經改善三維顯示技術的方法

專利名稱：經改善三維顯示技術的方法
技術領域：
本發明一般來說涉及顯示器，且更特定來說涉及三維圖像的顯示。
背景技術：
許多系統利用顯示器來將呈圖像、視頻及/或文本形式的信息呈現給用戶。顯示器有效地傳輸信息，但受到本質上為二維的限制。然而，人類視覺能力能夠以三維感知圖像。三維(“3D”)技術經設計以解決這些視覺能力。提供更逼真的3D性能在例如觀看視頻、交互游戲以及計算機動畫及設計等活動中尤其重要。形成3D顯示器可涉及將不同視點的圖像遞送到用戶的每一只眼睛。用于遞送不同視點的解決方案可分類為立體3D顯示器、 全息3D顯示器或自動立體3D顯示器。立體顯示器將稍微不同的圖像呈現給每一只眼睛，從而產生對3D圖像的感知。立體3D顯示器解決方案通常涉及用戶佩戴有源裝備(例如，頭戴裝置)。頭戴裝置可包含 每一只眼睛或快門前面的單獨顯示器，其使每一只眼睛的視點的遞送與顯示器同步。或者， 可佩戴無源耳戴裝置，例如偏光眼鏡或彩色濾波器。這些解決方案中的每一者可使用戶必需購買、佩戴且可用經特別設計的頭戴裝置。此外，每一解決方案可需要特別編碼信息以與經特別設計的頭戴裝置交互。全息3D顯示器重現與從原始場景發散的光場相同的光場。這些顯示器以光學方式存儲、檢索及處理信息。全息3D顯示器可不需要經特別設計的頭戴裝置，但其可需要專業硬件(例如，覆蓋有特別全息散射器的旋轉反射鏡及高速放映機)且需要復雜數字視覺接口(DVI)。這些組件可需要非常高的數據速率且可添加高昂的費用。自動立體3D顯示器通常使用類似于立體3D顯示器的解決方案，但可需要經特別設計的眼鏡或其它頭戴裝置。舉例來說，視差屏障顯示器使用兩個分離的層。在第一層上， 布置左眼視圖與右眼視圖的組合。同時(舉例來說)由不透明及透明屏障組成的第二層可限制到達相對眼睛的每一視點的光。第一及第二層的定位形成“觀看菱形”，其將用戶限制于在其處可以三維感知圖像的特定位置。當用戶將其頭部定位于這些“觀看菱形”中時，每一只眼睛被遞送不同圖像，從而形成對3D圖像的感知。用于形成自動立體3D顯示器的這些已知方案具有若干個缺點。首先，由于視差屏障顯示器的固定配置，觀看可被限制于預界定的“觀看菱形”。使用頭部檢測以調整屏障邊側或改變顯示器/掩模的間距的偏移觀看可用以動態地調整“觀看菱形”，然而，如果用戶的頭部相對于顯示器傾斜或扭轉，或用戶的眼睛實際上處于距顯示器的不同距離處，那么導致圖像的上限及下限的失真。為補償這些斜校正，視差屏障系統可必需復雜的屏障/顯示器配置。其次，由于有限的觀看距離，因其分離而導致的顯示器及屏障中的像素之間的視在距離可導致顯示器及屏障跨越顯示器平面相對于彼此移動成同相及異相。此相位移位呈現為非常大的暗條帶(即，條帶效應)，其沿圖像垂直向下延伸且隨顯示器的觀看角度增加而變得明顯。因此，需要一種最大化用戶的可用位置的自動立體顯示器。

發明內容
本發明提供一種顯示多維圖像的方法。更特定來說，本發明提供一種顯示圖像的方法。出于本發明的目的，顯示器追蹤用戶的位置且動態地產生顯示視圖與屏障掩模模式以實現多維觀看。在第一實施例中，本發明提供一種在顯示系統中顯示圖像的方法。所述方法可包括使顯示系統中的至少兩個顯示器對準。此處，第二顯示器可遮掩呈現于第一顯示器上的圖像。此后，可基于觀看位置來控制顯示器以遞送多維圖像。在另一實施例中，本發明提供一種自動立體圖像顯示器。本發明可包括多個顯示器、一追蹤系統及一控制模塊。此處，所述控制模塊可使用來自所述追蹤裝置的輸入來確定用戶位置。此后，所述控制模塊可基于所述用戶位置來控制所述顯示器以遞送多維圖像。


參照附圖閱讀對非限制性實施例的以下說明將更好地理解本發明，附圖中圖1描繪3D圖像的自動立體遞送；圖2描繪本發明的一方面；圖3描繪本發明的另一方面；圖4描繪本發明的又一方面；圖5仍描繪本發明的另一方面；圖6仍描繪本發明的另一方面；應強調，本申請案的圖式未按比例而是僅為示意性表示，且因此其不既定描繪本發明的特定維度，特定維度可由所屬領域的技術人員通過審閱本文中的揭示內容來確定。
