TWI786595B - 使用多模式顯示器增強多視像影像品質的系統和方法 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種用於增強多視像影像的影像品質的系統和方法。在一些實施例中，藉由識別與零視差平面相對應的多視像影像的部分，零視差平面影像基於多視像的視像而生成。零視差平面影像和多視像影像的視像影像可以傳送到時間多工顯示器。時間多工顯示器可以根據二維（2D）模式和多視像模式操作。時間多工顯示器可以配置以將零視差平面影像和視像影像顯示為合成影像。

Description

使用多模式顯示器增強多視像影像品質的系統和方法
本發明係關於一種增強多視像影像品質的系統和方法，特別是使用多模式顯示器增強多視像影像品質的系統和方法。
電子顯示器是向各種裝置和產品的使用者傳達資訊的幾乎無所不在的媒介。其中最常見的電子顯示器為陰極射線管（cathode ray tube, CRT）、電漿顯示面板（plasma display panels, PDP）、液晶顯示器（liquid crystal displays, LCD）、電致發光顯示器（electroluminescent displays, EL）、有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）和主動式矩陣有機發光二極體（active matrix OLEDs, AMOLED）顯示器、電泳顯示器（electrophoretic displays, EP），以及各種採用機電或電流體光調變（例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等等）的顯示器。一般而言，電子顯示器可以分為主動顯示器（即，會發光的顯示器）或被動顯示器（即，調變由另一個光源提供的光的顯示器）的其中一者。在主動顯示器的分類中，最明顯的示例是CRTs、PDPs及OLEDs/ AMOLEDs。在上述以發射光進行分類的情況下，LCDs顯示器及EP顯示器一般是歸類為被動顯示器。被動顯示器雖然經常表現出包括但不限於固有低功率消耗等具有吸引力的性能特徵，但由於其缺乏發光的能力，在許多實際應用中被動顯示器可能有使用上的限制。
為了實現這些與其他優點並且根據本發明的目的，如本文所體現和廣泛描述的，提供一種操作時間多工多模式顯示器的方法，該方法包括：識別與該時間多工多模式顯示器的一零視差平面相對應的一多視像影像內的像素；生成包括該所識別的像素的一零視差平面影像；在該時間多工多模式顯示器的一二維（2D）模式期間，使用該時間多工多模式顯示器顯示該零視差平面影像；以及在該時間多工多模式顯示器的一多視像模式期間，在該時間多工多模式顯示器上顯示該多視像影像的成像視像影像集合，其中，該時間多工多模式顯示器配置為在該2D模式和該多視像模式之間切換，以在該時間多工多模式顯示器上依序顯示該零視差平面影像和該成像視像影像集合以作為一合成影像。
根據本發明一實施例，該多視像影像內的該像素根據該多視像影像的一視差圖指定的像素位置來選擇。
根據本發明一實施例，操作時間多工多模式顯示器的方法進一步包括從基於零視差的一預定視差閾值的該視差圖而生成一影像遮罩。
根據本發明一實施例，該成像視像影像集合降取樣到該時間多工多模式顯示器的多視像解析度，該零視差平面影像具有降取樣前的該成像視像影像集合的解析度。
根據本發明一實施例，該成像視像影像藉由從該多視像影像中移除該所識別的像素而生成，以提供該零視差平面影像的影像內容以及該合成影像內的該成像視像影像集合之間的亮度曲線匹配。
根據本發明一實施例，操作時間多工多模式顯示器的方法進一步包括：在該2D模式期間，使用一廣角背光件提供廣角發射光；在一多視像模式期間，使用具有一多光束元件陣列的一多視像背光件提供方向性發射光，該方向性發射光包括由該多光束元件陣列中的每一個多光束元件提供的複數個方向性光束；以及使用一模式控制器對該2D模式和該多視像模式進行時間多工，以依序地啟動在與該2D模式相對應的一第一連續時間間隔期間的該廣角背光件以及在與該多視像模式相對應的一第二連續時間間隔期間的該多視像背光件，其中，該複數個方向性光束中的方向性光束的方向對應該成像視像影像集合的不同視像方向。
根據本發明一實施例，所述提供方向性發射光包括：在一導光體中將光引導為引導光；以及使用該多光束元件陣列中的多光束元件將該引導光的一部分散射為該方向性發射光，該多光束元件陣列中的每一個多光束元件包括一繞射光柵、一微折射元件和一微反射元件其中一個或多個。
根據本發明一實施例，操作時間多工多模式顯示器的方法進一步包括向該導光體提供光，該導光體內的該引導光根據一預定的準直因子被準直。
根據本發明一實施例，操作時間多工多模式顯示器的方法進一步包括：使用一光閥陣列調變該廣角發射光，以在該2D模式期間提供該零視差平面影像；以及使用該光閥陣列調變該方向性發射光的該複數個方向性光束，以在該多視像模式期間顯示一多視像影像。
根據本發明一實施例，該多光束元件陣列中的一多光束元件的尺寸在該光閥陣列中的一光閥的尺寸的四分之一到兩倍之間。
根據本發明一實施例，操作時間多工多模式顯示器的方法進一步包括將一羽化遮罩應用於該零視差平面影像和該多視像影像的該成像視像影像其中之一或之二。
在本發明之另一態樣中，提供一種分割多視像影像的方法，該方法包括：從一多視像影像的一視差圖生成一影像遮罩，該影像遮罩指定對應該多視像影像成像的一零視差平面的像素位置；使用該影像遮罩和該多視像影像生成一零視差平面影像；在該時間多工多模式顯示器的一二維（2D）模式期間，使用該時間多工多模式顯示器顯示該零視差平面影像；以及在該時間多工多模式顯示器的一多視像模式期間，在該時間多工多模式顯示器上顯示該多視像影像的成像視像影像集合，其中，該時間多工多模式顯示器配置為在該2D模式和該多視像模式之間切換，以在該時間多工多模式顯示器上依序顯示該零視差平面影像和該成像視像影像集合以作為一合成影像。
根據本發明一實施例，分割多視像影像的方法進一步包括從基於零視差的一預定視差閾值的該視差圖而生成該影像遮罩。
根據本發明一實施例，該成像視像影像集合降取樣到該時間多工多模式顯示器的多視像解析度，該零視差平面影像具有降取樣前的該成像視像影像集合的解析度。
根據本發明一實施例，該成像視像影像集合藉由根據該影像遮罩從該多視像影像移除像素而生成。
根據本發明一實施例，分割多視像影像的方法進一步包括將一羽化遮罩應用於該零視差平面影像和該成像視像影像集合其中之一或之二。
在本發明之另一態樣中，提供一種多視像影像顯示系統，該系統包括：一處理器；以及一記憶體，儲存複數個指令，當由該處理器執行時會使該處理器執行以下操作：接收一多視像影像和一視差圖，該視差圖關聯該多視像影像的不同視像之間的視差；藉由根據由該視差圖指定的視差值從該多視像影像中選擇像素，生成一零視差平面影像；以及將該零視差平面影像和該多視像影像的視像影像集合傳送到一時間多工顯示器，該時間多工顯示器配置以藉由在一多模式顯示器中使該視像影像集合成像以及在一二維（2D）顯示模式中使該零視差平面影像成像以顯示一合成影像。
根據本發明一實施例，當該處理器執行該複數個指令時，進一步使該處理器基於零視差的一預定視差閾值從該視差圖生成一影像遮罩。
根據本發明一實施例，該視像影像集合藉由根據該影像遮罩從該多視像影像移除像素而生成。
根據本發明一實施例，當該處理器執行該複數個指令時，進一步使該處理器從將一羽化遮罩應用於該零視差平面影像和該視像影像集合其中之一或之二。
根據本發明所述的原理的示例和實施例，旨在藉由操作包括二維（2D）模式和多視像模式其中至少兩者的多模式顯示器以增強所顯示的多視像影像的品質。對於特定視像，多視像影像分為視像影像集合與2D影像，視像影像集合優化多視像模式期間的顯示，2D影像優化2D期間的顯示。例如，在分割和使用視差資料的處理中，與多視像顯示器的零視差平面相關聯的多視像影像的像素選擇為包含在2D模式期間成像的2D影像中。因此，多模式顯示器的2D模式的高解析顯示能力可以適合顯示包含在2D影像中的這些像素。多視像影像的其他像素會在多視像模式期間成像在多視像顯示器上。具有一些視差的像素會在多視像模式成像在多模式顯示器上以向多視像影像傳達深度感。2D模式和多視圖模式可以快速切換以呈現具有零視差和非零視差兩者的完整合成影像。根據各個實施例，該合成影像可以具有增強的解析度和多視像特性的所需視覺特性。
本發明中，「二維（2D）顯示器」或等效的多模式顯示器的2D模式定義為配置以提供影像的顯示器或模式，而不論該影像是從甚麼方向觀看的（亦即，在2D顯示器或2D模式的預定視角內或預定範圍內），該影像的視像基本上是相同的。很多智慧型手機和電腦螢幕中會有的液晶顯示器（LCD）是2D顯示器的示例。與此相反，「多視像顯示器」或等效的多模式顯示器的多視像模式定義為配置為在不同視像方向（view direction）上或從不同視像方向提供多視像影像（multiview image）的不同視像（different views）的電子顯示器、顯示系統或多模式顯示器的顯示模式。具體來說，不同視像可以表示多視像影像的場景或物體的不同立體圖。在一些情況下，多視像顯示器或多視像模式也可以稱為三維（3D）顯示器或3D模式，例如，在同時觀看多視像影像的兩個不同視像時，提供觀看三維影像的感覺。
圖1A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像顯示器10（或多模式顯示器的多視像模式）的立體圖。如圖1A中所示的，多視像顯示器10包括螢幕12，其用於顯示要被觀看的多視像影像。多視像顯示器10在相對於螢幕12的不同的視像方向16上提供多視像影像的不同的視像14。視像方向16如箭頭所示，從螢幕12以各個不同主要角度方向延伸；不同的視像14在箭頭（亦即，表示視像方向16）的終點處被顯示為陰影多邊形框；並且僅顯示三個視像14和三個視像方向16，這全是作為示例而非限制。應注意，雖然不同的視像14在圖1A中顯示為在螢幕上方，但是當多視像影像被顯示在多視像顯示器10上時，視像14實際上出現在螢幕12上或附近。在螢幕12上方描繪視像14僅是為了簡化說明，並且意圖表示從對應於特定視像14的相應的一個視像方向16觀看多視像顯示器10。
根據本發明定義，視像方向或等效地具有與多視像顯示器的視像方向對應方向的光束，通常具有由角度分量｛θ, ϕ｝給出的主要角度方向。角度分量θ在本發明中稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角度分量ϕ稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。根據定義，仰角θ為在垂直面（例如，垂直於多視像顯示器螢幕的平面）內的角度，而方位角ϕ為在水平面（例如，平行於多視像顯示器螢幕的平面）內的角度。
圖1B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中具有與多視像顯示器的視像方向（例如，圖1A中的視像方向16）相對應的特定主要角度方向的光束20的角度分量｛θ, ϕ｝的示意圖。此外，根據本發明定義，光束20從特定點發射或射出。亦即，根據定義，光束20具有與多視像顯示器內的特定原點相關聯的中心射線。圖1B進一步顯示了原點O的光束（或視像方向）。
