自適應追蹤式立體顯示裝置及其顯示方法
【專利摘要】本發明涉及一種自適應追蹤式立體顯示裝置，包括：頭部追蹤模塊，用于獲取觀看者的空間位置信息；圖像處理模塊，用于根據所述頭部追蹤模塊或獲取的觀看者的空間位置信息，對立體視差圖像進行處理；立體顯示模塊，用于顯示所述圖像處理模塊處理的立體視差圖像，以使當前位置的觀看者看到立體圖像。本發明還涉及一種自適應追蹤式立體顯示裝置的顯示方法。所述立體顯示裝置及其顯示方法可以使不同位置的多個觀看者都能得到最優的立體視覺體驗。
【專利說明】自適應追蹤式立體顯示裝置及其顯示方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種立體顯示裝置及其顯示方法，尤其涉及一種適合多個觀看者的自 適應追蹤式立體顯示裝置及其顯示方法。
【背景技術】
[0002] 立體顯示裝置是利用人眼的視差特征，在人眼裸視或者佩戴某種輔助裝置的條件 下，呈現出具有空間深度信息的逼真立體影像。立體顯示裝置通常是將具有視差的多個視 圖通過像素排列算法合成后輸出到立體顯示器上。這種視差圖直接傳遞到觀看者的左眼及 右眼，進而合成立體圖像。立體顯示裝置使人更加真實、自然及有效的感知空間深度，獲得 景物的二維息。
[0003] 觀看者能否觀察到逼真的三維場景，不但與立體顯示裝置有關，而且還與觀看者 雙眼的空間位置有關。目前的裸眼立體顯示技術中的立體顯示區域比較固定，觀看者只能 在立體觀看區域內才能觀看到比較合適的立體圖像。當觀看者不在該觀看區域內時，將會 出現反視、重影、失真等情況，嚴重影響立體顯示效果。
【發明內容】
[0004] 本發明提供一種可根據觀看者的空間位置進行對應的立體顯示的自適應追蹤式 立體顯示裝置及其顯示方法。
[0005] -種自適應追蹤式立體顯示裝置，包括：頭部追蹤模塊，用于獲取觀看者的空間位 置信息；圖像處理模塊，用于根據頭部追蹤模塊或獲取的觀看者的空間位置信息，對立體視 差圖像進行處理；立體顯示模塊，用于顯示圖像處理模塊處理的立體視差圖像，并將所述立 體視差圖像投射到預定的空間位置。
[0006] 根據本發明的一優選實施例，所述圖像處理模塊對立體視差圖像進行處理的步驟 包括對多幅立體視差圖像周期性排列進行的重新排列。
[0007] 根據本發明的一優選實施例，還包括索引查找模塊，其用于存儲觀看者空間位置 信息與立體視差圖像周期性排列方式的對應關系。
[0008] 根據本發明的一優選實施例，所述圖像處理模塊根據索引查找模塊內查找的當前 多個觀看者的空間位置信息對應的立體視差圖像周期性排列方式的對應關系對立體視差 圖像進行處理。
[0009] 根據本發明的一優選實施例，立體顯示模塊包括顯示面板和光線導向面板，顯示 面板用于顯示立體視差圖像，光線導向面板將立體視差圖像的光線導向預定的空間位置。
[0010] 根據本發明的一優選實施例，所述頭部追蹤模塊為攝像頭、聲波探測裝置、紅外線 探測裝置中的一種。
[0011] 根據本發明的一優選實施例，獲取的觀看者的空間位置信息包括觀看者的數量和 觀看者的位置信息。
[0012] 本發明還提供一種跟蹤式立體顯示方法，包括步驟：獲取觀看者的空間位置信息； 根據獲取的觀看者的空間位置信息，對立體視差圖像進行處理；顯示處理后的立體視差圖 像，并將所述立體視差圖像投射到預定的空間位置。
[0013] 根據本發明的一優選實施例，所述對立體視差圖像進行處理的步驟包括對多幅立 體視差圖像周期性排列進行的重新排列。
