 像速率相等。影像處理的必需速率 、 的速率，《進行即㈣視訊的=相錢切微鏡陣列透鏡 -旦用於影像之各像素的該全部難、影像及 畢，便將影像資料儲存於處理單元80之中。 、ΰ处凡 的光電感測器用做為成像系統(其使用微鏡陣列透鏡）中 ==1?*#域縣_，、縣，域光_成像感 υ 3或不讀覓濾波器）的電信號，而獲得彩色影像，該成像

704-KRIP 12 1278242 λ - 感測為應與微鏡陣列透鏡的控制同步化。 為了使由一物散射的紅光成像，微鏡陣列透鏡可控制為滿足 •紅光的相位條件。紅光，、綠光，及藍光成像感測器 ，可測量由一 物散射的紅光，綠光，及藍光各者之強度。在這些色光之間，僅 紅光的強度會儲存為影像資料，因為僅紅光可適當地成像。為了 使綠光或k光各者成像，微鏡陣列透鏡及各成像感測器會如同處 理紅光般，以相同的方式運作。因此，微鏡陣列透鏡可以與紅光， 綠光’及藍光成像感測器同步化。 在另一實施例中，如圖3中所示，該三維成像裝置32尚包括 一微型分光鏡56，其設置於微鏡陣列透鏡38與成像單元（或感測 器60)間的光徑中。當微鏡陣列透鏡是反射式的類型時，則無法配 置成像裝置的零件於線上。本實施例需要一光學配置，其中所反 射的光線並不會被物體58所阻擋。該微型分光鏡56會改變g〇。 之光線的方向，且因此定位該微鏡陣列透鏡38正交於光徑。 或者，如圖2中所示，可設置該微鏡陣列透鏡38，使得藉由 φ微鏡陣列透鏡所反射的光徑不會因未使用微型分光鏡而被阻擋。 在更一實施例中，微鏡陣列透鏡可使用為一成像單元的變焦 元件，或攝影機。在一例中，可使用至少一微鏡陣列透鏡以建構 具有或不具有透鏡的變焦系統。 參考圖1，傳輸系統包括一傳輸器91，一傳輸媒體92，及一 接收94。該傳輸器係麵合至影像處理單元。該傳輸器可由影 像處理早元’而操取完全對焦影像82及縱深分析84，並產生一帶 有影像資料之類比或數位視訊及/或音效的資料信號。 該傳輸媒體92可傳輸藉由傳輸器91所產生的資料信號至接 704-KRIP 13 1278242 氣 * -收器94。這較佳地呈現出，該傳輸媒體92包括—朗二維電視廣 播系統，電齡統’或任何合適的替代纽。因此，該傳輸媒體 的技術形式較佳地為每訊框約525線，大約3Gfps(frames卿 second)的更新率。 該接收器94係轉合至顯示系統1〇〇。該接收器可接收來自傳 輸媒體92的資料信號，且傳輸該信號到顯示系統。 一芩考圖9,該顯系、统1〇〇包括一信號處理器1〇2及一三賴 不裝置（3D裝置）11〇。該信號處理器可接收來自接收器94的資料 信號且摘取，或恢復物體的完全難、影像及縱深資訊。接著則傳 遞该兀全對焦影像至3D裝置11〇的内部2D顯示器。縱深分析則 傳遞至3D裝置11〇的聚焦透鏡。 該3D裝置11〇包括一二維顯示器（2D顯示器）12〇，及一變焦 長度透鏡140。在共同待審之美國專利申請案第1〇/778281號中描 述此衣置，標題為 Three-Dimensional Display using

Variable Focusing Lens” ，該等文獻係以引用的方式併入本文 >中。該2D顯示器可顯示由信號處理器1〇2所接收的第一影像η?。 變焦長度透鏡可接收來自2D顯示器的光線，且形成一第二影像 160 A义焦長度透鏡14〇可根據由信號處理器所傳遞的縱深資 訊，而改變其本身之焦距，故該第二影像會以三維方式呈現予一 觀眾170。 該2D顯示器120較佳地包括一習用TV組，螢幕或顯示器。 現在芩考圖13，該變焦長度透鏡140包括一微鏡陣列透鏡。 該微鏡陣列透鏡14〇會與2D顯示器120同步化，以根據第一深度