此外本發明中，在術語「多視像影像」、「多視像顯示器」和「多視像模式」中所使用的術語「多視像（multiview）」定義為複數個視像（view），其表示複數個視像之中的視像之間不同的立體圖或包含視像的角度差異。另外，根據本發明定義，本發明中術語「多視像」明確包含兩個以上不同的視像（亦即，最少三個視像並且通常多於三個視像）。如此一來，本發明中所使用的「多視像顯示器」和「多視像模式」一詞明確與僅包含表示場景或影像的兩個不同的視像的立體顯示器或立體模式區分開。然而應注意的是，雖然多視像影像和多視像顯示器的模式可以包含兩個以上的視像，但是根據本發明定義，可以藉由同時選擇觀看該些多視像影像中僅兩個影像（例如，每個眼球各一個視像），以將多視像影像觀看為立體影像對（a stereoscopic pair of images）（例如，在多視像顯示器上觀看）。
根據本發明的定義，「多視像像素」一詞定義為在多視像顯示器或多模式顯示器的類似的複數個不同視像的每一個視像之中的子像素的集合或「視像」像素的集合。具體來說，多視像像素可具有個別視像像素，其對應於或表示多視像影像的每一個不同視像中的視像像素。此外，根據本發明定義，多視像像素的視像像素是所謂的「方向性（directional）像素」，其中每個視像像素與不同視像中相應的一視像的預定視像方向相關聯。此外，根據各個示例與實施例，多視像像素的不同視像像素在每個不同視像中可以相同的或至少基本上相似的位置或座標。舉例而言，第一多視像像素可以具有個別視像像素，其位於多視像影像的每個不同視像中的｛x1 , y1 ｝處；而第二多視像像素可以具有個別視像像素，其位於多視像影像的每個不同視像中的｛x2 , y2 ｝處，依此類推。在一些實施例中，多視像像素中的視像像素的數量可以等於多視像顯示器的視像的數量。
在本發明中，「導光體」定義為使用全內反射（total internal reflection，TIR）在結構內引導光的結構。具體來說，導光體可以包含在導光體的工作波長下基本上為透明的核心。在各個示例中，術語「導光體」一般指的是介電材料的光波導，其係利用全內反射在導光體的介電材料和圍繞導光體的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內反射的條件是導光體的折射係數大於與導光體材料的表面鄰接的周圍介質的折射係數。在一些實施例中，導光體可以在利用上述的折射係數差異之外額外包含塗層，或者利用塗層取代上述的折射係數差異，藉此進一步促成全內反射。舉例來說，該塗層可以是反射塗層。導光體可以是數種導光體中的任何一種，包含但不限於平板或厚平板導光體和條狀導光體其中之一或之二。
此外，本發明中，術語「平板（plate）」（如在「平板導光體」中一樣）應用於導光體時，定義為片段地（piece-wise）或微分地（differentially）平坦的層或片，有時也稱為「厚平板（slab）」導光體。具體來說，平板導光體定義為導光體，導光體配置以在由導光體的頂部表面和底部表面（亦即，相對的表面）界定的兩個基本正交的方向上引導光。此外，根據本發明定義，頂部表面和底部表面都互相分開，並且至少在微分的意義上可以基本互相平行。亦即，在平板導光體的任何微分的小部分內，頂部表面和底部表面大致上為平行或共平面的。
在一些實施例中，平板導光體可以是基本上平坦的（亦即，限制為平面），並且因此平板導光體是平面導光體。在其他實施例中，平板導光體可以在一個或兩個正交維度上彎曲。舉例而言，平板導光體可以由一個維度彎曲以形成圓柱狀的平板導光體。然而，任何曲率都具有足夠大的曲率半徑，以確保在平板導光體內保持全內反射以引導光。
如本發明所定義，引導光的「非零值傳播角度」是相對於導光體的引導表面的角度。此外，根據本發明定義，非零值傳播角度均大於零且小於導光體內的全內反射的臨界角度。此外，只要非零值傳播角度為小於導光體內的全內反射的臨界角，實施例可以選擇（例如任意選擇）任何非零值傳播角度。在各個實施例中，光可以非零值傳播角度引入或耦合到導光體122中。
根據各個實施例，藉由將光耦合至導光體中所產生的引導光或等效的引導「光束」可為準直光束。在本發明中，「準直光」或「準直光束」通常定義為一束光，其中，數道光束在光束內基本上互相平行。此外，根據本發明定義，從準直光束發散或散射的光線不被認為是準直光束的一部分。
根據本發明的定義，「多光束元件」為產生包含複數條光束的光的背光件或顯示器的結構或元件。在一些實施例中，多光束元件可以光學耦合到背光件的導光體，以耦合出或散射出在導光體中引導的一部分光以提供複數個光束。此外，根據本發明的定義，由多光束元件產生的複數條光束中的光束具有彼此不同的主要角度方向。具體來說，根據定義，複數條光束中的一光束具有不同於所述複數條光束中的另一光束的預定主要角度方向。因此，根據本發明的定義，光束稱為「方向性光束」，並且複數個光束可以稱為複數個方向性光束。
此外，複數條方向性光束可以表示光場。例如，複數條方向性光束可被限制在基本上為圓錐形的空間區域中，或者具有預定角展度（angular spread），其包含所述複數條光束中的光束的不同主要角度方向。因此，光束的預定角展度的組合（即，複數條光束）可表示光場。
根據各個實施例，複數條方向性光束中的各條方向性光束的不同主要角度方向根據包含但不限於多光束元件的尺寸（例如，長度、寬度、面積等）的特性以決定。在一些實施例中，根據本發明的定義，多光束元件可視為「擴展點光源」，亦即，複數點光源分佈在多光束元件的範圍上。此外，根據本發明定義，並且如上文關於圖1B所述，由多光束元件產生的方向性光束具有由角度分量｛θ, ϕ｝給出的主要角度方向。
在本發明中，「準直器」定義為基本上配置以準直光的任何光學裝置或元件。舉例來說，準直器可以包含但不限於，準直鏡或反射器、準直透鏡、繞射光柵、錐形導光體和上述各種準直器的組合。根據各個實施例，由準直器提供的準直量可以在實施例間以預定程度或預定大小變化。進一步地，準直器可配置以在兩個正交方向（例如，垂直方向以及水平方向）其中之一或之二上提供準直。亦即，根據一些實施例，準直器可以包含一形狀或類似的一準直特性，其提供兩個正交方向其中之一或之二上的光準直。
在本發明中，「準直因子」定義為光的準直程度。具體來說，根據本發明定義，準直因子定義準直光束中的光線的角展度。例如，準直因子σ可以指定一束準直光中的大部分光線在特定的角展度內（例如，相對於準直光束的中心或主要角度方向的+/- σ度）。根據一些示例，準直光束的光線在角度方面具有高斯分布（Gaussian distribution），並且角展度可以是由準直光束的峰值強度的一半所決定的角度。
在本發明中，「光源」定義為光的來源（例如，配置以產生光和發射光的光學發射器）。舉例而言，光源可以包括光學發射器，諸如發光二極體（light emitting diode, LED），其會在啟動時或開啟時發光。具體來說，在本發明中光源基本上可為任何光的來源或包括基本上任何光學發射器，其包含但不限於，發光二極體（LED）、雷射、有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）、聚合物發光二極體、電漿光學發射器、日光燈、白熾燈，以及實質上任何光源其中一個以上。由光源所產生的光可以具有一顏色（亦即可以包含特定波長的光），或者可以具有一定範圍的波長（例如白光）。在一些實施例中，光源可以包括複數個光學發射器。舉例而言，光源可以包含光學發射器的集合或群組，其中該光學發射器的集合或群組中至少一個光學發射器產生的光，其顏色或等效波長不同於該光學發射器的集合或群組中至少一個其他光學發射器產生的光的顏色或波長。舉例而言，該些不同的顏色可包含原色（例如，紅、綠、藍）。「偏振（polarized）」光源在本發明中定義為，產生或提供具有預定偏振的光的基本上任何光源。舉例而言，偏振光源可以包括在光源的光學發射器的輸出處的偏光器。
在本發明中，「多視像影像」定義為複數個影像（亦即大於三個影像），其中複數個影像之中每一個影像表示與多視像影像的不同視像方向相對應的不同視像。因此，舉例而言，多視像影像是影像的集合（例如，二維影像），當在多視像顯示器上顯示或在多模式顯示器的多視像模式時可以增強景深感（perception of depth），因此觀看者會覺得多視像影像看起來像3D場景的影像。
根據定義，「廣角」發射光定義為具有錐角的光，並且廣角發射光的錐角大於多視像影像或多視像顯示器的視像的錐角。具體來說，在一些實施例中，廣角發射光可以具有大於大約二十度（例如，＞±20°）的錐角。在其他實施例中，廣角發射光的錐角可以大約大於三十度（例如，＞±30°），或者大約大於四十度（例如，＞±40°），或者大於五十度（例如，＞±50°）。例如，廣角發射光的錐角可以大約大於六十度（例如，＞±60°）。
在一些實施例中，廣角發射光錐角可以定義為與LCD電腦螢幕、LCD平板電腦、LCD電視或類似的用於廣角觀看的數位顯示裝置的視角大約相同（例如，大約±40-65°）。在其他實施例中，廣角發射光還可以賦予特徵或描述為漫射光、基本上漫射的光、無方向性的光（亦即，缺乏任何特定的或界定的方向性）或具有單個或基本上均勻的方向的光。
本發明，「零視差」界定為當影像的不同視像位置（例如右眼和左眼）之間沒有明顯影像差別的情況。零視差可以應用於個別像素。如果像素在影像的不同視像之間感知為具有相同位置，則像素的視差為零。相反的，「非零視差」界定為當影像的不同視像位置之間有明顯影像差別的情況。本發明中，術語「零視差平面」相對於3D電子顯示器使用時，定義為顯示或成像的3D場景或區域的平面或平面部分，其在3D電子顯示器的所有視像中看起來完全一樣（即沒有視差）。此外，根據本發明定義，零視差平面出現在、對應於或重合於3D電子顯示器的實體表面。亦即，當由3D電子顯示器成像並在其上觀看時，位於3D區域內的零視差平面所顯示場景或區域中的物體看起來與3D電子顯示器的實體表面並置。離零視差平面較遠的物體看起來在實體表面的後面，而離零視差平面較近的物體看起來在實體表面的前面。
此外，如本發明所使用的，冠詞「一」旨在具有其在專利領域中的通常含義，亦即「一個以上」。例如，本發明中「一多光束元件」指一個以上多光束元件，更確切來說，「多光束元件」在本發明意思是「該（些）多光束元件」。此外，本發明中對「頂部」、「底部」、「高」、「低」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「左」、或「右」並非意使其成為任何限制。本發明中，當「大約（about）」一詞應用在一數值時，除非另有明確說明，其意思為該數值在產生該數值的設備的公差範圍內，或者可以表示正負10％或正負5％或正負1％。此外，本發明所使用「基本上（substantially）」一詞是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在約51％至約100％的範圍內的數量。再者，本發明的示例僅為說明性示例，並且該示例的提出是為了討論而非限制。
根據本發明所述原理的一些實施例，本發明提供了一種時間多工多模式顯示器。圖2A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的時間多工多模式顯示器100的剖面圖。圖2B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示另一示例中的時間多工多模式顯示器100的剖面圖。具體來說，圖2A顯示在第一模式或二維（2D）模式期間或根據第一模式或二維模式的時間多工多模式顯示器100。圖2B顯示在第二模式或多視像模式期間或根據第二模式或多視像模式的時間多工多模式顯示器100。圖2C是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的時間多工多模式顯示器100的立體圖。在圖2C中顯示在多視像模式期間的時間多工多模式顯示器100，以作為示例而非限制。此外，根據各個實施例，可以依照時間順序或時間交錯的方式對2D模式和多視像模式進行時間多工，以在交替的第一時間間隔和第二時間間隔中提供2D和多視像模式（例如，在圖2A和圖2B之間交替顯示）。因此，時間多工多模式顯示器100也可以稱為「時間多工可切換模式」顯示器。
