TWI528785B - 立體影像的調整裝置及其方法 - Google Patents

Description

立體影像的調整裝置及其方法

本發明係關於一種立體影像的調整裝置及方法。

人臉上兩眼的位置是不同的，大約間隔65mm，如第1圖所示，真實人眼在觀看同一物件時，左右兩眼會各自進行水晶體60厚度的調整（Accommodation）以調整屈光率而對焦在該物件所在的焦點61上，同時亦進行各自的眼球視角調整（Convergence conflict）以對準該物件。當物件較遠時，兩眼的視角夾角較小，物件越近時兩眼的夾角則越大，兩眼各自接收到的影像再被送給大腦，而形成我們對該物件的立體影像。換言之，真實人眼在建立視覺影像時，左右兩眼的水晶體調整及眼球視角調整是連動的。

目前的3D顯示技術是藉由給予左右眼不同的影像而造成立體效果，換言之，僅是利用雙眼的水平視差而產生立體感，但卻忽略了與水晶體調整連動時的眼球視角調整機制。因此，如第2圖所示，當觀看者在觀看3D影像時，雙眼會對焦在螢幕62上，此時水晶體60的曲率其實是被固定的；然而，隨著3D影像移動，人眼仍會反射性地追蹤著立體影像的焦點61而不斷調整眼球視角，此時水晶體60的曲率固定而眼球視角卻不斷移動，違背了人眼正常的視覺反應，從而導致大腦無法順暢地處理這些資訊，使得雙眼視覺不協調，產生頭痛、眼睛疲倦等感覺，而這就是醫學上所謂的感知整合-調節衝突（convergence-accommodation conflict）。這種情況尤其會隨著觀看者與3D顯示螢幕的距離越短而更趨明顯。

為解決前述感知整合-調節衝突的問題，習知有兩種較為常用的方法。其一是降低立體影像的效果，使雙眼間的視差效果不明顯，以減輕雙眼不適的感覺。然而，此舉雖可減輕人眼感知整合-調節衝突的感覺，但也失去了觀看立體影像的意義。

另一種解決感知整合-調節衝突的方法為改變顯示面板的結構，開發一種可減輕眼睛疲勞的多焦面（multi-focal-plane）顯示器，讓觀看者不需刻意使雙眼對焦到某一點或某一平面，得以自由地調整水晶體的曲率，解決看立體電影時雙眼感到不適的情形。但礙於這種多焦面顯示器的生產成本高昂，不符合經濟效應，無法被廣泛使用。

有鑑於此，提供一種可舒適地觀看立體影像的立體影像調整裝置及方法，乃為業界亟待努力的目標。

本發明的目的之一，在於提供一種立體影像的調整裝置。

本發明的目的之另一，在於提供一種立體影像的調整方法。

本發明提出之立體影像的調整裝置，係包含一立體影像顯示器、一亮度估計系統、一可視深度估計系統及一影像處理器。其中，立體影像顯示器產生具有一影像深度之一立體影像，並發出一第一光量。亮度估計系統偵測並估計該第一光量，以產生一第一光量值。可視深度估計系統依據第一光量值定義出一可視的深度範圍。影像處理器則依據可視的深度範圍，相應調整立體影像之影像深度，當第一光量值越大時，該可視的深度範圍相應增大。

本發明提出之調整立體影像之方法，係包括下列步驟：(a)偵測並估計一立體影像顯示器所具有之一第一光量，以產生一第一光量值；(b)依據第一光量值定義出一可視的深度範圍；以及(c)依據可視的深度範圍，相應調整立體影像之一影像深度。

1．．．立體影像調整裝置

11．．．立體影像顯示器

12．．．亮度估計系統

13．．．可視深度估計系統

14．．．影像處理器

15．．．距離感知器

20．．．觀看環境

30．．．立體影像

40．．．觀看者

501~505．．．步驟

60．．．水晶體

61．．．對焦點

62．．．螢幕

B．．．第一光量

D1．．．影像深度

E．．．環境光量

V1．．．可視的深度範圍

L．．．觀看距離

S1．．．光源信號

第1圖係為雙眼之水晶體在正常情況下，看遠及看近時的水晶體厚度及眼睛夾角之變化示意圖；
第2圖係為雙眼之水晶體在觀看立體影像時，看遠及看近時的水晶體厚度及眼睛夾角之變化示意圖；
第3圖係為本發明之立體影像調整裝置之實施例示意圖；
第4圖係為本發明之立體影像調整裝置之另一實施例示意圖；
第5圖係為本發明之調整立體影像之方法流程圖；以及
第6圖係為本發明之立體影像調整裝置之方塊圖。