704-KRIP 14 1278242 影像142A，142B，及142C的縱深，而顯示第二深度影像144A， 144B，及144C。即，微鏡陣列透鏡的焦距會與第一深度影像142A， 142B，及142C的縱深同步化，並持續地改變。具有該第一深度影 像的微鏡陣列透鏡同步，可使第二影像16〇組成第二深度影像 144A ’ 144B ’及144C ’該微鏡陣列透鏡具有持續之縱深，以便逼 真的顯示。微鏡陣列透鏡的焦距改變速率，及2D顯示器12〇的顯 示速率（約為30Hz)，均必須相等或大於肉眼產生後像的速率，及 冰度影像的縱深數目。例如，若影像具有5個縱深，則微鏡陣列 透鏡的焦距改變速率必須要大於或相等於15〇Hz。 圖11 (a)-11 (c)繪示一反射式富斯聶(Fresnel)透鏡146A，其 替代-原始單體鏡148的方法，及圖12(a)—12(c)緣示以一微鏡 陣列透鏡14G型成-反射式富斯聶(Fresnel)透鏡1備(其替代 原始單體鏡147)的方法。該微鏡_透鏡包括複數倾鏡⑽， 其可控制崎成-反射式富斯^1備，並改變變 焦長度透鏡140的焦距。 為了獲4-明亮且完美的影像，離職體之—闕所有射線 必須與相_位會聚，而至—成像面的—點上面。因此，透鏡的 角色在於會聚由-物體所散射的射線，且使得各射均具有相同的 先径長度WL)。或者，即使射線具有不_㈣，仍可以藉由 =各射、_ _職她，來軸_賴透鏡成 像的目的。這藉由調整OPI，知 I , At /、之所達成，係為波長;I的整倍 t。各個面均能會聚射線於-點，且由不同面所折射或反射的射 線均會具有λ不同整倍數的QPL。 藉由控制嫌錢轉鶴作及/或旋购作，可改變微鏡陣

704-KRIP 1278242 列透鏡140的焦距。微鏡的旋轉動作 的轉^作可調整光線的相位。心猶的方向，且微鏡 透鏡14G有些許必要條件。第—，必_對於三 改變的=夠快速的焦距改變速率。第二，在可以依照數值孔徑 變。第_"，而成像縱㈣圍時’必須具有大翻數值孔徑的改 -’必須具有-依3D顯示n的結構而定的大尺寸直和。 速率足，需求’第一，係因為微鏡:反應 於1〇ΚΗζ。Ζ丨便可破付微鏡的焦距改變速率相等或大 現广ΪΓ ’微鏡陣列透鏡之數值孔徑改變的範圍，其會大於任何 長度透鏡之數值孔徑改變的範圍。因此，如上所述，微 兄二透鏡會具有對於3D顯示器不可或缺的大範圍影像縱深。例 口 ,’二以微鏡陣列透鏡製造_ 19时的3D電視時，則可以顯示影 像縱深由lm到無限大。 ’ 第二’與具有連續雜的透鏡她較，其巾當尺寸變大 •會變得難以製造一具有理想曲率的表面，而在微鏡陣列透鏡組成 不連績微鏡時，則要將微鏡陣列透鏡的尺寸放大便沒有困難。 當微鏡陣列透鏡140是反射式透鏡時，會無法配置三維顯示 衣置110的光學系統於線上。需要一種光學配置，纟中反射的 線被2D顯示器所阻擋。