如圖所示，時間多工多模式顯示器100配置為提供或發射光，以作為發射光102。根據各個示例和實施例，發射光102可用於照明並使用時間多工多模式顯示器100以提供影像。例如，發射光102可以用於照明時間多工多模式顯示器100的光閥陣列（例如，下文所述的光閥106）。此外，在一些實施例中，時間多工多模式顯示器100可以配置為在連續時間間隔內或期間，使用發射光102在二維（2D）影像和多視像影像的顯示之間交替顯示。此外，如下文進一步描述的，根據連續時間間隔中的時間多工或時間交錯，可以向2D影像和多視像影像提供包含2D和多視像內容或資訊的合成影像。
具體來說，根據時間多工多模式顯示器100的兩種操作模式，發射光102可以根據時間多工具有或表現出不同的特性。亦即，根據兩種不同模式，由時間多工多模式顯示器100發射以作為發射光102的光，可以包括方向性或基本上非方向性的光。舉例而言，如下文更詳細地所描述的，如圖2A所示，在2D模式下，時間多工多模式顯示器100配置以提供發射光102以作為廣角發射光102’。或者，在圖2B所示的多視像模式下，時間多工多模式顯示器100配置以提供發射光102以作為方向性發射光102”。
根據各個實施例，在多視像模式期間提供的方向性發射光102”包括具有互相不同的主要角度方向的複數個方向性光束。此外，方向性發射光102”的方向性光束具有與多視像影像的不同視像方向相對應的方向。相反地，根據各個實施例，廣角發射光102’在大體上為非方向性的，並且其錐角通常大於與時間多工多模式顯示器100相關聯的多視像影像或多視像顯示器的視像的錐角。在時間多工多模式顯示器100的操作期間，可以在第一時間間隔中啟動2D模式並且可以在第二時間間隔中啟動多視像模式。此外，在各個實施例中，第一時間間隔和第二時間間隔根據時間多工依序地互相交錯。
為了便於說明，在圖2A中在第一時間間隔期間將虛線所示的廣角發射光102’表示為虛線箭頭。然而，表示廣角發射光102’的虛線箭頭並非意圖暗示發射光102具有特定的方向，反之，其僅代表了光的射出與傳輸，例如，從時間多工多模式顯示器100。類似地，圖2B和圖2C將在第二時間間隔期間的方向性發射光102”的方向性光束顯示為複數個發散箭頭。如上所述，在多視像模式期間發射的方向性發射光102”的方向性光束的不同主要角度方向對應於時間多工多模式顯示器100的多視像影像或等效地多視像模式的相應視像方向。此外，在各個實施例中，方向性光束可以是或表示光場。在一些實施例中，可以調變廣角發射光102’、方向性發射光102”和發射光102的方向性光束，以促使顯示具有2D內容和多視像或3D影像內容其中之一或之二的資訊（例如，如下所述，使用光閥106）。
如圖2A至圖2C所示，時間多工多模式顯示器100包括廣角背光件110。所示的廣角背光件110具有平面的或基本平面的發光表面110’，其配置以在2D模式期間提供廣角發射光102’（例如，參見圖2A）。根據各個實施例，廣角背光件110可以基本上是具有配置為提供光以照亮顯示器的光閥陣列的發光表面110’的任何背光件。舉例而言，廣角背光件110可以是直接發射光或直接照明的平面背光板。直接發射光或直接照明的平面背光件，包含但不限於，背光面板採用冷陰極螢光燈（cold-cathode fluorescent lamps，CCFLs）、霓虹燈或發光二極體（ight emitting diodes，LEDs）的平面陣列，其配置以直接照射平面的發光表面110’並提供廣角發射光102’。電致發光面板（ELP）是直接發射光的平面背光件的另一個非限制性示例。在其他示例中，廣角背光件110可以包括採用間接光源的背光件。這種間接照明的背光件可以包含，但不限於各種形式的邊緣耦合的背光件或所謂的「側光式（edge-lit）」背光件。
圖3是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的廣角背光件110的剖面圖。如圖3所示，廣角背光件110是側光式背光件，並且其包括耦合到廣角背光件110的邊緣的光源112。邊緣耦合的光源112配置為在廣角背光件110內產生光。此外，如作為示例而非限制的方式所示，廣角背光件110包括具有基本上為矩形剖面的引導結構114（或導光體），其具有平行的相對表面（即，矩形引導結構）以及複數個提取特徵114a。作為示例而非限制，圖3所示的廣角背光件110在廣角背光件110的引導結構114的表面（亦即，頂部表面）處包括提取特徵114a。根據各個實施例，來自耦合到邊緣的光源112並且在矩形引導結構114內引導的光，可以被提取特徵114a從引導結構114重新定向、從引導結構114散射出或者提取出以提供廣角發射光102’。藉由啟動或開啟耦合到邊緣的光源112以啟動廣角背光件110。
在一些實施例中，廣角背光件110，無論是直接發光式還是側光式（例如，如圖3所示），可以進一步包括一個以上的額外層或額外膜，其包含但不限於漫射器或漫射層、亮度增強膜（BEF）、和偏振回收膜或偏振回收膜層。舉例而言，與僅由提取特徵114a提供廣角發射光102’相比，漫射器可以配置以使廣角發射光102’的發射角增大。在一些示例中，亮度增強膜可用於增加廣角發射光102’的整體亮度。舉例而言，亮度增強膜（Brightness enhancement films，BEF）可以從明尼蘇達州聖保羅市的3M光學系統部門（3M Optical Systems Division）的Vikuiti™BEF II獲得，其為微複製增強膜，其利用稜鏡結構以提供高達60％的亮度增益。偏振回收層可以配置為選擇性地通過第一偏振，但使第二偏振反射回矩形引導結構114。例如，偏振回收層可包括反射偏振膜或雙亮度增強膜（dual brightness enhancement film, DBEF）。DBEF膜的示例包含但不限於3M Vikuiti™雙亮度增強膜，其可從明尼蘇達州聖保羅的3M光學系統部獲得。在另一個示例中，可以採用高度偏振轉換膜（advanced polarization conversion film, APCF）或亮度增強膜和APCF膜的組合作為偏振回收層。
圖3顯示廣角背光件110，其進一步包括與引導結構114和廣角背光件110的平面的發光表面110’相鄰的漫射器116。此外，圖3中所示的是亮度增強膜117和偏振回收層118，兩者也與平面的發光表面110’相鄰。舉例來說，如圖3所示，在一些實施例中，廣角背光件110進一步包括鄰近引導結構114的表面的反射層119，其與平面的發光表面110’相對（亦即，在後表面上）。反射層119可以包括任何種類的反射膜，其包含但不限於反射金屬層或增強鏡面反射（ESR）膜。ESR膜的示例包括但不限於Vikuiti™增強鏡面反射膜，其可以從明尼蘇達州聖保羅的3M光學系統部獲得。
再次參考圖2A至圖2C所示，時間多工多模式顯示器100進一步包括多視像背光件120。如圖所示，多視像背光件120包括多光束元件124的陣列。根據各個實施例，多光束元件124的陣列中的多光束元件124在多視像背光件120上互相隔開。例如，在一些實施例中，多光束元件124可以排列成一維（1D）陣列。在其他實施例中，多光束元件124可以排列成二維（2D）陣列。此外，多視像背光件120中可以使用不同類型的多光束元件124，其包含但不限於主動發射器和各種散射元件。根據各個實施例，多光束元件124的陣列之中每一個多光束元件124配置為在多視像模式期間提供複數個方向性光束，其具有與多視像影像的不同視像方向相對應的方向。具體來說，根據各個實施例，複數個方向性光束中的方向性光束包括在多視像模式期間提供的方向性發射光102”。
在一些實施例中（例如，如圖所示），多視像背光件120進一步包括導光體122，其配置為將光引導為引導光104。在一些實施例中，導光體122可以為平板導光體。根據各個實施例，導光體122配置為根據全內反射沿著導光體122的長度方向引導引導光104。在圖2B中由粗箭頭顯示引導光104在導光體122內的總體傳播方向103。在一些實施例中，如圖2B所示，引導光104可以以非零值傳播角度引導在傳播方向103上，並且可以包括根據預定準直因子
Figure 02_image001
所準直的準直光。
在各個實施例中，導光體122可以包含配置為光波導的介電材料。介電材料具有第一折射係數，環繞介電材料的光波導的介質具有第二折射係數，其中，第一折射係數大於第二折射係數。例如，根據導光體122的一個以上引導模式，折射係數差配置以增強引導光104的全內反射。在一些實施例中，導光體122可以是厚平板或平板光波導，其包含延伸的、基本上平坦的光學透明介電材料片。根據各個示例，導光體122中的光學透明材料可包含任何種類的介電材料，其可包含但不限於，各種玻璃（例如，石英玻璃（silica glass）、鹼性鋁矽酸鹽玻璃（alkali-aluminosilicate glass）、硼矽酸鹽玻璃（borosilicate glass）等）以及基本上光學透明的塑膠或聚合物（例如，聚（甲基丙烯酸甲酯）（poly（methyl methacrylate））或「丙烯酸玻璃（acrylic glass）」、聚碳酸酯（polycarbonate）等）其中一種以上。在一些示例中，導光體122可以進一步包含包覆層（未顯示），其位於導光體122的表面的至少一部分上（例如，頂部表面和底部表面其中之一或之二）。根據一些示例，包覆層可以用於進一步增強全內反射。
如圖2B所示，在包含導光體122的實施例中，多光束元件陣列之中每一個多光束元件124可以配置為從導光體122內散射出引導光104的一部分，並且將散射出的該部分引導遠離導光體122的第一表面122’或等效地遠離多視像背光件120的第一表面，以提供方向性發射光102”。舉例而言，引導光的一部分可以由多光束元件124通過第一表面122’ 散射出。此外，根據各個實施例，如圖2A至圖2C所示，多視像背光件120的與第一表面相對的第二表面可以與廣角背光件110的平面發光表面110’相鄰。
應注意的是，如上文所述，如圖2B所示，方向性發射光102”的複數個方向性光束，是或表示具有不同主要角度方向的複數個方向性光束。亦即，根據各個實施例，方向性光束具有與方向性發射光102”中的其他方向性光束不同的主要角度方向。此外，多視像背光件120可以是基本上透明的，以允許來自廣角背光件110的廣角發射光102’穿過或透射過多視像背光件120的厚度，如圖2A中虛線箭頭所示，其始於廣角背光件110然後穿過多視像背光件120。換句話說，由廣角背光件110提供的廣角發射光102’被配置為在2D模式期間透射過多視像背光件120，例如，藉由多視像背光件的透明性。
舉例而言，導光體122和間隔開的複數個多光束元件124可允許光穿過第一表面122’和第二表面122”兩者並且通過導光體122。由於多光束元件124的相對小的尺寸和多光束元件124的相對大的元件間的間隔，使得透明度可以增強，至少增強一部份的透明度。此外，特別是當多光束元件124包括如下文所述的繞射光柵時，在一些實施例中，多光束元件124對於與導光體122的第一表面122’、第二表面122”正交傳播的光也可以是基本上透明的。因此，舉例而言，根據各個實施例，來自廣角背光件110的光可以在正交方向上穿過具有多視像背光件120的多光束元件陣列的導光體122。