具體實施例方式已投入大量研究努力以增強使用顯示技術的內容遞送。為有效地呈現3D圖像，可需要允許用戶自由移動的方法。因此，需要一種允許增加可用用戶位置的自動立體解決方案。本發明提供一種顯示多維圖像的方法。更特定來說，本發明提供一種顯示圖像的方法。出于本發明的目的，顯示器可追蹤用戶的位置且動態地產生顯示視圖與屏障掩模模式以實現多維觀看。在另一實施例中，本發明提供一種自動立體圖像顯示器。本發明包含多個顯示器、 一追蹤系統及一控制模塊。此處，所述控制模塊使用來自所述追蹤裝置的輸入來確定用戶位置。此后，所述控制模塊基于所述用戶位置來控制所述顯示器以遞送多維圖像。參照圖1，其圖解說明因將不同圖像遞送至用戶的左眼130-1到130-n及右眼131-1到131-n而施加的觀看位置限制。此處，當用戶的左眼及右眼定位于位置 130-1/131-1到130-n/131-n中時用戶可以3D感知圖像。像素103及104映射到顯示層 105上且通過掩模層106遮擋，掩模層106經由路徑112-1到112_n將像素103引導到左眼觀看區122-1到122-n且經由路徑110-1到110_n將像素104引導到右眼觀看區120-1到 120-n。左眼觀看區122-1到122_n及右眼觀看區120-1到120_n受到限制，因為所述區由 “雙圖像”或“混淆”區121-1到121-n及暗區123—1到123_n分離。用戶的頭部的橫向位
4移使用戶的眼睛離開觀看區120-1/122-1到120-n/122-n，因此導致3D感知的損失、失真的圖像及條帶效應。條帶效應是暗條帶插入于用戶對圖像的感知中。參照圖2，描繪本發明的實施例。此處，圖解說明補償動態用戶位置的3D顯示系統201。3D顯示系統201包括至少兩個液晶顯示器(“IXD”)面板205及206。可使用第一面板205(稱作圖像層)來顯示將被呈現給用戶210的左圖像220-1到220_n及右圖像 221-1到221-n。第二面板206 (稱作掩模層)定位于圖像層205前面或后面以形成可控制照射屏障或掩模。掩模層206將恰當的左及右圖像引導到用戶210。面板205及206經定位以允許來自光源204的偏光光通過，到達用戶210。追蹤系統202(如本文中更詳細地描述)將用戶210的位置提供到控制器203以用于調整顯示器205上的圖像及顯示器206上的掩模。因此，使得顯示系統201能夠將恰當的左圖像220-1到220-n及右圖像221-1到 221-n提供到用戶210，從而使得用戶210能夠感知3D圖像。所屬領域的技術人員可容易地認識到，顯示器205與206不需要為相同類型的裝置且可使用其它顯示裝置(舉例來說，例如等離子顯示器、數字光處理(“DLP”)、表面傳導電子發射顯示器(“SED”)、發光二極管(“LED”)、有機發光二極管(“0LED”)或場發射顯示器(“FED”))作為替代。另外，所屬領域的技術人員可容易地認識到，顯示系統201不需要僅限于兩個顯示器205及206。此外，如圖1中所圖解說明，當用戶的眼睛不恰當地位于左眼觀看區122-1到 122-n及右眼觀看區120-1至120_n中時發生條帶效應。若干個因素影響條帶效應的程度， 因此本文中提出減輕條帶效應的影響的對準解決方案。參照圖3，其圖解說明詳細說明兩個顯示器的顯示對準及對準考慮因素的本發明實施例。顯示器302中的像素301-1到301-n中的每一者可具有空間分辨率303及色彩編碼模式304。空間分辨率是指每一獨立像素的單位長度且色彩編碼模式是指包含像素的著色的色彩序列。類似地，顯示器306中的像素305-1到305-n中的每一者可具有空間分辨率307及色彩編碼模式308。已觀察到，通過使顯示器302的像素301-1到301_n之間的空間分辨率303及顯示器306的像素305-1到305-n的空間分辨率307不同，條帶效應得到減輕，同時使所需圖像分辨率平衡。使顯示器302及306的空間分辨率變化通過增加條帶效應的視在空間頻率而減小每一條帶的寬度。每一條帶的寬度的減小改善視在分辨率。另外，通過轉換或翻轉顯示器302的像素301-1到301_n的色彩編碼模式304與顯示器306的像素305-1到305-n的色彩編碼模式308可進一步減小這些條帶。此配置致使顯示器302及306的像素色彩編碼模式以相反次序出現(例如，顯示器302的RGB及顯示器306的BGR)。