圖14⑷-14⑷緣示需要藉由—透鏡所形成影像的距離或縱 深’及透鏡距之-般原理。#光線由—物體通過—透鏡時， 會依該物體與透朗的距離L，及透鏡··會聚或偏離。在本 發明的描述巾，-透鏡代表—可以聚焦光線的光學元件，且並不 704-KRIP 16 1278242 - 4 - 僅限為折射類型的透鏡。 . 目U(a)顯示光線由物體152A通過透鏡154A，並接著偏離在 不同角度。圖14(b)是一具有較短焦距之透鏡154B的相似圖。 由透鏡154A及154B所折射的光線，會形成—逼真的影像服及 156B。當觀眾人158看見該折射的光線時，則該觀眾可收看到物體 152A及152B(其設置於—點p，卻如同存在於逼真則及Q，）。 如圖14(c)中所不，光線由物體152c通過透鏡撕，並接著 參會翠以形成-真實影像騰。圖14(d)緣示一具有較短焦距的相 似透鏡154D。當觀眾看見物體臓及152D經過透鏡娜及驗 時’該觀眾可收看到該物體如同其存在於點酸及i56D。 在物體與透個所取得的麟L，#由透鏡細彡成之影像的位 置’會依該透鏡的焦距而改變。可用高斯透鏡方程式⑽脱， Formula)來計算該影像的位置。圖14(3)及14(b)顯示出，依具有 較長焦距的透鏡154A，而逼真影像腿較靠近於觀眾158，^依 具有較短焦距的透鏡154B，而該逼真影像156β更加遠離觀眾 鲁I58。圖l4(c)及Μ⑷顯示出，依具有較長焦距的透鏡，而 逼真影像156C較靠近於觀眾158，且依具有較短焦距的透鏡 154D，而該逼真影像156D更加遠離觀眾158。因此，逼真或真實 成像的位置會根據透鏡的焦距而改變，且如同持 、 成像的位置將會持續誠變。 在此參考圖9，藉由成像深度2D影像於空間中的對應縱深， 而以變焦長度透鏡產生3D影像於空間中。2D顯示器〗2〇 ^顯^必 舄成像相同縱澡在已得慣性或已得框線的像素。變焦長产透於^ 調整其焦距，以為了成像該深度影像於空間中所需的位置。

704-KRIP 17 1278242 一如圖i〇(a)-io(c)中所示，第一影像112包括在單元時間内晨 不之第-深度影像142A，142B，及142c的預設縱深數目。第二二員 像160包括對應的第二深度影像144A，144B，及14C。各個第 深度影像均代表具有相同影像縱深的第-影像部分。2D顯示^ 再-時間喃示-第—深度影像。魏長度透齡由該2D顯示： 反射光線’且變焦長度透鏡14{)的焦距，會根據欲顯示之第; 度影像的縱深岐變。該M、長度透鏡的聚焦辭至少 =

眼及，深數目產生後像的_，她眾所見n彡像是三維 的。單7G時間的長度必須少於或相等於_的後像速率 T 170所見之一系列的第一影像112是三維影像。 从 因為觀眾170所見之連續顯示之第二深度影像144是三^ 二影像16G ’岐須足触速賴示料二深度影像，讀利用: 眼的後像效果。例如，為了顯示—3D影像，會需要約為繼z : 後像速率。為了顯示—具有1G個影像縱深的三維影像，當必編 30分之-秒内顯示該10個縱深時，則必須具有至少約3孙 10Hz)的變焦長度速率及2D顯示速率。 / 如圖14(a)及14⑹所緣示’可以使用—逼真影像來顯示三 ，像，或如圖14(〇及14⑷鱗示，使用—真實影像來顯示^ :m實影像的方法是有益的’因為當該影像很靠近觀眾 地產生時，其能妓逼真_示。對於本枝之麟在於，^ 的範圍可限制在觀眾與一顯示螢幕之間。 、 本方像:方法’所產生的影像會在顯示螢幕之後。 ^方…有U為’其可顯示—具錢幕至無限範圍之縱深 像0