在一些實施例中（例如，如圖2A至2C所示），多視像背光件120可以進一步包括光源126。因此，舉例而言，多視像背光件120可以是側光式背光件。根據各個實施例，光源126配置以提供在導光體122內被引導的光。具體來說，光源126可以位在相鄰於導光體122的入口表面或入口端（輸入端）。在各個實施例中，光源126可以包括基本上任何光源（例如光學發射器），其包含但不限於，一個以上的發光二極體（light emitting diodes, LEDs）或者雷射（例如雷射二極體）。在一些實施例中，光源126可以包括光學發射器，其配置以產生代表特定顏色之具有窄頻光譜的基本上為單色的光。具體來說，該單色光的顏色可為特定顏色空間或特定顏色模型的原色（例如，紅-綠-藍（red-green-blue, RGB）顏色模型）。在其他示例中，光源126可以是基本上寬頻帶的光源，其配置以提供基本上寬頻帶或多色的光。舉例而言，光源126可以提供白光。在一些實施例中，光源126可以包括複數個不同的光學發射器，其配置以提供不同光色。不同光學發射器可以配置以提供具有引導光的不同的、顏色特定的、非零值傳播角度的光，其對應於每個不同光色。如圖2B所示，多視像背光件120的啟動可以包括啟動光源126。
在一些實施例中，光源126可進一步包括準直器（圖中未顯示）。準直器可以配置以接收來自光源126的一個以上的光學發射器的大致非準直光。準直器進一步配置為將大致非準直光轉換為準直光。具體來說，根據一些實施例，準直器可提供具有非零值傳播角度並且依據預定準直因子以準直的準直光。此外，當採用不同顏的色光學發射器時，準直器可以配置以提供準直光，其具有不同的、顏色特定的非零值傳播角度以及不同顏色特定的準直因子其中之一或之二。如上文所述，準直器進一步配置以將準直光傳送到導光體122，以將其傳播為引導光104。
如圖2A至圖2B所示，時間多工多模式顯示器100進一步包括模式控制器130。模式控制器130配置以藉由依序地在第一時間間隔期間啟動廣角背光件110並且在第二時間間隔期間啟動多視像背光件120以使2D模式和多視像模式時間多工。具體來說，根據一些實施例，模式控制器130可以配置為藉由依序地啟動廣角背光件110的光源112以在2D模式期間提供廣角發射光102’以及多視像背光件120的光源126以在多視像模式期間提供方向性發射光102”，以使模式控制器130在2D模式和多視像模式之間切換。圖2A中的光源112的交叉影線顯示在第一時間間隔期間啟動光源112。圖2B中的光源126的交叉影線顯示在第二時間間隔期間啟動光源126。
在一些實施例中，模式控制器130可以配置為以一個以上的預定頻率在2D模式和多視像模式之間切換或使其時間多工，例如，以選擇的頻率經由光閥106的陣列同時有效地顯示兩種模式的影像以顯示給觀看者。舉例來說，光閥106的陣列可以是以120Hz運作的LCD面板，並且模式控制器130可以以60Hz在2D模式和多視像模式之間切換（亦即，藉由以大約60Hz的頻率依序地啟動廣角背光件110的光源112和多視像背光件120的光源126），以提供時間多工。在另一個示例中，LCD面板或光閥陣列可以由240Hz操作，並且2D模式和多視像模式可以由模式控制器130以120Hz進行時間多工。根據一些實施例，2D模式和多視像模式可以由模式控制器130以與最高切換速度或頻率相對應的最大速率進行時間多工，在最高切換速度或頻率下，光閥陣列既能夠運作同時能夠向觀看者提供影像 ，亦即，取決於顯示器的類型和技術。在特定實施例中，2D模式和多視像模式的時間多工提供了在時間多工多模式顯示器上相互疊加的2D影像和多視像影像，以提供合成影像。如果2D模式和多視像模式的每種模式的切換率或啟動率皆至少超過使用顯示器的觀看者的視覺暫留，2D影像和多視像影像之中每一個影像在使用者看來皆是不斷出現，並且在合成影像中沒有明顯的閃爍。每一個2D模式和多視像模式的切換率至少約為60 Hz，以提供此視覺暫留的目標值（亦即，在每種模式中約為1毫秒或小於1毫秒）。根據各個實施例，模式控制器130可以實現為包含電路（例如ASIC）的硬體和包含軟體或韌體的模組其中之一或之二，其藉由處理器或類似電路執行以實現模式控制器130的各種操作特性。
此外，如上所述，根據各個實施例，多視像背光件120包括多光束元件124的陣列。根據一些實施例（例如，如圖2A至圖2C所示），多光束元件124的陣列中的多光束元件124可以位於導光體122的第一表面122’處（例如，與多視像背光件120的第一表面相鄰）。在其他實施例（圖中未顯示）中，多光束元件124可以位於導光體122內。在其他實施例（圖中未顯示）中，多光束元件124可以位在導光體122的第二表面122”處或第二表面上（例如，鄰近多視像背光件120的第二表面）。此外，多光束元件124的尺寸與配置為顯示多視像影像的多視像顯示器的光閥的尺寸相當。亦即，例如，多光束元件尺寸與時間多工多模式顯示器100中的光閥陣列的光閥尺寸相當。
如圖2A-2C所示，作為示例而非限制，時間多工多模式顯示器100進一步包括光閥106的陣列（例如，多視像顯示器的光閥）。在各個實施例中，可用任何種類的光閥作為光閥陣列中的光閥106，其包含但不限於，液晶光閥、電泳光閥、及基於電潤濕的複數光閥其中的一種以上。此外，如圖所示，對於多光束元件124的陣列之中每一個多光束元件124，可以存在唯一一組（或稱集合）光閥106。舉例而言，該唯一一組光閥106可以對應於時間多工多模式顯示器100的多視像像素106’。
在本發明中，「尺寸」可以由任何方式定義，其包含但不限於長度、寬度、或面積。舉例而言，光閥的尺寸可以是其長度，並且多光束元件124的相當尺寸也可以是多光束元件124的長度。在另一示例中，尺寸可以稱為一區域，使得多光束元件124的面積可以與光閥的面積相當。在一些實施例中，多光束元件124的尺寸可以與光閥的尺寸相當，並且多光束元件的尺寸介於光閥的尺寸的百分之二十五（25%）至百分之兩百（200%）之間。舉例而言，如果多光束元件尺寸標示為「s」並且光閥尺寸標示為「S」（如圖2B所示），那麼多光束元件尺寸s可以方程式（1）給定，方程式（1）如下：
Figure 02_image003
(1)
在其他示例中，多光束元件尺寸大於光閥尺寸的約百分之五十（50%）、或大於光閥尺寸的約百分之六十（60%）、或光閥尺寸的約百分之七十（70%）、或大於光閥尺寸的約百分之八十（80%）、或大於光閥尺寸的約百分之九十（90%），並且多光束元件尺寸小於光閥尺寸的約百分之一百八十（180%）、或小於光閥尺寸的約百分之一百六十（160%）、或小於光閥尺寸的約百分之一百四十（140%）、或小於光閥尺寸的約百分之一百二十（120%）。舉例而言，藉由「相當尺寸」，多光束元件的尺寸可以介於光閥尺寸的大約百分之七十五（75％）到百分之一百五十（150％）之間。在另一示例中，多光束元件124可以與光閥尺寸相當，其中，多光束元件尺寸在光閥尺寸的約百分之一百二十五（125%）至百分之八十五（85%）之間。根據一些實施例，可以選擇多光束元件124和光閥的相當尺寸以減少多視像顯示器的視像之間的暗區（或在一些示例中將其最小化），並且同時減少多視像影像的視像或等效的多視像影像之間的重疊（或在一些示例中將其最小化）。
應注意，如圖2B所示，多光束元件124的尺寸（例如，寬度）可以對應於光閥106的陣列中的光閥106的尺寸（例如，寬度）。在其他示例中，多光束元件尺寸可以定義為光閥106的陣列中的光閥106之間的距離（例如，中心至中心的距離）。例如，光閥106可以小於光閥106的陣列中的光閥106之間的中心至中心的距離。此外，多光束元件陣列中的相鄰多光束元件之間的間隔可以與多視像顯示器的相鄰多視像像素之間的間隔相對應。舉例而言，相鄰的一對多光束元件124之間的發射器間距離（例如，中心至中心的距離）可等於相對應的相鄰的一對多視像像素之間的像素間距離（例如，中心至中心的距離），例如，由光閥106的陣列中的光閥集合表示。因此，舉例而言，多光束元件的尺寸可以定義為光閥106本身的尺寸或與光閥106之間的中心至中心的距離相對應的尺寸。
在一些實施例中，複數個多視像元件124和對應的多視像像素之間的關係（例如，光閥106的集合）可以是一對一的關係。亦即，可以存在相同數量的多視像像素和多光束元件124。圖2B與圖2C明確顯示一對一的關係以作為示例，其中每一個多視像像素106’包括光閥106的不同集合。在其他實施例中（圖中未顯示），多視像像素106’與多光束元件124的數量可以彼此不同。
在一些實施例中，複數個相鄰多光束元件124中的一對多光束元件124之間的元件間距離（例如，中心至中心的距離）可等於對應之複數個相鄰多視像像素106’中的一對多視像像素106’之間的像素間距離（例如，中心至中心的距離），例如，由複數個光閥集合表示。在另一實施例中（圖中未顯示），該對多光束元件124及對應光閥集合的中心至中心的相對距離可不同，例如，多光束元件124可具有大於或小於表示多視像像素106’的複數個光閥集合之間的間距（例如，中心至中心的距離）的元件間間隔（亦即，中心至中心的距離）。此外（例如，如圖2B所示），根據一些實施例，每一個多光束元件124可以配置以將方向性發射光102”提供至一個且只有一個多視像像素106’。具體來說，對於給定的多光束元件124而言，具有與多視像顯示器的不同視像對應的不同主要角度方向的方向性發射光102”，其基本上限於單個對應的多視像像素106’與其光閥106，也就是，對應於多光束元件124的光閥106的一個集合，如圖2B所示。因此，廣角背光件110的每一個多光束元件124提供方向性發射光102”的對應的複數個方向性光束，其具有與多視像影像的不同視像相對應的不同的主要角度方向集合（亦即，方向性光束集合包含具有與每個不同觀看方向相對應的方向的光束）。
根據各個實施例，多視像背光件120的多光束元件124可以包括配置以散射出引導光104的一部分的複數個不同結構中的任何一種。舉例而言，不同的結構可以包含但不限於繞射光柵、微反射元件、微折射元件或其各種組合。在一些實施例中，包括繞射光柵的多光束元件124配置以繞射地耦合出或繞射地散射出引導光的一部分，以作為包含具有不同主要角度方向的複數個方向性光束的方向性發射光102”。在一些實施例中，多光束元件的繞射光柵可以包括複數個單獨的子光柵。在其他實施例中，多光束元件124包含微反射元件，其配置為將引導光的一部分反射性耦合出或散射出以作為複數條方向性光束，或者多光束元件124包含微折射元件，其配置為藉由或使用折射將引導光的一部分耦合出或散射出以作為複數條方向性光束（亦即，折射性散射出引導光的一部分）。
根據本發明所述原理的其他實施例，本發明提供了一種操作時間多工多模式顯示器的方法。具體來說，操作時間多工多模式顯示器的方法可以具有至少兩個模式，亦即時間多工或時間交錯的2D模式和多視像模式。根據各個實施例，2D模式可以顯示二維（2D）影像，而多視像模式可以顯示三維（3D）或多視像影像。時間多工將2D影像和3D或多視像影像合併為具有2D和多視像內容或資訊的合成影像。
圖4是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的操作時間多工多模式顯示器的方法300的流程圖。如圖4所示，操作時間多工多模式顯示器的方法包括在2D模式期間使用廣角背光件提供廣角發射光的步驟310。在一些實施例中，如上文所述，廣角背光件可以基本上類似於時間多工多模式顯示器100的廣角背光件110。此外，根據一些實施例，2D模式和發射廣角光可以基本上類似於上文關於時間多工多模式顯示器和顯示器所述的2D模式（例如，在圖2A至2C中）和廣角發射光102’。