[0014] 根據本發明的一優選實施例，還包括預先存儲的觀看者空間位置信息和立體視差 圖像周期性排列方式的對應關系做對比的步驟。
[0015] 根據本發明的一優選實施例，在所述立體視差圖像進行處理中，根據查找的當前 觀看者的空間位置信息與立體視差圖像周期性排列方式的對應關系對立體視差圖像進行 處理。
[0016] 根據本發明的一優選實施例，通過一頭部追蹤模塊獲取觀看者的空間位置信息， 通過一圖像處理模塊對立體視差圖像進行處理，通過一立體顯示模塊顯示立體視差圖像。
[0017] 相較于現有技術，本發明立體顯示裝置中設置有索引查找模塊和頭部追蹤模塊。 通過頭部追蹤模塊獲得觀察者的位置信息，并根據觀察者的位置信息與索引查找模塊內預 置的信息做比較，找出適合當前位置觀察者的圖像顯示方式，然后通過圖像處理模塊調整 立體顯示模塊的視差圖像顯示，從而將合適的視差圖像投射到適合觀看者的空間位置，通 過立體顯示裝置及其對應的立體顯示方法，可以使不同位置的觀看者都能得到最優的立體 視覺體驗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發明自適應追蹤式立體顯示裝置的一優選實施例的功能模塊圖。
[0019] 圖2是圖1所示的自適應追蹤式立體顯示裝置的部分結構及其工作原理示意圖。
[0020] 圖3是圖1所示自適應追蹤式立體顯示裝置中的立體顯示模塊的第一種圖像顯示 方式。
[0021] 圖4是圖1所示自適應追蹤式立體顯示裝置中的立體顯示模塊的第二種圖像顯示 方式。
[0022] 圖5是圖1所示自適應追蹤式立體顯示裝置中的立體顯示模塊的第三種圖像顯示 方式。
[0023] 圖6是圖1所示自適應追蹤式立體顯示裝置中的立體顯示模塊的第四種圖像顯示 方式。
[0024] 圖7是圖1所示自適應追蹤式立體顯示裝置中的顯示方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0026] 如圖1所示，圖1是本發明一優選實施例的自適應追蹤式立體顯示裝置的功能模 塊圖。本實施例的自適應追蹤式立體顯示裝置1〇〇包括立體顯示模塊1、圖像處理模塊2、 索引查找模塊3和頭部追蹤模塊4。
[0027] 其中，頭部追蹤模塊4,用于獲取觀看者的空間位置信息，觀看者的空間位置信息 可以包括例如觀看者的數量、距離自適應追蹤式立體顯示裝置100的距離、相對位置等信 息。頭部追蹤模塊4可以是攝像頭、聲波探測裝置、紅外線探測裝置等形式的頭部位置獲取 及跟蹤裝置，在此不做具體限制。頭部追蹤模塊4可以精確獲取觀看者的數量、距離自適應 追蹤式立體顯示裝置100的位置等信息。索引查找模塊3用于根據空間位置獲取索引因子， 以及根據索引因子生成索引表。圖像處理模塊2,用于根據用戶的頭部位置信息對3D立體 顯示圖像進行處理。立體顯示模塊1根據圖像處理模塊2處理生成的立體視差圖像，將其 顯示給觀看者。
[0028] 更進一步地，請參閱圖2,圖2為圖1所示的立體顯示模塊1的結構及其工作原理 示意圖。立體顯示模塊1包括顯示面板11和光線導向面板12。
[0029] 顯示面板11包括多個矩陣排列的像素單元，用于顯示根據索引表排列立體視差 圖像的像素。顯示面板11可以是常見的平板顯示器，如液晶顯示器、等離子顯示器、有機發 光二極管顯示器等，在此不做限制。