704-KRIP 18 1278242 在另一實施例中，如圖16中所示，3D顯示裝置210可包括複 數個變焦長度透鏡240(其對應至2D顯示器22〇的像素212)，以 顯示三維影像270。該變焦長度透鏡的尺寸較佳地相似於其對應的 像素。藉由對應於像素的變焦長度透鏡，其中可以在影像縱深顯 =各個像素212所顯示的部份影像。當藉由各像素所顯示的部份 Λ、象其個別地由對應之變焦長度透鏡操作時，則不需要分開— 影像為深度影像且不需將其顯示。因此，本實施例並不需要高速 魯率肋顯示器及高速率變焦長度透鏡。可以使用具有普通速率的肋 顯示器。 圖17繪示一第三實施例3D顯示裝置250。本3D顯示裝置包 括一具有複數個像素212的2D顯示器（未示），及複數個變焦長度 透鏡252。該變焦長度透鏡較佳地包括多個微鏡陣列透鏡。各個變 焦長度透鏡252均對應至像素212之一。變焦長度透鏡的聚焦速 率至少要相等於肉眼的後像速率，且各個該等變焦長度透鏡均可 由二維顯示器反射光線。該等變焦長度透鏡的焦距會根據各個像 馨素所顯示之影像的影像縱深來改變。 當微鏡陣列透鏡是反射光學元件時，則必須定位透鏡元件 252，疋故所反射的光線不會被2d顯示器阻擔。各個像素Μ〗均 可顯不第一影像的一部份於一方向，其與邪顯示裝置25〇的裝置 顯示方向260成正交。依像素之顯示方向及裝置顯示方向26〇，而 定位透鏡元件252為45。角。第二影像270，其藉由該透鏡元件而 形成二維的形式。儘管本配置很複雜，仍使用微鏡陣列透鏡，因 為其數值孔徑改變的範圍很大。 在圖18中所示的替代實施例中，3D顯示裝置11〇尚包括一微

704-KRIP 參 19 1278242 一 Λ ’ 形分光鏡180，其設置2D顯示器120與變焦長度透鏡140間的光 徑中。該2D顯示器及變焦長度透鏡係配置為彼此平行。該微型分 光鏡會改變之光線的方向為90。，且因促進線上的光學配置。定位 該變焦長度透鏡140正交於光徑。 或者，如圖9中所示，可設置該變焦長度透鏡14〇，使得藉由 微鏡陣列透鏡所反射的光徑不會被二維顯示器12〇所阻擋。當該 2D顯示器與變焦長度透鏡間之距離比微型分光鏡中的配置更近 ^時，圖9中的配置具有簡單結構及寬視野的優點。然而，有一影 像品質降低的缺點，這是因為藉由傾斜設置之變焦長度透鏡引起 之脫執所造成。對於配置的選擇，係依照顯示裝置的使用來決定。 如圖15中所示，3D顯示裝置Π0更可包括一輔助透鏡195， 其具有預設的焦距且相臨地設置於變焦長度透鏡Mo。該辅助透鏡 140可為一折射類型富斯聶(Fresnel)透鏡。藉由變焦長度透鏡之 有效焦距及该辅助透鏡而可形成第二影像16〇。依該辅助透鏡，3d 顯示裝置的變焦長度透鏡可延伸或改變為一期望的範圍。 • 在多個實施例中，其中顯示經由一光學顯示螢幕(3D顯示螢幕) 的二維物體160，該變焦長度透鏡14〇的尺寸必需對應邪顯示螢 幕的尺寸。在具有一大顯示螢幕的裝置，如一 6〇吋的顯示螢幕， 幾乎不可能或需極為昂貴，方能使得一變焦長度透鏡具有與顯示 螢幕一樣大的尺寸。因此，3D顯示裝置no更可包括一可擴大嗦 第二影像160的輔助透鏡195，以為了克服限制。該辅助透鏡可為 一原始折射透鏡或一反射式富斯聶(Fresnel)透鏡。該顯示螢幕的 尺寸會變成輔助透鏡195的尺寸，而具有一固定的焦距。沈顯八 為120及變焦長度透鏡140均具有遠小於辅助透鏡ι95的尺寸；

704-1CRIP 20 1278242 ** Λ Λ 、 藉由改變變焦長度透鏡的焦距，可修改3D顯示裝置ΐι〇之有效焦 距。 再者，可固定該變焦長度透鏡的焦距。藉由固定該變倉長度 透鏡的焦距，及操作2D顯示器為一般2D顯示裝置，則該3D顯示 裝置110可容易地轉變為2D顯示裝置。 圖1根據本發明，而繪示廣播系統20廣播三維影像的方法。 第一，藉由成像系統30來掃描物體58，以捕捉一組該物體的二維 φ 影像訊框。成像裝置32會聚焦於物體的許多面，且接收一影像於 影像單元或感測器60。該成像裝置的聚焦面會藉由變焦系統34 而改變。聚焦系統的焦距改變速率可判定3D影像的縱深解析度。 在已捕捉的影像中，僅有對應至已聚焦縱深的像素為對焦， 且在影像感測器中的其他像素是模糊的。變焦系統的對應聚焦面 會變成已對焦像素的縱深資料。於肉眼的後像時間之内可捕捉到 影像訊框的組合。 在藉由成像裝置捕捉一組二維影像訊框之後，影像處理器8〇 馨便會摘取各影像的已對焦像素，且紀錄已摘取像素所對應的色 彩，飽和度，及縱深資料，並在最後構成各像素的完全對焦影像 及縱深貝料。影像處理3的最後輸出是二維完全對焦影像貶及一 完全對焦影像的縱深分析84。 與習用二維廣播攝影機的輪出相比較，該完全對焦影像完全 地相配於資料形式中。該縱深#訊僅加人於該二維完全對焦影像 資料中，以產生三維成像。 士為了獲得即時三維視訊影像，則須在小於肉眼後像時間的單 元時間内，掃描所期望之物體的聚焦面。是故，必須以-速率來