操作時間多工多模式顯示器的方法300進一步包括使用具有互相隔開的多光束元件陣列的多視像背光件，以在多視像模式期間提供複數個方向性發射光的步驟320。根據各個實施例，方向性發射光包括由多光束元件陣列中的每一個多光束元件提供的複數個方向性光束。根據各個實施例，複數個方向性光束中的方向性光束的方向對應於多視像影像的不同視像方向。在一些實施例中，多視像背光件可以基本上與上述的多視像背光件120相似。類似地，根據一些實施例，多視像模式可以基本上類似於上文關於圖2A至圖2C所述的時間多工多模式顯示器100的多視像模式。在一些實施例中，多視像背光件可以位於廣角背光件的發射表面附近，並且在2D模式時對廣角發射光透明。
圖4所示的操作時間多工多模式顯示器的方法300進一步包括使用模式控制器對2D模式和多視像模式進行時間多工的步驟330，以依序地啟動在與2D模式相對應的第一連續時間間隔期間的廣角背光件以及在與多視像模式相對應的第二連續時間間隔期間的多視像背光件。在一些實施例中，如上文所述，模式控制器可以基本上類似上述模式控制器130。具體來說，模式控制器可以實現為包含電路的硬體（例如，ASIC）和包含軟體或韌體的模組其中之一或之二，其由處理器或類似的電路以執行模式控制器的動作。
根據一些實施例，操作時間多工多模式顯示器的方法300進一步包括使用光閥陣列調變廣角發射光以在2D模式期間提供2D影像的步驟，以及使用光閥陣列調變複數個方向性光束以在多視像模式期間提供多視像影像的步驟。在部分實施例中，使2D模式和多視像模式時間多工可以將2D影像和多視像影像疊加以提供包含2D內容和多視像內容兩者的合成影像。在一些實施例中，光閥陣列可以基本上類似於上文關於時間多工多模式顯示器100所描述的光閥106的陣列。
實施例針對操作時間多工多模式顯示器的系統和方法，例如圖2A至圖2C的時間多工多模式顯示器100。時間多工多模式顯示器可以由提高在顯示器成像的多視像影像品質的方式操作。可以根據本發明所提出的實施例以處理多視像影像，以輸出觀看者所感知的合成多視像影像。合成多視像影像可以比多視像影像的成像有更優秀的視覺品質。時間多工多模式顯示器可以藉由識別與時間多工多模式顯示器的零視差平面相對應的多視像影像中的像素以操作。例如，視差圖可以包含視差資訊，其指示多視像影像成像時的零視差平面（ZDP）的位置。
在一些實施例中，時間多工多模式顯示器操作為從基於零視差的預定視差閾值的視差圖而生成影像遮罩。例如，影像遮罩（例如位元圖遮罩）可以格式化，以使影像遮罩中的每個像素都是二進位值，以用於遮住或取消遮住輸入影像的相應像素。影像遮罩可以從視差圖生成，其中，視差圖包含在視差圖的每個像素的位置處的視差值。視差值可以藉由應用零視差的預定視差閾值轉換為二進制值。零視差的預定視差閾值可以是視差值的特定範圍。
時間多工多模式顯示器可以操作為在時間多工多模式顯示器的二維（2D）模式期間，使用時間多工多模式顯示器顯示零視差平面影像。例如，可以選擇時間多工多模式顯示器的2D模式。這可以涉及啟動用於2D模式的背光件以允許在2D模式期間顯示ZDP影像。
時間多工多模式顯示器可以操作為在時間多工多模式顯示器的多視像模式期間，在時間多工多模式顯示器顯示多視像影像的成像視像影像集合（set of rendered view images）。多視像影像的成像視像影像集合可以是源自多視像影像的視像影像。可以選擇時間多工多模式顯示器的2D模式。這可能涉及啟動用於多視像模式的背光件以允許在多視像模式期間顯示視像影像。時間多工多模式顯示器配置為在2D模式和多視像模式之間切換以在時間多工多模式顯示器上依序顯示零視差平面影像和成像視像影像集合以作為合成影像。
在一些實施例中，成像視像影像集合在成像以供顯示之前進行處理。此處理可以涉及降取樣（down-sampled）的步驟，以使成像視像影像集合降取樣到時間多工多模式顯示器的多視像解析度。另外，零視差平面影像可以具有降取樣之前的視像影像集合的解析度。例如，在增強多視像影像之前，多視像影像可以具有相對較高的解析度。時間多工多模式顯示器的多視像模式可以配置為顯示多視像影像的視像，其中，每個視像的解析度都較原始多視像影像低。因此，在此實施例中，每個視像影像可以為了適應顯示器而降取樣。對影像進行降取樣的步驟可以包括藉由選擇像素子集合以降低影像的解析度或者將相鄰像素混合在一起以降低影像的解析度。可以從多視像影像生成ZDP影像，使ZDP影像不會降取樣以保留原始的高解析度。
在一些實施例中，成像視像影像藉由從多視像影像中刪除所識別的像素而生成以提供亮度曲線，其與零視差平面影像的影像內容以及合成影像內的成像視像影像集合匹配。例如，用於生成ZDP影像的影像遮罩的反轉可以適用於多視像影像以生成成像視像影像。藉由從多視像影像中刪除這些像素，時間多工多模式顯示器不會在多視像模式期間顯示這些像素。另外，ZDP影像在2D模式期間顯示這些像素。最終的合成多視像影像看起來具有視覺上有吸引力的亮度，因此，影像內容不會在2D模式和多視像模式期間顯示，而僅在2D模式期間會顯示影像內容。
時間多工多模式顯示器可以操作為將羽化遮罩（feather mask）應用於零視差平面影像和多視像影像的視像影像其中之一或之二。羽化遮罩可以使邊緣光滑並去除銳度，以將影像遮罩應用於多視像影像的零視差平面影像和視像影像其中之一或之二。
在一些實施例中，時間多工多模式顯示器操作為在2D模式期間使用廣角背光件提供廣角發射光。另外，多視像顯示系統可以配置為使用具有多光束元件陣列的多視像背光件在多視像模式期間提供方向性發射光，該方向性發射光包括由多光束元件陣列中的每一個多光束元件提供的複數個方向性光束。多視像顯示系統可以配置為使用模式控制器對2D模式和多視像模式進行時間多工，以依序地啟動在與2D模式相對應的第一連續時間間隔期間的廣角背光件以及在與多視像模式相對應的第二連續時間間隔期間的多視像背光件。複數個方向性光束中的方向性光束的方向可以對應成像視像影像集合的不同視像方向。
多視像模式可以使用多視像背光件取代廣角背光件。多視像背光件可以具有多光束元件的陣列，其將光散射為具有互相不同的主要角度方向的複數個方向性光束。例如，如果時間多工多模式顯示器在多視像模式下運行以顯示具有四個視像的多視像影像，則多視像背光件可以將光散射為四個方向光束，每個方向性光束對應不同的視像。模式控制器可以在2D模式和多視像模式之間依序切換，以使用多視像背光件在第一連續時間間隔期間顯示多視像影像以及使用廣角背光件在第二連續時間間隔期間顯示2D影像。
在一些實施例中，多視像顯示系統配置為在導光體中引導光以作為引導光。在一些實施例中，根據預定的準直因子對導光體內的引導光進行準直。
在一些實施例中，多視像顯示系統配置為使用多光束元件陣列中的多光束元件將引導光的一部分散射為方向性發射光，多光束元件陣列之中每一個多光束元件包括繞射光柵、微折射元件和微反射元件其中一個或多個。在一些實施例中，多光束元件的繞射光柵可以包括複數個單獨的子光柵。在一些實施例中，微反射元件配置為反射性耦合或散射出引導光的一部分以作為複數個方向性光束。微反射元件可以具有反射塗層以控制引導光的散射方向。在一些實施例中，多光束元件包括微折射元件，微折射元件配置以藉由或使用折射以耦合出或散射出引導光的一部分（亦即，折射性散射出引導光的一部分）以作為複數個方向性光束。
另外，時間多工多模式顯示器的操作在2D模式期間使用廣角背光件提供廣角發射光以及並且在多視像模式期間使用具有多光束元件陣列的多視像背光件提供方向性發射光，方向性發射光包括由多光束元件陣列中的每一個多光束元件提供的複數個方向性光束。操作時間多工多模式顯示器涉及使用模式控制器對2D模式和多視像模式進行時間多工，以依序地啟動在與2D模式相對應的第一連續時間間隔期間的廣角背光件以及在與多視像模式相對應的第二連續時間間隔期間的多視像背光件，其中，複數個方向性光束中的方向性光束的方向對應於多視像影像的不同視像方向。
圖5是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中擷取要格式化為多視像影像的影像的示意圖。可以藉由攝影機403擷取一個以上的影像、擷取電腦產生的資訊或其組合以生成多視像影像。攝影機403可以是隔開特定距離的複數個攝影機以擷取場景的複數個視像的系統。或者，攝影機403可以是單點攝影機，其一次從一個立體圖擷取一場景，例如，複數個虛擬攝影機。圖5的示例所示的場景包括第一物體406（在此示例也稱為人）、第二物體409（在此示例也稱為貓）、第三物體412（在此示例也稱為樹）。在此示例中，人可以是重要物體或主要物體。貓是位在人前的第二物體，而樹是位於人和貓後方的背景的一部分。
相對於攝影機403，每個第一物體406、第二物體409、第三物體412可以分別對應特定深度d1、d2和d3。例如，貓的深度d1最短，樹的深度d3最深，人的深度d2介於貓和樹之間。每個第一物體406、第二物體409、第三物體412的深度d1-d3從攝影機的立體圖產生不同視像之間的視差。為了進一步說明，假設攝影機403由間隔開特定距離的兩個攝影機所組成。這允許攝影機403提供立體影像。每個影像具有第一物體406、第二物體409、第三物體412的場景的稍微不同的視像以產生視差。當使用者以一影像引導到一眼、另一影像引導到另一眼的方式觀看攝影機擷取到的影像時，此視差可以讓使用者有深度感。其他物體之間的視差隨深度相對於攝影機403變化而變化。因此，視差量取決於相對於攝影機403的深度而變化。視差與深度成反比。
實施例針對改善多視像影像421顯示時的影像品質。多視像顯示器可以同時顯示複數個視像，但解析度可能低於2D顯示器。實施例針對多模式顯示器的使用，其配置為使用2D模式和多視像模式兩者以顯示影像。根據實施例，多視像影像可以分割成影像（例如視像影像）的集合和第二影像，其中影像集合配置為經由多視像模式表示，而第二影像則經由2D模式表示。影像分割處理可以使用與每個視像相關聯的視差資訊。在2D模式期間，具有零（零或接近零）視差的視像影像像素會顯示在顯示器上。在多視像影像的所有視像，具有零視差的影像的那些像素可被感知為相同或基本上相同。例如，位於與多模式顯示器的零視差平面（ZDP）相對應的距離處的人，可以具有與在2D模式期間在顯示器上成像的人相對應的像素。在多視像模式期間，具有非零視差的視像部分表示在顯示器上。其餘圖示顯示使用視差資料進行的影像分割處理。
圖6是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像影像的任意視像影像424的視差圖427的一部分。可以為多視像影像的至少一個視像產生視差圖427。視差圖427將每個像素（或者可能是像素群）與對應的視差值相關聯。視差值根據相對於多視像影像的視像中的共同點的距離以量化。例如，，對於第一視像具有很大視差值的像素意味著，相對於第二視像中的相應像素，該像素和相應的像素從特定的視角呈現給觀看者的位置存在很大的差異。
本發明中，「視差圖」定義為指示多視像影像的至少兩個視像之間的像素視覺差異的資訊。在這方面，視差圖藉由指定應在多視像顯示器上成像像素的位置以控制成像像素的視差。當視差為零（例如等於零或大約零）時，表示觀看者看起來物體的像素在同樣位置。當在多視像顯示器上成像時，觀看者看起來具有零視差的像素是位於螢幕顯示器上，而具有非零視差的像素則出現在顯示器螢幕的前面或後面。圖6的視差圖427包括用於多視像影像的視像影像424的一部分的視差值。具體地，在此示例中，圖6所示的部分包含出現在不同深度的人、貓和樹的一部分，以作為示例而非限制。