[0030] 光線導向面板12的作用是調制顯示面板11發出的光線的傳播方向，以將顯示光 線導向到預定的視場空間位置，觀看者左右眼觀看到不同的視差圖像，從而實現立體顯示。 光線導向面板12可以是物理柱透鏡光柵、液晶狹縫光柵、液晶透鏡光柵等結構，在此不做 具體限制。特別的，液晶狹縫光柵和液晶透鏡光柵由于能夠自由控制其光學性質，在光柵狀 態和非光柵狀態之間進行切換，從而可以實現平面/立體（2D/3D)顯示的切換，在現在越來 越受到重視。為了更好的說明本發明，本實施例中的光線導向面板12采用了可控的具有光 柵狀態和非光柵狀態切換功能的光線導向面板，其工作原理可參考液晶狹縫光柵和液晶透 鏡光柵的工作原理，在此不再贅述。
[0031] 自適應追蹤式立體顯示裝置100工作時，顯示面板11同時顯示多幅同一場景的具 有視差的圖像。本實施例中，以四圖視差立體圖像為例進行介紹。具體的，顯示面板11周 期性（圖2中顯示出三個周期）的排列顯示四幅視差圖像，分別為：第一圖像P1、第二圖像 P2、第三圖像P3、第四圖像P4。圖2中，四幅視差圖像在顯示面板11上從右至左周期性排 列。通過光線導向面板12導向作用，將四幅視差圖像分別投射到空間固定的預定觀察空間 內，形成如圖2所示的多個菱形區域，四幅視差圖像在將產生如圖2所示的從左至右的周期 性排列。空間中對應四幅視差圖像PI、P2、P3、P4的投射區域，也具有對應的周期性觀察空 間￥1、￥2、￥3、￥4(圖2中顯示出三個周期）。其中周期性觀察空間￥1、￥2、￥3、￥4僅表示空 間中的固定的周期性觀察空間區域，并不隨四幅視差圖像P1、P2、P3、P4的排列位置改變而 改變。
[0032] 四幅視差圖像PI、P2、P3、P4中相鄰的圖像之間具有符合人眼視覺的視差，也就 是，通過觀看者的眼睛，只有左右眼分別觀看到第一圖P1、第二圖P2組合，或者第二圖P2、 第三圖P3組合，或者第三圖P3、第四圖P4組合時才能產生合理的立體視覺，如果觀察到其 他圖像組合時，將產生錯誤的立體視覺，使觀察者產生眼睛疼痛、惡心、頭暈的感覺，不利于 觀看者的身體健康和立體體驗。
[0033] 對于四幅視差圖像PI、P2、P3、P4的順序性空間周期排列，具有四種排列情況，以 下分別對四種排列情況進行說明。
[0034] 首先假設觀看者的頭部位置為V(x，y)，其中，X表示觀看者左眼所在的空間位置， y表示觀看者右眼所在的空間位置，x、y的取值范圍均為：￥1，2、￥3,4，這四種類離散的空 間范圍。S卩，只有當觀看者的左、右眼處于上述的四種周期性觀察空間V1、V2、V3、V4時，適 用與立體觀察。其中，任意周期性觀察空間內具有同樣標號空間位置具有同樣的觀看效果。
[0035] 請參閱圖3,圖3是立體顯示模塊1的第一種圖像顯示方式。當四幅視差圖像的空 間透射順序為從左至右的P1、P2、P3、P4空間順序周期排列時，適合觀看者的空間位置有三 種，即，觀看者的頭部位置為V (VI，V2)、V (V2, V3)和V (V3, V4)，在上述三個觀看位置中，觀 看者左眼和右眼分別落在連個相鄰的觀看空間內，且左右眼的觀看的視差圖像具有順序的 關系，即視差圖像組合分別為（P1，P2)、（P2，P3)、（P3，P4)，也就是，觀看者左右眼看到的視 差圖像符合人類正常的觀看習慣和視覺原理，觀看者能夠得到較好的，符合真實世界的立 體觀看效果。
[0036] 而觀看位置V(V4, VI)中，觀察者看到的視差圖像組合為（P4, P1)，由于觀看者左 眼位置對應的第四圖像P4,而右眼對應第一圖像P1，S卩，觀看者左右看到的視差圖像與真 實世界的視差圖像是相反的，此時觀看者由視差圖像（P4, P1)形成的立體視覺與人類正常 的立體視覺存在沖突，導致觀看者的立體視覺出現矛盾，從而產生頭暈、惡心、不真實的感 覺。此類位置是立體顯示中應盡量避免提供給觀看者的。