704-KRIP 1278242 文夂水焦系統34的驗’該速率會鱗於聚焦細望數目所測量 =眠之後像速率的咖，且影像處理鱗亦必或大於該聚 焦糸統34的速率。 已限制單-成像裝置的視肖，或攝影機，因此可使用至少二 ^象衣置以增加3D影像的視角。多重影像裝置已呈現在多個現存 #，像方法中來使用，如先前已提及的光柵方法及/或視差方法。 猎=有不同視角的不同成像裝置，其所同步捕捉知至少二組的 K象或i全對焦影像，可藉由影像處理器而同時地處理以構 成一集合的完全對焦影像。 ⑽次Γ處理及儲存完畢該影像㈣，則傳輸1191會產生帶有該 Γ羽Γ制㈣k號，並經傳輸祕9__4信號傳輸。可以 於讀於j廣齡統’電纜祕，及/或替代的其他傳齡統來傳 =二乂貪料。當完全對焦影像資料如同習用二維視訊資料，而 1隹目Γ的形式及尺寸，則可藉由制的方法及標準來傳輸該完 讀資料。縱深分析，其個以恢復三維影像，並可傳達 空:輪頻道中（其未被視訊辑音訊信號資料所佔滿）的祕用 了提供二維及/或三維影像資訊給觀眾，會需要用於二維電 ::系統，電繼，及/或替㈣ 用==音訊親_雜纽/或音賴道的賊分配，因為商 料電視廣播系統的習用音訊頻寬補以傳輸已發明三維系統的資 传料旦二f料信號由接收器94所接收，則會藉由顯示系統謂的 來處理兀全聽祕及輯分析。該信號處理器接著

704-KRIP 22 1278242 $ • 會由縱深分析摘取用於像素的縱深資訊，且顯示對應的完全對焦

. 影像於内部2D顯示器上。當一具有相同縱深的影像顯示於内部2D 顯示器上時，該影像會藉由變焦系統而成像於空間中。藉由改變 變焦系統的焦距，該影像會儲存於空間中之理想縱深，且觀眾可 感覺到該影像的縱深。此隨後之程序會產生一系列的深度影像在 空間中不同的縱深。且在肉眼的後像時間内會形成一完整的三維 影像。 具有三維顯示裝置98的觀眾可觀賞到為三維空間影像之形式 ® 的物體。若聚焦面尚未改變，則該三維顯示裝置亦可顯示品質提 升的完全對焦二維影像。 為了在肉眼的後像時間内顯示一系列具有不同縱深的深度景多 像，則聚焦系統之焦距改變的頻律必須大於肉眼產生後像的速 率，及完全對焦影像中的二維深度影像數目。在本發明中，先前 技藝之該等變焦長度透鏡並不可使用於三維顯示裝置，因為哕等 變焦長度透鏡之焦距改變的速率低於100Hz。僅有微鏡陣列透^可 0 滿足焦距改變所需的速率。 戈11 具有習用一維顯示裝置96(如習用的電視組及數位顯示哭 觀眾可以此裝置來觀賞二維影像。在此情況中，會自動的 深資訊。即使觀眾無法觀賞到三維影像，本發明仍然有益^縱 二維顯示裝置的所有者，因為該影像已經全部對焦，b 用 用其原有之習用裝置來觀賞品質提升的二維影像。 觀眾可