多視像影像的視差圖427控制多視像影像的哪些像素在多視像影像成像顯示時會落在ZDP上。這些像素相對於ZDP的位置在視差圖中編碼為代表零視差的視差值。視差圖427可以修改以考慮到多視像影像相對於ZDP移動。例如，如果使用者希望更改顯示的多視像影像相對於ZDP的位置，可以更新視差圖427以反應新的位置。這可以涉及而對應ZDP位置更改的方式以縮放視差值。
視差圖427的部分顯示表示第一物體406（例如人）的像素、表示第二物體409（例如貓）的像素以及表示第三物體412（例如樹）的像素。視差圖427中的每個像素值表示多視像影像的視像影像424的對應像素的視差。例如，視像影像424中的像素集合可以表示人的一部分。此視像影像424的視差圖427具有與人的一部分對應的像素集合，其等於-2到3之間的視差值。視像影像424中的像素集合可以表示貓的一部分。此視像影像424的視差圖427具有與貓的一部分對應的像素集合，其等於90到93之間的視差值。視像影像424中的像素集合可以表示樹的一部分。此視像影像424的視差圖427具有與人的部分對應的像素集合，其等於-46到-49之間的視差值。因此，圖6顯示以垂直線加深的第一物體406（人）的視差值、以斜線加深的第二物體409（貓）的視差值、以及以水平線加深的第三物體412（樹）的視差值。因此，可以在視差圖427中對每個像素在根據每個像素記錄視差值。
當多視像影像成像在顯示器上時，等於零或大約零的視差值表示視像影像424中落在ZDP上的像素，例如，上述時間多工多模式顯示器100的多視像顯示器或在多視像模式期間。因此，視差圖427顯示第一物體406如何落入顯示器的ZDP中。例如，可以將與ZDP對應的像素定義為視差值在大約負十（-10）和大約十（10）之間的像素。或者，可以將與ZDP對應的像素定義為像素的視差值為零（0）、在大約負一（-1）到大約一（1）的範圍內、在大約負五（-5）到大約五（5）的範圍內或者基本上在預定閾值零（0）內的任何其他範圍。因此，具有零視差或對應於ZDP的像素（例如，包括第一物體406的像素）在多視像影像的不同視像之間幾乎沒有視差。包含深度上在ZDP前的物體的像素可以具有正視差值，以及深度上在ZDP後的物體的像素可以具有負視差值。因此，視差圖427包括ZDP資料，其指定當多視像影像呈現在多視像顯示器上時指定像素如何相對ZDP成像。
深度圖類似於視差圖。深度圖將深度與相應的像素相關聯，其中，深度是相對於複數個視像的共同立體圖的深度（例如，擷取多視像影像的虛擬攝影機的位置）。一些實施例可以針對使用深度圖以取代使用視差圖，因為可以根據視差推算深度，也可以根據深度推算視差。深度值可以根據方程式（2）轉換為視差值，方程式（2）如下：
Figure 02_image005
（2） 其中f是焦距，即透鏡與影像點之間的長度（例如觀察者或假想攝影機），並且其中b是基線，即視點之間的距離（例如，擷取立體影像的兩個鏡頭之間的距離）。此外，在方程式（3）中，D是視差並且d是深度。在上文的示例中，焦距是攝影機403和第一物體406的點（其表示影像的點）之間的距離。基線是兩個攝影機視像之間的距離（例如，右眼和左眼之間的距離）。焦距和基線可以是攝影機擷取多視像影像時確定的距離。焦距和基線可以由電腦生成，以響應使用電腦視覺處理以預測地或人工地生成不同的視像。
圖7是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的影像分割處理431的示意圖。圖7描繪一種操作時間多工多模式顯示器的方法。此外，圖7描繪分割多視像影像的方法。影像分割處理431可以應用於多視像影像421的每個視像影像424。在此方面，影像分割處理431將多視像影像421分離為零視差平面（ZDP）影像434（例如第一影像）和複數個成像視像影像437（例如第二影像）。ZDP影像434可以包括視像影像424的像素子集合，而每個成像視像影像437可以包括多視像影像421的其餘像素。ZDP影像434可以具有類似多視像影像421的高解析度。當在多視像模式下運行時，成像視像影像437可以降取樣到時間多工多模式顯示器的解析度。根據各個實施例，關於如何將多視像影像421分割成ZDP影像434和成像視像影像437，可以基於與視像影像424對應的視差圖427或深度圖以決定。在一些實施例中，例如，深度圖可以從視差圖427導出。
在一些實施例中，影像分割處理431可以藉由接收多視像影像421開始，多視像影像421包括複數個視像影像424和一個或多個視差圖427，視差圖427關聯由多視像影像421的不同視像影像424表示的不同視像之間的視差。
如前所述，可以藉由與場景中的物體（例如人、貓、樹等）相對應的像素集合以表示物體。組成物體的像素可以具有相對於共同視點的相似深度（例如，物體與擷取物體影像的假想攝影機之間的距離或相對位置）。視差可以量化為像素集合的每個像素的視差值，其中，視差值表示相對於至少另一個視像的對應像素的視差度。
視差圖427可以將視差值分配給多視像影像的視像的對應像素。視像影像424其中至少一個可以具有對應的視差圖427。然而，在其他示例中，一個以上視像影像424可以具有對應的視差圖427。視差圖427中的每個像素可以代表多視像影像421的視像影像424中的對應像素的視差值。例如，視差圖影像中的最左上像素可以具有表示第一視像影像的最左上像素的視差的像素值。此外，一些視像影像424可以藉由影像擷取處理生成，而其他視像影像424可以至少部分藉由使用電腦視覺技術人工預測、外推和/或內插視像以生成。在一些實施例中，由電腦視覺技術創建的視像影像424可能不會生成視差圖427。在一些實施例中，視差圖427儲存為多視像影像421的元資料。
接下來，影像分割處理431可以通過將零視差的預定視差閾值（例如代表零視差的視差值的範圍）應用於視差圖427，將多視像影像421的特定視像影像424分離為ZDP影像434（例如第一影像）和成像視像影像437（例如第二影像）。另外，可以以類似的方式產生其他的成像視像影像437。因此，影像分割處理431將多視像影像421分割為兩組不同的影像，即ZDP影像434和成像視像影像437。ZDP影像434可以藉由識別多視像影像421的視像影像424的部分來生成，該多視像影像421對應在零視差的預定視差閾值內的視差值。例如，零視差的預定視差閾值可以是近乎零或接近零的視差值的範圍，如以上範圍中所討論的。在一些實施例中，影像分割處理431可以生成遮罩，以識別與具有零視差或基本零視差的像素相對應的像素位置，如由零視差的預定視差閾值所定義。將視差為零或基本上為零的視像影像424的像素識別並提取，以形成零視差平面（ZDP）影像434。儘管ZDP影像434可以從多視像影像421的單個視像生成，但是ZDP影像434包括對應關於多視像影像421的所有視像的ZDP的像素。可以藉由識別多視像影像421的視像影像424的部分以產生成像視像影像437，其對應超出或超過視差閾值的視差值。這可以包括應用影像遮罩的反轉來識別成像視像影像437的其他非ZDP像素。
在一些實施例中，影像分割處理431可以包含從多視像影像的視差圖產生影像遮罩，影像遮罩指定對應多視像影像成像的零視差平面的像素位置。舉例來說，影像分割處理431可以確定ZDP資料（例如視差圖），其與多視像影像421的一個以上視像影像424相關聯。ZDP資料表示控制ZDP相對於多視像影像421顯示的位置。ZDP資料可以界定為以零視差值為中心的視差圖427中的視差值的範圍。也可以藉由確定特定深度範圍內的像素的像素位置，以基於深度圖確定ZDP資料。例如，ZDP資料可以記錄為ZDP影像遮罩（例如二進位遮罩），其中像素設置為第一二進位值（例如最大像素值）以表示在視差閾值內的像素的位置（亦即屬於ZDP影像434的像素），而影像遮罩的像素設置為第二二進位值（例如最小像素值），以表示不在視差閾值內的像素的位置（亦即不屬於ZDP影像434的像素）。影像分割處理431可以包括使用影像遮罩和多視像影像生成零視差平面影像。可以藉由使用ZDP影像遮罩根據像素是否將落在ZDP內以識別多視像影像421中的像素以產生ZDP影像434。此外，影像分割處理431可以涉及使用例如影像遮罩的反轉(inverse)以產生多視像影像的成像視像影像的集合。例如，可以藉由根據影像遮罩從多視像影像421去除像素以產生成像視像影像的集合。此外，可以使成像視像影像集合降取樣到時間多工多模式顯示器的多視像解析度。
在一些實施例中，影像分割處理431可以包括將羽化遮罩操作應用於ZDP影像434或成像視像影像437其中之一或之二。羽化遮罩操作是使影像邊緣平滑或模糊的影像處理操作。羽化遮罩操作可以涉及檢測影像的邊緣並應用像素級操作以混合或平均顏色值。
影像分割處理431可以包括在時間多工多模式顯示器的二維（2D）模式期間使用時間多工多模式顯示器顯示零視差平面影像434的步驟，以及在時間多工多模式顯示器的多視像模式期間在時間多工多模式顯示器上顯示多視像影像421的成像視像影像437的集合。例如，在分割特定視像影像424之後，影像分割處理431可以將ZDP影像434和成像視像影像437發送到多模式顯示器。例如，多模式顯示器可以包含二維（2D）模式和多視像模式。在此態樣，多模式顯示器可以是時間多工多模式顯示器，例如，如上文關於時間多工多模式顯示器100所述的，其可以由2D形式或多視像形式其中之一或之二以顯示影像。顯示器可以藉由以預定頻率在2D模式和多視像模式之間切換以時間多工。預定頻率可以至少與臨界融合頻率一樣快，臨界融合頻率為顯示器產生的間歇性光對觀看者來說看起來為完全穩定的頻率。這可能包含大於約60赫茲的頻率。
影像分割處理431可以在應用程式或作業系統的層面上實現。影像分割處理431可以調用由圖像或影像驅動器提供的函數調用或命令，以傳輸ZDP影像434和成像視像影像437以顯示為合成影像。例如，時間多工多模式顯示器可以配置以顯示ZDP影像434和成像視像影像437以作為合成影像。
圖8是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的影像分割處理的輸出的示意圖。如時間多工多模式顯示器的ZDP所定義，ZDP影像434從特定視像生成並且包含視像的像素440的集合，其落在零視差的預定視差閾值內。因此，ZDP影像434可以是被ZDP影像遮罩遮蓋的視像影像424，以指定與ZDP對應的像素。因此，只有對應ZDP的像素表示的物體係包含在ZDP影像434中。成像視像影像437也可以從多視像影像生成，如此每個成像視像影像437包含落入零視差的預定視差閾值之外的像素441的集合。因此，每個視像影像424可以被ZDP影像遮罩反向遮蓋，以生成對應的成像視像影像437。因此，只有具有沒有成像在ZDP上的像素441的物體具有在成像視像影像437中的像素441。因此，如果視像包含人、貓和樹，其中，只有人在與ZDP相對應的距離內，則ZDP影像434可以具有只表示人的像素440的集合，而成像視像影像437可以具有表示貓和樹的像素441的集合。識別人的像素從成像視像影像437中去除，以在產生合成影像時，提供ZDP影像434的影像內容和成像視像影像437的集合之間的亮度曲線匹配。
圖9是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的使用者感知的合成影像的示意圖。圖9顯示模式控制器445，其產生模式選擇信號446以選擇多模式顯示器450的模式。具體來說，多模式顯示器450可以配置為以諸如2D模式453和多視像模式456的不同模式顯示影像。多模式顯示器450可以包含二維（2D）背光件和多視像背光件，其共享共同的透光孔或螢幕。例如，如上所述，多模式顯示器450可以基本上類似時間多工多模式顯示器100。模式選擇信號446可以是電腦指令、控制信號、電子信號、或任何其他的信號，其啟動2D顯示器和多視像顯示器其中之一或之二或者都不啟動。例如，由模式控制器445提供的模式選擇信號446可以選擇性地啟動對應2D模式的背光件或者對應多模式顯示器的多視像模式的背光件其中任何一個。多模式顯示器450可以是時間多工多模式顯示器，使得各模式（例如2D模式453、多視像模式456）在隨時間交替或切換。例如，模式控制器445可以基本上類似上述時間多工多模式顯示器100的模式控制器130。模式選擇信號446可以指定在2D模式和多視像模式之間切換的頻率。