[0037] 基于上述分析，圖3所示的圖像排列方式適合處于觀看位置V(V1，V2)的第一類觀 看者，和/或處于觀看位置V(V2，V3)的第二類觀看者，和/或處于觀看位置V(V3，V4)的第 三類觀看者。因此，通過頭部追蹤模塊4跟蹤獲取到觀看者的空間位置信息后，如果觀看者 的頭部（確切的說是眼睛位置）符合上述三類位置后中的一種或多種，圖像處理模塊2通 過頭部追蹤模塊4獲得的觀察者位置信息，調整立體顯示模塊1的顯示，使其在空間投射的 立體圖像符合圖3所示的空間排列周期，S卩，四幅周期性視差圖像PI、P2、P3、P4在觀測空 間中對應順序排列，分別對應空間中的周期性觀察空間VI、V2、V3、V4位置，即可使用戶得 到較好的立體視覺體驗。也就是只要觀看者滿足上述三類位置時，可將四幅周期性視差圖 像？1、？2、？3、？4調整成為上述？1、？2、？3、？4的排列方式，從而使觀看者都能滿足真實的立 體視覺體驗的要求。
[0038] 請參閱圖4,圖4是立體顯示模塊1的第二種圖像顯示方式。當四幅視差圖像的空 間透射順序為從左至右的P2、P3、P4、P1空間順序周期排列時，基于圖像的調整，適合觀看 者的空間位置也反生變化，即，觀看者的頭部位置為V(V2，V3)、V(V3，V4)和V(V4，V1)，在上 述三個觀看位置中，觀看者左眼和右眼分別落在連個相鄰的觀看空間內，且左右眼的觀看 的視差圖像具有順序的關系，即視差圖像組合分別為（P1，P2)、（P2，P3)、（P3，P4)，也就是， 觀看者左右眼看到的視差圖像符合人類正常的觀看習慣和視覺原理，觀看者能夠得到較好 的，符合真實世界的立體觀看效果。
[0039] 而觀看位置V(V1，V2)中，觀察者看到的視差圖像組合為（P4, P1)，由于觀看者左 眼位置對應的第四圖像P4,而右眼對應第一圖像P1，S卩，觀看者左右看到的視差圖像與真 實世界的視差圖像是相反的，此時觀看者由視差圖像（P4, P1)形成的立體視覺與人類正常 的立體視覺存在沖突，導致觀看者的立體視覺出現矛盾，從而產生頭暈、惡心、不真實的感 覺。此類位置是立體顯示中應盡量避免提供給觀看者的。
[0040] 基于上述分析，圖4所示的圖像排列方式適合處于觀看位置V(V2，V3)的第一類觀 看者，和/或處于觀看位置V(V3，V4)的第二類觀看者，和/或處于觀看位置V(V4，V1)的第 三類觀看者。因此，通過頭部追蹤模塊4跟蹤到觀看者的位置，如果觀看者的頭部（確切的 說是眼睛位置）符合上述三類位置后，圖像處理模塊2通過頭部追蹤模塊4獲得的觀察者 位置信息，調整立體顯示模塊1的顯示，使其在空間投射的立體圖像符合圖3所示的空間排 列周期，即，四幅周期性視差圖像P4、P1、P2、P3在空間中對應順序排列，分別對應空間中的 周期性觀察空間VI、V2、V3、V4,即可使用戶得到較好的立體視覺體驗。也就是只要觀看者 滿足上述三類位置時，可將四幅周期性視差圖像P1、P2、P3、P4調整成為上述P4、P1、P2、P3 的排列方式，從而使觀看者都能滿足真實的立體視覺體驗的要求。
[0041] 以此類推，請參閱圖5,圖5是立體顯示模塊1的第三種圖像顯示方式。當四幅視差 圖像的空間透射順序為從左至右的P3、P4、PI、P2空間順序周期排列時，基于圖像的調整， 適合觀看者的空間位置也反生變化，即，觀看者的頭部較佳觀看空間位置V(V1，V2)、V(V3， V4)和V(V4，V1)。而空間位置V(V2，V3)不再適合觀看者的立體觀看。