請參閱第3圖，其為本發明立體影像調整裝置1之結構示意圖。如圖所示，立體影像調整裝置1包括一立體影像顯示器11、一亮度估計系統12、一可視深度估計系統13及一影像處理器14。

立體影像顯示器11（譬如一LED顯示器或一LCD顯示器）提供影像給觀看者40，以使觀看者40看到立體影像30。其中，立體影像顯示器11發出一第一光量B，且所產生之立體影像30具有一影像深度D1。亮度估計系統12偵測並估計立體影像顯示器11所具有之第一光量B，以產生第一光量值B1，可視深度估計系統13適可依據亮度估計系統12所估計出之第一光量值B1，利用醫學平均值或實驗統計建出對應之表格等方式，定義出一可視的深度範圍V1。最後，影像處理器14便可依據可視的深度範圍V1，相應調整立體影像30之影像深度D1。於本實施例中，尚未被調整之立體影像30即可視為一初始立體影像。

本發明所提出之立體影像調整裝置1藉由偵測立體影像顯示器11所具有之第一光量B，取得第一光量值B1，定義出可視的深度範圍V1，以相應調整立體影像30（即初始立體影像）之影像深度D1，藉此使被調整後的立體影像30始終位於可視的深度範圍V1內，來降低感知整合-調節衝突對人眼的負擔。舉例而言，當亮度估計系統12所取得的第一光量值B1越大時，即可得知觀看者40的瞳孔會主動縮小以降低入光量，此時觀看者40的眼睛可看清楚的景深範圍較廣，亦即可視的深度範圍V1較廣，因此影像處理器14可增大影像深度D1，讓3D影像之效果越趨明顯；相對的，當第一光量值B1越小時，可以得知觀看者40的瞳孔會主動放大，此時人眼可看清楚的景深範圍變窄，亦即可視的深度範圍V1較窄，故影像處理器14需減小影像深度D1。

換言之，本發明之立體影像調整裝置1係藉由偵測立體影像顯示器11所具有之第一光量B的第一光量值B1的大小，相應調整3D效果，以避免因感知整合-調節衝突造成觀看者40的不適。

如第4圖所示，在一較佳實施例中，亮度估計系統12可進一步估計觀看環境20所具有之環境光量E，而取得第二光量值B2，使可視深度估計系統13同時依據第一光量值B1及第二光量值B2，定義出可視的深度範圍V1，以相應調整立體影像30之影像深度D1。

較佳者，更可設置一距離感知器15偵測觀看者40與立體影像顯示器11間之觀看距離L。距離感知器15可藉由發射一光源信號S1或其他方式，偵測至少一觀看者40與立體影像顯示器11間之觀看距離L，並將觀看距離L提供給影像處理器14，影像處理器14再根據觀看距離L、第一光量值B1及第二光量值B2進行分析及運算後，相應調整立體影像30之影像深度D1。

請接續參考第4圖，距離感知器15係鄰設於立體影像顯示器11之上方，以偵測至少一觀看者40與立體影像顯示器11間之觀看距離L，但並不以此為限。換言之，距離感知器15亦可設置於立體影像顯示器11之周遭位置或鄰設於一側，只要距離感知器15藉由量測而得到觀看距離L即可。於本實施例中，距離感知器15可以紅外線偵測器或數位攝影機實現，且距離感知器15較佳係與立體影像顯示器11設置於同一平面。當距離感知器15發射光源信號S1後，光源信號S1將會穿透觀看環境20並到達觀看者40的所在位置，光源信號S1接著將由觀看者40所反射，而重新為距離感知器15所接收。如此一來，透過量測光源信號S1發出及反射的時間差，將得以計算觀看者40的所在位置，並估算出其觀看距離L。

此外，於本領域具通常知識者亦可理解，立體影像30之第一光量值B1除係根據立體影像顯示器11之一背光亮度所產生外，亦可由立體影像顯示器11所具有之一畫面數值或一發光時間所產生。

以下將配合第3圖之立體影像調整裝置1之結構示意圖，以及第5圖之流程圖，說明本發明提出之立體影像的調整方法。

首先，請同時參閱第3圖及第5圖之步驟501，其係偵測並估計立體影像顯示器11所具有之一第一光量B，以產生一第一光量值B1。接著，如步驟502所示，依據第一光量值B1定義出一可視的深度範圍V1。最後，如步驟503所示，依據可視的深度範圍V1，相應調整立體影像30之一影像深度D1。

當第一光量值B1越高時，影像處理器14將相應調整影像深度D1，使影像深度D1之效果越趨明顯。反之，當第一光量值B1越低時，影像處理器14將相應調整影像深度D1，使影像深度D1之效果越趨微弱。