多模式顯示器450可以配置為顯示ZDP影像434和成像視像影像437。當以超過臨界融合頻率的頻率在ZDP影像434和成像視像影像437之間切換時，觀看者461可以感知合成影像464，其看起來是ZDP影像434和成像視像影像437的組合。臨界融合頻率是指閃爍光看起來是連續的最小閃爍頻率。在一些實施例中，臨界融合頻率可以是至少60Hz。因此，合成影像464是多視像影像，其具有以2D模式453顯示的ZDP影像434，ZDP影像434可從視像方向（D1-D4）的範圍看見。合成影像也包含以多視像模式456顯示的成像視像影像437的集合，其中，每個成像視像影像437對應於視像方向（D1-D4）其中的相應不同的一方向。
圖10是根據各個實施例，顯示提供多模式顯示器的多視像影像顯示系統1000（例如顯示多視像影像的電腦裝置）的示例的示意方塊圖。多視像影像顯示系統1000可以包含時間多工多模式顯示器100。多視像影像顯示系統1000可以用於實現各種方法，例如，操作時間多工多模式顯示器的方法。另外，多視像影像顯示系統1000可以配置為實施影像分割處理（例如，影像分割處理431）以增強多視像影像的質量。多視像影像顯示系統1000可以是基於處理器和記憶體的系統，記憶體儲存有複數個指令，當由處理器執行時，指令使處理器執行各種操作。該操作可以使處理器接收多視像影像和視差圖，視差圖關聯多視像影像的不同視像之間的視差。處理器可以藉由根據視差圖指定的視差值從多視像影像中選擇像素以生成零視差平面影像。處理器可以將零視差平面影像和多視像影像的視像影像集合傳送到時間多工顯示器，時間多工顯示器配置以藉由在多模式顯示器中使視像影像集合成像以及在二維（2D）顯示模式中使零視差平面影像成像以顯示合成影像。
多視像影像顯示系統1000可以包括組件的系統，其向多視像影像顯示系統1000的使用者執行各種電腦操作。多視像影像顯示系統1000可以是膝上型電腦、平板電腦、智慧型手機、觸控螢幕系統、智慧顯示系統或其他客戶端裝置。多視像影像顯示系統1000可以包含各種組件，例如處理器1003、記憶體1006、輸入/輸出（I / O）組件1009、顯示器1012以及其他可能的組件。這些組件可以耦接到用作局部介面的匯流排1015，以允許多視像影像顯示系統1000的組件互相連通。儘管多視像影像顯示系統1000的組件顯示為包含在多視像影像顯示系統1000中，應理解為，至少一些組件可以通過外部連接耦接到多視像影像顯示系統1000。例如，組件可以經由外部通訊埠、插座、插頭或連接器從外部插入多視像影像顯示系統1000或以其他方式與多視像影像顯示系統1000連接。
處理器1003可以是中央處理單元（CPU）、圖形處理單元（GPU）或執行電腦處理操作的任何其他積體電路。處理器1003可以包含一個以上處理核心。處理器1003包括執行指令的電路。指令包含，例如，電腦編碼、程式、邏輯或其他機器可讀指令，其藉由處理器1003接收並執行，以執行指令中包含的電腦功能。處理器1003可以執行指令以操作資料。例如，處理器1003可以接收輸入資料（例如影像）、根據指令集處理輸入資料、並生成輸出資料（例如，處理後的影像）。作為另一個示例，一個以上處理器1003可以接收指令並產生新指令以用於後續執行。
記憶體1006可以包含一個以上的記憶體組件。記憶體1006在本發明中界定為包含揮發性和非揮發性記憶體其中之一或之二。揮發性記憶體組件是指那些在斷電後不會保留資訊的記憶體組件。揮發性記憶體可以包含例如隨機存取記憶體（RAM）、靜態隨機存取記憶體（SRAM）、動態隨機存取記憶體（DRAM）、磁性隨機存取記憶體（MRAM）或其他隨機存取記憶體結構。系統記憶體（例如，主記憶體、快取記憶體等）可以使用揮發性記憶體以實現。系統記憶體是指快速記憶體，其可以臨時儲存用於快速讀取和寫入存取的資料或指令以輔助處理器1003的指令。
非揮發性記憶體組件是在斷電後保留資訊的記憶體組件。非揮發性記憶體包含唯讀記憶體（ROM）、硬碟驅動器，固態硬碟、USB隨身碟、經由記憶卡讀取器存取的記憶卡、經由關聯的軟碟驅動器存取的軟碟、經由光碟驅動器存取的光碟、經由適當的磁帶驅動器存取的磁帶。唯讀記憶體（ROM）可以包括，例如，可程式化唯讀記憶體（PROM）、可抹除可程式化唯讀記憶體（EPROM）、電性可抹除可程式化唯讀記憶體（EEPROM）或其他類似記憶體裝置。可以使用非揮發性記憶體以實現儲存記憶體，以提供資料和指令的長期保留。
記憶體1006可以指用於儲存指令以及資料的揮發性和非揮發性記憶體的組合。例如，資料和指令可以儲存在非揮發性記憶體中，並且加載到揮發性記憶體中以由處理器1003進行處理。例如，指令的執行可以包含：編譯程式，其譯為格式可以從非揮發性記憶體加載到揮發性記憶體中的機器碼，然後由處理器1003運行；原始碼，其轉換為適當格式，例如能夠加載到揮發性記憶體中以供處理器1003執行的目標碼；原始碼，由另一可執行程式解譯以在揮發性記憶體中生成指令並由處理器1003執行碼。指令可以儲存或加載在記憶體1006的任何部分或組件中，例如，記憶體1006包含RAM、ROM、系統記憶體、儲存器或其任何組合。
雖然記憶體1006顯示為與多視像影像顯示系統1000的其他組件分離，應當理解，記憶體1006可以至少部分地嵌入或以其他方式整合到一個以上組件中。例如，處理器1003可以包含內建記憶體，其暫存或快取以執行處理操作。
例如，I / O組件1009包含觸控螢幕、揚聲器、麥克風、按鈕、開關、轉盤、攝影機、感測器、加速計或其他組件以接收使用者輸入或生成導向使用者的輸出。I / O組件1009可以接收使用者輸入並轉換為資料，以儲存在記憶體1006中或由處理器1003處理。I / O組件1009可以接收由記憶體1006或處理器1003輸出的資料，並將其轉換為使用者可以感知的形式（例如，聲音、觸覺響應、視覺資訊等）。
I / O組件1009的特定類型是顯示器1012。顯示器1012可以是多模式顯示器，例如圖9所示的多模式顯示器450。可以在顯示器內疊放作為I / O組件1009的電容式觸控螢幕層，以讓使用者在感知視覺輸出同時提供輸入。處理器1003可以生成資料，其以影像的形式呈現在顯示器1012上。處理器1003可以執行指令以在顯示器上成像影像以讓使用者感知。
匯流排1015有利於處理器1003、記憶體1006、I / O組件1009、顯示器1012和多視像影像顯示系統1000的任何其他組件之間的指令和資料通訊。匯流排1015可以包括位址轉換器、位址解碼器、結構、導電跡線、導線、端口、插頭、插座和其他連接器，以讓資料和指令通訊。
記憶體1006內的指令可以由各種實現至少一部分的軟體堆疊的方式實現。例如，這些指令可以體現為作業系統1031、應用程式1034、裝置驅動器（例如顯示驅動器1037）、韌體（例如顯示韌體1040）或其他軟體組件。作業系統1031是支持多視像影像顯示系統1000的基本功能的軟體平台，諸如排程任務、控制I / O組件1009、提供硬體資源的存取、管理電源以及支持應用程式1034。
應用程式1034可以在作業系統1031上執行，並且可經由作業系統1031存取多視像影像顯示系統1000的硬體資源。在這方面，應用程式1034的執行至少一部分由作業系統1031控制。應用程式1034可以是向使用者提供高級功能、服務和其他功能的使用者級軟體程式。在一些實施例中，應用程式1034可以是專用的「app」，使用者可以在多視像影像顯示系統1000下載或以其他方式存取。使用者可以經由作業系統1031提供的使用者介面以啟動應用程式1034。應用程式1034可以由開發人員開發並定義為各種原始碼格式。可以使用各種程式語言或手稿語言以開發應用程式1034，例如C、C ++、C＃、Objective C，Java®、Swift、JavaScript®、Perl、PHP、VisualBasic®、Python®、Ruby、Go或其他手稿語言。應用程式1034可以由編譯器編譯成目標碼，或者可以由解譯器解譯以由處理器1003執行。
諸如顯示驅動器1037的裝置驅動器包含指令，其讓作業系統1031與各種I / O組件1009通訊。每個I / O組件1009可以具有其自己的裝置驅動器。可以安裝裝置驅動器，以使其儲存在儲存器中並加載到系統記憶體中。例如，安裝後，顯示驅動器1037將從作業系統1031接收的高階顯示指令轉換成由顯示器1012實現的較低階指令以顯示影像。顯示驅動器1037可以處理指令以選擇2D模式、多視像模式、兩種模式或兩者都不選擇。產生、創建或以其他方式管理顯示的影像的應用程式1034可以向裝置驅動器1037執行函數調用或發送指令，以使影像成像並顯示給使用者。
韌體，例如顯示韌體1040，可以包含允許I / O組件1009或顯示器1012以執行低階操作的機器碼或組合語言碼。顯示韌體1040可以將特定組件的電信號轉換成更高階的指令或資料。例如，顯示韌體1040可以藉由調整電壓或電流信號以控制顯示器1012如何啟動低位準電壓的各個像素。韌體可以儲存在非揮發性記憶體中，並且可以直接從非揮發性記憶體執行。例如，顯示韌體1040可以體現在耦接到顯示器1012的ROM晶片中，從而使ROM晶片與多視像影像顯示系統1000的其他儲存器和系統記憶體分開。顯示器1012可以包含用於執行顯示韌體1040的處理電路。
作業系統1031，應用程式1034、驅動器（例如顯示驅動器1037）、韌體（例如顯示韌體1040）以及其他可能的指令集，可以各自包括處理器1003可執行的指令、或者多視像影像顯示系統1000的其他處理電路，以執行上述功能和操作。儘管本發明所述的指令可以實現為由上述處理器1003執行的軟體或代碼，但作為替代，指令也可以實現為在專用硬體或軟體和專用硬體的組合中。例如，上文討論的指令執行的功能和操作可以實現為電路或狀態機，其採用多種技術中的任一種或其組合。這些技術可以包含但不限於：分立邏輯電路，其具有用於在應用一個以上資料信號時實現各種邏輯功能的邏輯閘；具有適當邏輯閘的特殊應用積體電路（ASIC）；現場可程式邏輯閘陣列（FPGA）；特殊積體電路或其他組件等。
在一些實施例中，實施上文所討論的功能和操作的指令可以實現在非暫時性電腦可讀取媒體中。電腦可讀取媒體可以是或可以不是多視像影像顯示系統1000的一部分。例如，指令可以包含可以從電腦可讀取媒體擷取並由處理電路（例如處理器1003）執行的敘述、代碼或宣告。在上下文中，「電腦可讀取媒體」可以是可以包含、儲存或維護本發明所述指令以供指令執行系統（例如多視像影像顯示系統1000）使用或與其結合的任何媒體。
非暫時性電腦可讀取媒體可以包括許多物理媒體其中任一種，例如磁性、光學或半導體媒體。合適的電腦可讀取媒體的更具體的示例可以包含但不限於：磁帶、軟碟、磁性硬碟驅動器、記憶卡、固態硬碟，USB隨身碟或光碟。並且，電腦可讀取媒體可以是隨機存取記憶體（RAM），例如，其包含靜態隨機存取記憶體（SRAM）和動態隨機存取記憶體（DRAM）或磁性隨機存取記憶體（MRAM）。另外，電腦可讀取媒體可以是唯讀記憶體（ROM）、可程式化唯讀記憶體（PROM）、可抹除可程式化唯讀記憶體（EPROM）、可電氣抹除可程式化唯讀記憶體（EEPROM）或其他種類的記憶體裝置。