[0042] 基于此，通過頭部追蹤模塊4跟蹤到觀看者的位置，如果觀看者的頭部符合圖5所 示三類位置后，圖像處理模塊2通過頭部追蹤模塊4獲得的觀察者位置信息，調整立體顯示 模塊1的顯示，使其在空間投射的立體圖像符合圖3所示的空間排列周期，S卩，四幅周期性 視差圖像P3、P4、P1、P2在空間中對應順序排列，分別對應空間中的周期性觀察空間V1、V2、 V3、V4,即可使用戶得到較好的立體視覺體驗，滿足上述三類位置的客戶都能實現真實的立 體視覺體驗的要求。
[0043] 同樣的，請參閱圖6,圖6是立體顯示模塊1的第四種圖像顯示方式。當四幅視差 圖像的空間透射順序為從左至右的P2、P3、P4、P1空間順序周期排列時，基于圖像的調整， 適合觀看者的空間位置也反生變化，即，觀看者的頭部較佳觀看空間位置V(V1，V2)、V(V2， V3)和V(V4，V1)。而空間位置V(V3，V4)不再適合觀看者的立體觀看。
[0044] 基于此，通過頭部追蹤模塊4跟蹤到觀看者的位置，如果觀看者的頭部符合上述 三類位置后，圖像處理模塊2通過頭部追蹤模塊4獲得的觀察者位置信息，調整立體顯示模 塊1的顯示，使其在空間投射的立體圖像符合圖3所示的空間排列周期，S卩，四幅周期性視 差圖像P2、P3、P4、P1在空間中對應順序排列，分別對應空間中的周期性觀察空間VI、V2、 V3、V4,即可使所有觀察者得到較好的立體視覺體驗，滿足上述三類不同位置的客戶都能實 現真實的立體視覺體驗的要求。
[0045] 通過上述的分析和設計，針對不同位置的觀看者，可以通過調整周期性視差圖像 PI、P2、P3、P4的空間的周期性排列方式，滿足不同位置的觀看者的立體視覺體驗。
[0046] 進一步地，當頭部追蹤模塊4跟蹤到超過頭部追蹤模塊4所能容納的觀看者的時 候，可以選擇幾個主要的觀看者，調整圖像，使主要的觀看者處于合適的立體圖像觀看位 置，也可以調整立體顯示模塊1，使其顯示平面圖像，避免部分人處于不適的立體觀察位置 而降低觀看者的視覺體驗。
[0047] 進一步地，可以預先通過實驗的方式，測定對于不同的視差圖像周期性排列方式 所適合的立體觀看者位置，并將此類信息存儲在索引查找模塊3內，例如可以形成查找表 的形式，一旦頭部追蹤模塊4檢測到觀看者符合某一類的觀看位置，即可通過索引查找模 塊3找到與該觀看位置對應的合適的視差圖像周期性排列方式，從而通過圖像處理模塊2 調整立體顯示模塊1的視差圖像的顯示，使觀看者得到較好的立體視覺體驗或者平面視覺 體驗。
[0048] 當然，上述實施例僅僅是以具有四幅視差圖像具體說明本發明的內容，當自適應 追蹤式立體顯示裝置100進行多幅視差圖像的立體顯示的時候，仍然可以采用上述跟蹤、 調圖的方式，實現較佳的視覺體驗，在此不再窮舉。當然，對于不同的圖像顯示方式，除了調 整不同視差圖像的排列外，還可以對圖像的色調、色度等信息進行調整，在此不再贅述。
[0049] 總的來講，本發明立體顯示裝置的實現方法為：步驟S1，獲取觀看者的空間位置 信息；步驟S2,根據獲取的觀看者的空間位置信息，對立體視差圖像進行處理；步驟S3,顯 示處理后的立體視差圖像，以使當前位置的觀看者看到立體圖像。
[0050] 相較于現有技術，本發明立體顯示裝置100設置有索引查找模塊3和頭部追蹤模 塊4。通過頭部追蹤模塊獲得觀察者的位置信息，并根據觀察者的位置信息與索引查找模塊 3內預置的信息做比較，找出適合當前位置觀察者的圖像顯示方式，然后通過圖像處理模塊 2調整立體顯示模塊1的視差圖像顯示，從而將合適的視差圖像投射到適合觀看者的空間 位置，使多個觀看者得到最優的立體或平面視覺體驗。