最終可見效應是，示范性紅色、綠色及藍色條帶跨越顯示器在不同位置處出現，借此減小其可見性。參照圖4，圖解說明鄰近像素401與402之間的色彩串擾或混疊現象。像素401可通過使紅色、綠色及藍色色彩濾波器403-1到403-3的不透明水平變化來表示所感知色彩。 像素401的色彩濾波器403-1到403-3含有重疊條帶410到413。來自重疊條帶411及412 的色彩串擾可不產生問題，因為可將串擾限制于像素401內。然而，由于可將鄰近像素401 及402遞送到用戶的不同眼睛，因此鄰近像素401與402之間的重疊413可在像素401及 402尚未分別激活相同色彩濾波器403-1到403-3及404-1到404-3的情況下導致失真。
返回參照圖2，經改善的顯示器205及206可并入有減輕鄰近像素之間的色彩串擾的解決方案。舉例來說，可使用高強度光源204(例如，激光源或LED)來減小條帶重疊。或者，可通過使用頻閃光源204代替連續源204來解決條帶重疊。通過并入致動器以將顯示器205及206相對于彼此移動小的距離(舉例來說，大約 0. 25mm)且使照射閃光204與顯示器205及206兩者同步，可交替左與右圖像。因此，允許顯示器205避免鄰近像素中的左與右圖像的同時顯示可減輕串擾。另外，使用頻閃光204允許使顯示系統201的視在空間分辨率加倍。所屬領域的技術人員可容易地認識到，不需要并入任何改善來實現本發明的優點且用于改善顯示系統201的其它技術是可能的。舉例來說，可使用除RGB以外的色彩編碼模式，可使用時間色彩合成來提供像素著色，或可使用濾波器(例如，全息反射鏡或光學濾波器)通過形成凹除光源之間的點的帶通濾波器來減小色彩串擾。參照圖5，其圖解說明用于追蹤用戶510的追蹤系統501 (在本文中也稱作用于追蹤的構件)。追蹤裝置503及504通過三角測量503到506計算用戶510的左眼511及右眼512的位置且將眼睛位置511及512提供到控制器502。追蹤裝置503及504可包括具有面部追蹤軟件的兩個追蹤裝置503及504，所述面部追蹤軟件可準確地定位用戶510的左眼511及右眼512。所屬領域的技術人員可容易地認識到，追蹤裝置503與504可不是相同類型的裝置且可使用其它裝置，例如紅外(IR)距離傳感器或眼睛追蹤裝置。所屬領域的技術人員可進一步認識到，可通過經由并非顯示系統的一部分的外部追蹤裝置將位置信息輸入到顯示系統中來追蹤位置，因為追蹤的手段并不重要，重要的是所提供的位置信息。最后，所屬領域的技術人員將容易地認識到，追蹤位置不需要限于用戶的眼睛。舉例來說，可利用頭部追蹤系統且可經由軟件計算眼睛的位置。參照圖6，顯示系統601 (在本文中也稱作用于選擇性地激活像素的構件)圖解說明本發明的實施例，其詳細說明對顯示器605及606的控制。控制器603可為由顯示系統 601內的處理器運行的軟件，其基于來自追蹤系統602的輸入來控制顯示器605及606。通過使用追蹤系統602所提供的對用戶630的位置的認識及顯示器605及606的幾何形狀， 控制器602確定顯示器605上的圖像及顯示器606上的掩模。舉例來說，控制器603通過選擇性地激活像素611-1到611-n及像素612-1到612_n來確定顯示器605上的圖像且通過選擇性地激活像素620-1到620-n來在顯示器606上形成掩模。此掩模將像素611-1到 611-n引導到用戶630的左眼632且將像素612-1到612-n引導到用戶630的右眼631。將不同的圖像呈現給用戶630的右眼631及左眼632允許用戶630在顯示器605上以3D感知圖像。所屬領域的技術人員可容易地認識到，可使用其它技術。可通過預先計算眼睛631 及632的每一位置的解且接著在確定待顯示的所需圖像之后作為最后處理步驟修改顯示器605及606來改善實時性能。由于在軟件中修改顯示器605及606的配置的此靈活性， 可不需要機械移動面板來產生最終的3D圖像。另外，使用控制器603允許校正顯示器中的缺陷及補償顯示器的相對位置，而不需要可能需要將顯示器對準到亞微米準確性的嚴格制造處理。