多視像影像顯示系統1000可以執行上述任何操作或實現上述功能（例如影像分割處理431）。例如，上文討論的流程圖和處理流程可以由執行指令並處理資料的多視像影像顯示系統1000以執行。儘管多視像影像顯示系統1000顯示為單一裝置，但是實施例不限於此。在一些實施例中，多視像影像顯示系統1000可以由分佈式方式卸載指令的處理，以使多個計算機裝置可以一起運行以執行指令，其可以由分佈式方式儲存、加載或執行。例如，至少一些指令或資料可以在與多視像影像顯示系統1000結合操作的雲端式系統中儲存、加載或執行。在一些實施例中，實現上述功能的指令可以包含在執行在作業系統1031的應用程式1034中，或者可以包含在作業系統功能內以作為其一部分。
因此，本發明已描述時間多工多模式顯示器以及操作時間多工多模式顯示器的方法的示例和實施例，其提供配置以時間多工或時間交錯的方式操作的一對模式。此外，本發明已描述由多模式顯示器根據視差分割顯示的多視像影像的分割影像視像有關的操作和功能。例如，實施例針對處理多視像影像，使其以時間多工多模式顯示器的兩種模式（例如2D模式和多視像模式）顯示，從而產生合成多視像影像。對應ZDP的影像內容以2D模式顯示，而ZDP外部的影像內容以多視像模式顯示。應該理解的是，上述示例僅是說明本發明所述的原理的多個具體示例與實施例的其中一些示例。很明顯的，所屬技術領域中具有通常知識者可以輕易設計出多種其他配置，但這些配置不會超出本發明申請專利範圍所界定的範疇。
本申請案請求於2020年12月24日提交的第 PCT/US2020/067046號國際專利申請的優先權，該申請案請求於2020年4月20日提交的第62/029017號國際專利申請的優先權，其全文引用且併入本發明。
10:多視像顯示器 12:螢幕 14:視像 16:視像方向 20:光束 100:時間多工多模式顯示器 102:發射光 102’:廣角發射光 102”:方向性發射光 103:傳播方向 104:引導光 106:光閥 106’:多視像像素 110:廣角背光件 110’:發光表面 112:光源 114:引導結構 114a:提取特徵 116:漫射器 117:亮度增強膜 118:偏振回收層 119:反射層 120:多視像背光件 122:導光體 122’:第一表面 122”:第二表面 124:多光束元件 126:光源 130:模式控制器 403:攝影機 406:第一物體 409:第二物體 412:第三物體 421:多視像影像 424:視像影像 431:影像分割處理 434:零視差平面影像、ZDP影像 437:成像視像影像 440:像素 445:模式控制器 446:模式選擇信號 450:多模式顯示器 453:2D模式 456:多視像模式 461:觀看者 464:合成影像 1000:多視像影像顯示系統 1003:處理器 1006:記憶體 1009:組件 1015:匯流排 1031:作業系統 1034:應用程式 1037:裝置驅動器、顯示驅動器 1040:顯示韌體 θ:角度分量、仰角 σ:準直因子 ϕ:角度分量、方位角 s:多光束元件尺寸 S:光閥尺寸 d1,d2,d3:深度 D1,D2,D3,D4:視像方向
根據在本發明所述的原理的示例和實施例的各種特徵可以參考以下結合附圖的詳細描述而更容易地理解，其中相同的元件符號表示相同的結構元件，並且其中：
圖1A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像顯示器的立體圖。
圖1B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的具有特定主要角度方向的光束的角度分量的示意圖。
圖2A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的時間多工多模式顯示器的剖面圖。
圖2B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示另一示例中的時間多工多模式顯示器的剖面圖。
圖2C是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的時間多工多模式顯示器的立體圖。
圖3是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的廣角背光件的剖面圖。
圖4是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的操作時間多工多模式顯示器的方法的流程圖。
圖5是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中擷取要格式化為多視像影像的影像的示意圖。
圖6是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像影像的任意視像的視差圖的一部分。
圖7是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的影像分割處理的示意圖。
圖8是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的影像分割處理的輸出的示意圖。
圖9是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的使用者感知的合成影像的示意圖。
圖10是根據各個實施例，顯示提供多視像顯示器的多視像影像顯示系統的示例的示意方塊圖。
一些示例和實施例可以具有除了上述參考附圖中所示的特徵之外的其他特徵，或代替以上參考附圖中所示的特徵的其他特徵。下文將參照上述附圖，詳細描述這些特徵和其他特徵。
300:操作時間多工多模式顯示器的方法
310:步驟
320:步驟
330:步驟

Claims (20)

  1. 一種操作時間多工多模式顯示器的方法，該方法包括： 識別與該時間多工多模式顯示器的一零視差平面相對應的一多視像影像內的像素； 生成包括該所識別的像素的一零視差平面影像； 在該時間多工多模式顯示器的一二維（2D）模式期間，使用該時間多工多模式顯示器顯示該零視差平面影像；以及 在該時間多工多模式顯示器的一多視像模式期間，在該時間多工多模式顯示器上顯示該多視像影像的成像視像影像集合， 其中，該時間多工多模式顯示器配置為在該2D模式和該多視像模式之間切換，以在該時間多工多模式顯示器上依序顯示該零視差平面影像和該成像視像影像集合以作為一合成影像。
  2. 如請求項1之操作時間多工多模式顯示器的方法，其中，該多視像影像內的該像素根據該多視像影像的一視差圖指定的像素位置來選擇。
  3. 如請求項2之操作時間多工多模式顯示器的方法，進一步包括從基於零視差的一預定視差閾值的該視差圖而生成一影像遮罩。
  4. 如請求項1之操作時間多工多模式顯示器的方法，其中，該成像視像影像集合降取樣到該時間多工多模式顯示器的多視像解析度，該零視差平面影像具有降取樣前的該成像視像影像集合的解析度。
  5. 如請求項1之操作時間多工多模式顯示器的方法，其中，該成像視像影像藉由從該多視像影像中移除該所識別的像素而生成，以提供該零視差平面影像的影像內容以及該合成影像內的該成像視像影像集合之間的亮度曲線匹配。
  6. 如請求項1之操作時間多工多模式顯示器的方法，該方法進一步包括： 在該2D模式期間，使用一廣角背光件提供廣角發射光； 在一多視像模式期間，使用具有一多光束元件陣列的一多視像背光件提供方向性發射光，該方向性發射光包括由該多光束元件陣列中的每一個多光束元件提供的複數個方向性光束；以及 使用一模式控制器對該2D模式和該多視像模式進行時間多工，以依序地啟動在與該2D模式相對應的一第一連續時間間隔期間的該廣角背光件以及在與該多視像模式相對應的一第二連續時間間隔期間的該多視像背光件， 其中，該複數個方向性光束中的方向性光束的方向對應該成像視像影像集合的不同視像方向。
  7. 如請求項6之操作時間多工多模式顯示器的方法，其中，所述提供方向性發射光包括： 在一導光體中將光引導為引導光；以及 使用該多光束元件陣列中的多光束元件將該引導光的一部分散射為該方向性發射光，該多光束元件陣列中的每一個多光束元件包括一繞射光柵、一微折射元件和一微反射元件其中一個或多個。
  8. 如請求項7之操作時間多工多模式顯示器的方法，進一步包括向該導光體提供光，該導光體內的該引導光根據一預定的準直因子被準直。
  9. 如請求項6之操作時間多工多模式顯示器的方法，進一步包括： 使用一光閥陣列調變該廣角發射光，以在該2D模式期間提供該零視差平面影像；以及 使用該光閥陣列調變該方向性發射光的該複數個方向性光束，以在該多視像模式期間顯示一多視像影像。
  10. 如請求項9之操作時間多工多模式顯示器的方法，其中，該多光束元件陣列中的一多光束元件的尺寸在該光閥陣列中的一光閥的尺寸的四分之一到兩倍之間。
  11. 如請求項1之操作時間多工多模式顯示器的方法，進一步包括將一羽化遮罩應用於該零視差平面影像和該多視像影像的該成像視像影像其中之一或之二。
  12. 一種分割多視像影像的方法，該方法包括： 從一多視像影像的一視差圖生成一影像遮罩，該影像遮罩指定對應該多視像影像成像的一零視差平面的像素位置； 使用該影像遮罩和該多視像影像生成一零視差平面影像； 在該時間多工多模式顯示器的一二維（2D）模式期間，使用該時間多工多模式顯示器顯示該零視差平面影像；以及 在該時間多工多模式顯示器的一多視像模式期間，在該時間多工多模式顯示器上顯示該多視像影像的成像視像影像集合， 其中，該時間多工多模式顯示器配置為在該2D模式和該多視像模式之間切換，以在該時間多工多模式顯示器上依序顯示該零視差平面影像和該成像視像影像集合以作為一合成影像。
  13. 如請求項12之分割多視像影像的方法，進一步包括從基於零視差的一預定視差閾值的該視差圖而生成該影像遮罩。
  14. 如請求項12之分割多視像影像的方法，其中，該成像視像影像集合降取樣到該時間多工多模式顯示器的多視像解析度，該零視差平面影像具有降取樣前的該成像視像影像集合的解析度。
  15. 如請求項12之分割多視像影像的方法，其中，該成像視像影像集合藉由根據該影像遮罩從該多視像影像移除像素而生成。
  16. 如請求項12之分割多視像影像的方法，進一步包括將一羽化遮罩應用於該零視差平面影像和該成像視像影像集合其中之一或之二。
  17. 一種多視像影像顯示系統，該系統包括： 一處理器；以及 一記憶體，儲存複數個指令，當由該處理器執行時會使該處理器執行以下操作： 接收一多視像影像和一視差圖，該視差圖關聯該多視像影像的不同視像之間的視差； 藉由根據由該視差圖指定的視差值從該多視像影像中選擇像素，生成一零視差平面影像；以及 將該零視差平面影像和該多視像影像的視像影像集合傳送到一時間多工顯示器，該時間多工顯示器配置以藉由在一多模式顯示器中使該視像影像集合成像以及在一二維（2D）顯示模式中使該零視差平面影像成像以顯示一合成影像。
  18. 如請求項17之多視像影像顯示系統，其中，當該處理器執行該複數個指令時，進一步使該處理器基於零視差的一預定視差閾值從該視差圖生成一影像遮罩。
  19. 如請求項18之多視像影像顯示系統，其中，該視像影像集合藉由根據該影像遮罩從該多視像影像移除像素而生成。
  20. 如請求項17之多視像影像顯示系統，其中，當該處理器執行該複數個指令時，進一步使該處理器從將一羽化遮罩應用於該零視差平面影像和該視像影像集合其中之一或之二。
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