[0051] 以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護范圍并不以上述實施方式為 限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權 利要求書中記載的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種自適應追蹤式立體顯示裝置，包括： 頭部追蹤模塊，用于獲取觀看者的空間位置信息； 圖像處理模塊，用于根據所述頭部追蹤模塊或獲取的觀看者的空間位置信息，對立體 視差圖像進行處理； 立體顯示模塊，用于顯示所述圖像處理模塊處理的立體視差圖像，并將所述立體視差 圖像投射到預定的空間位置。
2. 根據權利要求1所述的自適應追蹤式立體顯示裝置，其特征在于：所述圖像處理模 塊對立體視差圖像進行處理的步驟包括對多幅立體視差圖像周期性排列進行的重新排列。
3. 根據權利要求2所述的自適應追蹤式立體顯示裝置，其特征在于：還包括索引查找 模塊，其用于存儲多個觀看者空間位置信息與立體視差圖像周期性排列方式的對應關系。
4. 根據權利要求3所述的自適應追蹤式立體顯示裝置，其特征在于：所述圖像處理模 塊根據索引查找模塊內查找的當前多個觀看者的空間位置信息對應的立體視差圖像周期 性排列方式的對應關系對立體視差圖像進行處理。
5. 根據權利要求4所述的自適應追蹤式立體顯示裝置，其特征在于：所述立體顯示模 塊包括顯示面板和光線導向面板，所述顯示面板用于顯示立體視差圖像，所述光線導向面 板將立體視差圖像的光線導向預定的空間位置。
6. 根據權利要求1所述的自適應追蹤式立體顯示裝置，其特征在于：所述頭部追蹤模 塊為攝像頭、聲波探測裝置、紅外線探測裝置中的一種。
7. 根據權利要求1所述的自適應追蹤式立體顯示裝置，其特征在于：獲取的觀看者的 空間位置信息包括觀看者的數量和觀看者的位置信息。
8. -種跟蹤式立體顯示方法，包括步驟： 獲取多個觀看者的空間位置信息； 根據獲取的觀看者的空間位置信息，對立體視差圖像進行處理； 顯示處理后的立體視差圖像，并將所述立體視差圖像投射到預定的空間位置。
9. 根據權利要求8所述的跟蹤式立體顯示方法，其特征在于：所述對立體視差圖像進 行處理的步驟包括對多幅立體視差圖像周期性排列進行的重新排列。
10. 根據權利要求9所述的跟蹤式立體顯示方法，其特征在于：還包括預先存儲的觀看 者空間位置信息和立體視差圖像周期性排列方式的對應關系做對比的步驟。
11. 根據權利要求10所述的跟蹤式立體顯示方法，其特征在于：在所述立體視差圖像 進行處理中，根據查找的當前觀看者的空間位置信息與立體視差圖像周期性排列方式的對 應關系對立體視差圖像進行處理。
12. 根據權利要求8所述的跟蹤式立體顯示方法，其特征在于：通過一頭部追蹤模塊獲 取觀看者的空間位置信息，通過一圖像處理模塊對立體視差圖像進行處理，通過一立體顯 示模塊顯示立體視差圖像。
【文檔編號】G02B27/22GK104155767SQ201410325661
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月9日 優先權日:2014年7月9日
【發明者】劉美鴻, 張濤 申請人:深圳市億思達顯示科技有限公司