較佳者，參照第4圖之實施例，根據環境光量E產生第二光量值B2，並合併估計第一光量值B1及第二光量值B2以決定可視的深度範圍，完成步驟502。

第6圖係為本發明之立體影像調整裝置一實施例之方塊圖，亮度估計系統12根據第一光量B及環境光量E產生第一光量值B1及第二光量值B2，並將第一光量值B1及第二光量值B2提供給可視深度估計系統13，可視深度估計系統13同時參考觀看距離L，決定出可視深度範圍V1，影像處理器14再根據可視深度範圍V1對初始立體影像做處理，對其影像深度進行調整，以產生符合可視深度範圍V1的處理後立體影像。

需特別說明的是，於前述之實施例中，觀看距離L係為協助影像處理器14對影像深度D1進行微調之參數之一，然其對於影像深度D1之影響，則可依據醫學平均值或實驗統計建出對應之表格等方式來界定，於此並不加以限制。

綜上所述，本發明所揭露之立體影像調整裝置適可藉由分別偵測立體影像顯示器所具有之第一光量、觀看環境所具有之第二光量及觀看者與立體影像顯示器間之觀看距離等資訊，相應調整立體影像的影像深度，使該影像深度始終座落於觀看者兩眼眼球視角的舒適區域，以輕鬆地觀看立體影像。如此一來，可在不更動顯示器結構的前提下，以低成本獲得舒適的3D觀影效果。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1．．．立體影像調整裝置

11．．．立體影像顯示器

12．．．亮度估計系統

13．．．可視深度估計系統

14．．．影像處理器

20．．．觀看環境

30．．．立體影像

40．．．觀看者

B．．．第一光量

D1．．．影像深度

V1．．．可視的深度範圍

Claims (13)

1. 一種立體影像的調整裝置，係使用於一觀看環境，包括：
   　　一立體影像顯示器，用以產生一立體影像，該立體影像顯示器發出一第一光量，且該立體影像具有一影像深度；
   　　一亮度估計系統，偵測並估計該第一光量以產生一第一光量值；
   　　一可視深度估計系統，依據該第一光量值定義出一可視的深度範圍；以及
   　　一影像處理器，依據該可視的深度範圍，相應調整該立體影像之該影像深度；
   　　其中，當該第一光量值越大時，該可視的深度範圍相應增大。
2. 如請求項1所述之立體影像調整裝置，其中該亮度估計系統更偵測並估計該該觀看環境之一環境光量，以產生一第二光量值，該可視深度估計系統依據該第一光量值及該第二光量值，定義出該可視的深度範圍。
3. 如請求項2所述之立體影像調整裝置，其中該影像處理器依據該可視的深度範圍，相應調整該立體影像之該影像深度。
4. 如請求項1所述之立體影像調整裝置，更包括一距離感知器，偵測至少一觀看者與該立體影像顯示器間之觀看距離。
5. 如請求項4所述之立體影像調整裝置，其中該影像處理器根據該觀看距離以及該可視的深度範圍，相應調整該影像深度。
6. 如請求項4所述之立體影像調整裝置，其中該距離感知器係為一紅外線偵測器或一數位攝影機。
7. 如請求項1所述之立體影像調整裝置，其中該第一光量值係根據該立體影像顯示器之背光亮度產生。
8. 如請求項1所述之立體影像調整裝置，其中該第一光量值係由該立體影像顯示器所具有之一畫面數值或一發光時間所產生。
9. 一種調整立體影像之方法，用以在一觀看環境下調整一立體影像顯示器，該方法包括下列步驟：
   　　(a)　偵測並估計該立體影像顯示器所具有之一第一光量，以產生一第一光量值；
   　　(b)　依據該第一光量值定義出一可視的深度範圍；以及
   　　(c)　依據該可視的深度範圍，相應調整該立體影像顯示器所產生之一立體影像的一影像深度。
10. 如請求項9所述之方法，其中(a)步驟更包含：
    　　偵測該觀看環境的一環境光量，以產生第二光量值。
11. 如請求項10所述之方法，其中(b)步驟更包含：
    　　依據該第一光量值及該第二光量值，定義出該可視的深度範圍。
12. 如請求項9所述之方法，更包含下列步驟：
    　　(d)　偵測至少一觀看者與該立體影像顯示器間之觀看距離；以及
    　　(e)　根據該觀看距離相應調整該影像深度。
13. 如請求項9所述之方法，其中(c)步驟更包含：
    　　(c1)　在該第一光量越高時，增大該可視的深度範圍，使該影像深度之效果增強；以及
    　　(c2)　當該第一光量越低時，降低該可視的深度範圍，使該影像深度之效果減弱。