所呈現之以上描述參考本發明之較佳實施例。熟羽 者應了解，在不違反本發明的原理，精神及範圍之下^項技術 細節，組成及操作上，做種種改變。 ，可在形式， 704-KRIP 23 1278242 ** 4 【圖式簡單說明】 當連同伴__考慮時，可參照前文之詳盡描述而更加了 解本發明之種種特徵及優點，，其中： 圖1為根據本發明之三維廣播系統之示意圖； 鲁圖2為根據本發明之成像系統之示意圖； 圖3為根據本發明之替代成像系統之示意圖； 圖4為繪示根據本發明之微鏡陣列透鏡原理的示意圖； 圖5為圖4之微鏡陣列透鏡原理之頂視圖； 圖6之侧面示意圖緣示根據本發日月之原理，而改變圖4之微鏡陣 列透鏡之聚焦長度的方法； 圖7為根據本發明之第二替代成像系統之側面示意圖； 圖8(a)-8(c)之側面示意圖綠示圖i之成像系統根據本發明之原 理，捕捉原始二維影像及對應至縱深資訊的方法； 圖9為根據本發明之三維顯示系統之側面示意圖； 圖10(a)-10(c)之側面示意圖繪示圖9之顯示系統根據本發明原 理，而將一物體顯示為三維空間影像的方法； 圖11(a)-11(c)之側剖面圖繪示一反射式富斯聶(Fresnel)透鏡 取代原始單體鏡的方法； 圖12(a)-12(c)之側剖面圖繪示，以一微鏡陣列透鏡形成反射式 富斯聶(Fresnel)透鏡的方法；

704-KRIP 24 1278242 惠 - 圖13為包括於圖9之三維顯示系統内的微鏡陣列透鏡之頂視圖； 圖14(a)-14(d)之側面示意圖繪示人類肉眼看見逼真寫實影像之 方法的原理； 圖15為根據本發明之替代三維顯示系統之侧面示意圖； 圖16為根據本發明之第二替代三維顯示系統之側面示意圖； 圖17為根據本發明之第三替代三維顯示系統之侧面示意圖；及 圖18為根據本發明之第四替代三維顯示系統之側面示意圖。 • 【主要元件符號說明】 L 物體之部分 LI 部分L之對焦影像 Μ 物體之部分 MI 部分Μ之對焦影像 N 物體之部分 NI 部分Ν之對焦影像 LD 部分L之離焦影像 MD 部分Μ之離焦影像 ND 部分Ν之離焦影像 20 三維廣播系統 30 成像糸統 32 成像裝置 34 變焦系統 36 變焦長度透鏡 38 微鏡陣列透鏡 704-KRIP 25 1278242

40 微鏡 41 微鏡陣列透鏡 43 習用反射透鏡 45 微鏡 46 任意散射的光線 48 輔助透鏡 50 原始二維影像 50A/B/C 原始二維影像訊框 52A/B/C 聚焦面 54 物體 56 微型分光器 58 物體 60 成像單元 80 成像處理單元 82 二維完全對焦影像 84 縱深分析 90 傳輸系統 91 傳輸器 92 傳輸媒體 94 接收器 96 習用二維顯示裝置 98 三維顯示裝置 100 顯示系統 102 信號處理器 704-KRIP . 1278242 110 三維顯示裝置 112 第一影像 120 二維顯示器 140 變焦長度透鏡 142A/B/C 第一深度影像 144A/B/C 第二深度影像 146A 折射性富斯聶(Fresnel)透鏡 146B 反射式富斯聶(Fresne 1)透鏡

147 單體鏡子 148 單體鏡子 149 微鏡 152A/B/C/D 物體 154A/B/C/D 透鏡 156A/B 逼真影像 156C/D 真實影像 158 觀眾 160 第二影像 170 觀眾 180 微型分光器 195 輔助透鏡 210 三維顯示裝置 212 二維顯示器之像素 220 二維顯示器 240 變焦長度透鏡 704-KRIP 27 1278242 250 三維顯示裝置 252 透鏡元件 260 裝置之顯示方向 270 第二影像

704-KRIP 28

Claims (1)

1. 1278242 十、申請專利範圍： 1· 一種立體電視廣播系統，包括： 一個三維成像裝置，其中該成像裝 (a)—成像系統，具有至少 置產生三維影像資料； 系:’其中該傳輸系統可傳輸帶有該