另外，所述領域的技術人員可容易地認識到，控制器603可能不需要為由顯示系統601內的處理器運行的軟件系統。舉例來說，軟件及/或處理器可在顯示系統601外部或控制器603可集成到圖形處理單元中。 雖然已參照說明性實施例對本發明進行了描述，但此說明并非打算解釋為限制意義。應理解，盡管已描述本發明，但所屬領域的技術人員在參考此說明后將明了說明性實施例的各種修改以及本發明的額外實施例，而此并不背離如所附權利要求書中所述的本發明的精神。所屬領域的技術人員將容易地認識到，可對本發明作出各種其它修改、布置及方法，而不嚴格地遵循本文中所圖解說明及所闡述的示范性應用且不背離本發明的精神及范圍。因此，預期所附權利要求書將涵蓋歸屬于本發明的真實范圍內的任何此類修改或實施例。
權利要求
1.一種顯示圖像的方法，所述方法包含以下步驟 使第一顯示器相對于第二顯示器對準，其特征在于所述第一顯示器具有第一色彩編碼模式且所述第二顯示器具有第二色彩編碼模式， 其中所述第一色彩編碼模式與第二色彩編碼模式不同； 確定所述第一顯示器與第二顯示器相互之間的位置；及基于所述位置激活所述第一顯示器及第二顯示器上的像素。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述方法進一步包含以下步驟 使用多個追蹤裝置追蹤所述位置；確定用戶的右眼及左眼的位置；及在所述第一顯示器上形成圖像且在所述第二顯示器上形成掩模， 其中所述第二顯示器將來自所述第一顯示器的第一多個像素引導到所述左眼位置且所述第二顯示器將來自所述第一顯示器的第二多個像素引導到所述右眼位置。
3.根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其特征在于所述方法進一步包含以下步驟使用色彩串擾濾波器對色彩串擾進行濾波。
4.根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其特征在于所述方法進一步包含以下步驟使用頻閃光源及相對顯示器移動。
5.一種用于觀看3D圖像的圖像顯示裝置，其包含 控制模塊；追蹤系統，其以通信方式耦合到所述控制模塊；及第一顯示器及第二顯示器，其以通信方式耦合到所述控制模塊，所述第一顯示器具有第一色彩編碼模式且所述第二顯示器具有第二色彩編碼模式， 其中所述第一色彩編碼模式與第二色彩編碼模式不同；其中所述控制模塊使用由所述追蹤系統供應的位置來選擇性地激活多個顯示器中的每一者上的像素。
6.根據權利要求5所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述第一顯示器具有第一空間分辨率且所述第二顯示器具有第二空間分辨率，且所述第一空間分辨率與第二空間分辨率不同。
7.根據權利要求5到6中任一權利要求所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述顯示器使用時間色彩合成在所述顯示器中的至少兩者當中實現不同色彩編碼模式。
8.根據權利要求5到7所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述圖像顯示裝置包含激光光源。
9.根據權利要求5到8所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述圖像顯示裝置包含多個色彩串擾濾波器。
10.根據權利要求5到9所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述圖像顯示裝置包含頻閃光源及可調整顯示器。
全文摘要
本發明涉及一種顯示圖像的方法。所述方法包括使第一顯示器相對于第二顯示器對準。所述第一與第二顯示器具有不同編碼模式。所述方法還包括確定所述顯示器相互之間的位置且基于所述所確定位置激活所述顯示器上的像素。
文檔編號G02B27/22GK102246085SQ200980149819
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月12日 優先權日2008年12月11日
發明者金·N·馬修斯 申請人:阿卡特朗訊美國公司