   (C)-顯4統’其中觸示线會接收已傳輸之倾信號， 且恢復該影像資料為一影像。 2.如申請細刪i項之立體電視廣播系統，其中該信號傳輸 糸統與制商用二維廣播系統’電_、统及/或其他替代方法 相容。 3. 如申請補麵第丨項之謂魏絲纽，其巾該成像裝置 包括-變㈣統，其包括至少—微鏡_透鏡。 4. 如申μ專利祕第3項之立體電視廣齡統，其巾變焦系統尚 包括一習用變焦透鏡系統。 丨·如申請專利範圍第1項之立體雷 ,α ^ 遐兒視廣播系統，其中該成像裝置 維完全對焦影像及縱深 包括一成像處理器，其產生包括—個 分析之三維影像資料。 6.不如;範圍項之立體電視廣播系統，其中由-組具有 焦影像及縣讀。 〜知像赌，健生該完全對 7·如申請專利範圍第5項之立體雷 隹％#，„ 兒視廣播系統，其中使用該完全 。，主丨— ’播糸統之影像品質。 8·如申#專利乾圍第5項之立體| 、 i視廣播系統，其中該完全對焦 29 *1278242

   轉(更)正替換頁j 以像係由偶數組像構成，該偶數組影像係以同時但不同之視 角捕捉。 9·如申明專利|已圍第5項之立體電視廣播系統，其中由電腦所產 生之影像，而產生該完全對焦影像及縱深分析。 10·，申4專利關第5項之立體電視廣齡統，其巾藉由組合至 少-組已捕捉之影像，及電腦所產生之影像，而產生該完全對 焦影像及縱深分析。 11·如申凊專利補第5項之立體電視廣播系統，其中使用一習用 -維商用電視廣齡統，轉輸該三維影像資料。 12.如申請專利範圍第u項之立體電視廣播系統，其中該縱深分 析在貝料l就中之未佔用空間上攜帶，該資料信號之未佔用空 間並未被視訊/音訊資料所佔滿。 13·如申#專利减第5項之立體電視廣齡統，其巾該顯示系統 係一、良、、員不衣置，其具有許多包括至少一微鏡陣列透鏡之變焦 系統。 14·如申w專利欄第13項之立體電視廣齡統，其中該顯示系 統可恢復為_維讀’其使㈣二維完全對焦影像及縱深分 析。 15•如申請專利範圍第13項之立體電視廣播系統，其中該三維顯 示裝置會顯示品質提升之二維影像。 16•如申^利範圍第5項之立體電视廣·統，射該顯示系統 包括省用一維顯示設備，續龜_ 料，以顯示品質提升之二维影像使用完全對焦影像貧 17•如申_獅第14狀立_咖錢，其㈣至少二 30

   1278242 者之二維影像而合成該完全對焦影像，其中該至少二者之一余 影像具有不同聚焦面及/或不同視角。 —維 18·如申請專利範圍帛14項之立體電視廣播系統，其中由電 產生之影像，產生该元全對焦影像及縱深分析。 - 19. 如申請專利麵第14項之立體電視廣㈣n 至少二組已捕捉之影像，及電腦所產生<旦彡# 5 對焦影像。 彳產生之〜像’而構成該完全 20. 如申請專利範圍第14項之立體電蝴|系統，其中該顯 統尚包括-信號處理器，可摘取深度影像之像素，及由該完全 對焦景>像及縱深分析摘取對應之縱深資訊。 21· —種用以廣播三維影像之方法，包括： a) 捕捉-組具有-成像系統之物體之二維影像訊框； b) 處理該組二維影像麻以產生對應之三維影像資料； ^將-帶有該三維影像資料之資料信號經由電視廣播系統而傳 d) 藉由一顯示系統而接收該影像資料； e) 摘取及恢復該顯示系統中之影像資料；及 22? 系統上以三維空間影像之形式進行物體之顯示。 ^ ^範圍第21項之方法，其中該電視廣播系統與習用 a m統’電_統及/或其蹄代方法相容。 兀蛉間，而捕捉該組二維影像訊框。 利軸第21項之方法，其㈣編統包括一呈有 微鏡陣列透鏡之成像裝置。 /、有 31