透鏡自動立體顯示器和方法以及相關聯的自動立體圖像合成方法

專利名稱：透鏡自動立體顯示器和方法以及相關聯的自動立體圖像合成方法
技術領域：
本發明涉及透鏡自動立體顯示設備。本發明還涉及在該設備中實施的自動立體顯示方法，以及相關聯的自動立體圖像合成方法。
本發明的領域更為具體地是涉及用于例如廣播廣告或公共信息消息的三維彩色顯示屏幕。
無玻璃自動立體顯示設備是已經公知的，其實施視差柵欄技術或透鏡技術。總的來說，自動立體顯示屏幕包括-廣播先前編碼的內容的等離子體或液晶(LCD)技術二維電子屏幕，以及-2D-3D轉換屏幕，布置在離上述二維屏幕很近的距離處并且在發射期間工作，此轉換屏幕能夠是視差柵欄類型或透鏡類型。
視差柵欄易于實施且生產成本低，但是尤其是當期望對許多視角編碼時對太多光子構成障礙。因此，自動立體屏幕掩模(screen mask)的透射可能小于10％。這導致了有關屏幕的亮度和光子通量的問題。
實施透鏡陣列的自動立體屏幕具有很少的光子損失，并因此具有接近100％的透射率，但是制造成本較高且較難以使用。
然而，當前的透鏡彩色自動立體屏幕具有基于視點數量的水平分辨率損失問題。該分辨率是視角數量的倍數。既然這樣，為了確保在自動立體屏幕前方的觀眾的舒適性，有必要提供大數量P的視點。屏幕的模糊區域表現了表面因子1/P。似乎對P的選擇的良好折衷在8到10之間。
這樣，所提出的問題是尋找適當的方式來對2D電子屏幕上的P個視圖編碼以均衡水平和豎直分辨率損失，同時保留RGB(紅綠藍)顏色編碼。由于眼睛的形態，立體效果必須必定是水平效果。因此，立體編碼必須必定是水平的。
因此，文獻WO 0010332公開了在一行中水平地編碼。顏色的編碼也在一行中水平地執行，其中每個連續3D像素(透鏡)為不同的顏色。這意味著透鏡是豎直的，但是分辨率損失只在水平軸上。其結果是每個捕獲的圖像是很不對稱的。例如，如果考慮2D、1200×768像素尺寸的屏幕，且如果8個圖像被編碼，則用于每個視圖的分辨率因此為150×768，這表明整個圖像上有顯著的分辨率損失。
此外，對3D像素編碼的顏色彼此距離很遠，是用于對所述三種顏色編碼的透鏡的節距的兩倍。如果期望許多視角，則所獲得的顏色混合在視網膜上不是很好。
在文獻EP 0791847B1中所公開的自動立體屏幕中，視圖不僅整體上被水平編碼，而且最少在3行屏幕像素中被豎直編碼。顏色編碼表面至少為每3個屏幕像素(在豎直方向上)一倍的透鏡(在水平方向上)尺寸。分辨率損失在水平和豎直方向上是一致的。然而，如果如這樣進行編碼似乎對于2D屏幕是適當的(在2D屏幕中，像素之間的間隔以及像素的顏色單元之間的間隔是相當大的，如某些LCD屏幕的情況下)，那么相反地，其不能令人滿意地適用于等離子體屏幕，在等離子體屏幕中，單元之間距離很近，或者甚至幾乎接合在一起，這會導致各個視圖的圖像顯著地混和在一起。
本發明的目的是提出一種透鏡彩色自動立體顯示設備，其與當前設備相比獲得了更高的分辨率。
本目的通過一種自動立體顯示設備來達到，該自動立體顯示設備包括矩陣顯示屏幕，以及布置在該顯示屏幕前方并且具有相對于該顯示屏幕的豎直軸傾斜的透鏡軸的透鏡陣列，該透鏡陣列設計成接收由顯示屏幕發射的光柵圖像并對其進行光學處理，該光柵圖像被編碼以將同一場景的多個(P個)視點整合。
根據本發明，該顯示屏幕所發射的圖像由一組三維像素組成，每個三維像素由被顯示場景的圖像像素的多個(P個)視點組成，且在每個三維像素中，所討論的圖像像素的各個視點被水平編碼，而與所討論的所述圖像像素的每個視點相關聯的三種顏色沿著基本平行于透鏡軸的編碼軸、在三行中被編碼。
在這種情況下，圖像應理解為意指被顯著表示的場景。為此，該圖像的多個(P個)視點是必要的。一個圖像像素對應于場景的一個像素的P個視點。
均衡水平和豎直分辨率的損失的問題利用根據本發明的顯示設備來解決，特別是對于8個、9個或10個左右的許多視點。實際上，與用在現有技術設備中的編碼技術相反，在本發明中，對一方面必須必定在水平維度上處理的立體視法問題以及這里沿著實際是透鏡陣列軸的編碼軸、在三行中處理的顏色編碼問題進行了實際的分離。
在根據本發明的自動立體顯示設備的更為特定的實施例中，其中-矩陣顯示屏幕包括一組像素，每個像素包括三顏色列(RGB)，此屏幕設計成接收根據多個(P個)視點來對N個三維像素的內容編碼而產生的信號，以及-透鏡陣列包括沿著透鏡軸平行布置的多個圓柱透鏡，所述透鏡軸與顯示屏幕的列的軸形成預定傾角α。
每個三維像素針對多個(P個)視點中的每個視點以第一顏色的第一單元、第二顏色的第二單元以及第三顏色的第三單元的形式被編碼，所述第一、第二和第三單元沿著基本平行于透鏡軸的對角線被分別布置在三個連續行和三個連續顏色列中，與同一圖像像素相關聯的P個連續視點沿著水平軸連續布置，其中所述第一、第二和第三顏色被循環偏移。
透鏡陣列被有利地布設成在矩陣屏幕的一行中，透鏡陣列中的每個透鏡基本覆蓋了與視點數量P相等數量的許多單元。
透鏡陣列的節距優選地選擇為基本等于同一圖像像素的多個(P個)視點的水平寬度與傾角α的余弦的乘積。
由此有利地選擇傾角α，使得tanα基本等于顏色單元的寬度與所述顏色單元的高度的比值。
在根據本發明的自動立體顯示設備的優選實施例中，電子顯示屏幕為等離子體屏幕。
根據本發明的另一方面，提出了自動立體顯示方法，其用于根據本發明的自動立體顯示設備，該方法包括-通過二維顯示屏幕顯示先前已根據從多個視點獲得的圖像而編碼的圖像，并且-通過布置在所述顯示屏幕前方并且具有相對于所述顯示屏幕的豎直軸傾斜的透鏡軸的透鏡陣列來接收所述被顯示的圖像并對其進行光學處理，以便遠程產生三維圖像，所述光柵圖像被編碼以將所述圖像的多個視點整合。
根據本發明，由顯示屏幕所發射的圖像由一組三維像素組成，每個三維像素由被顯示的場景的圖像像素的多個(P個)視點組成，且在每個三維像素中，所討論的圖像像素的各個視點被水平編碼，而與所討論的所述圖像像素的每個視點相關聯的三種顏色沿著基本平行于透鏡軸的編碼軸、在三行中被編碼。
在根據本發明的顯示方法的一個特定實施例中，其中該方法包括-根據對根據多個(P個)視點對N個三維像素的內容進行編碼而產生的信號的編碼、借助于電子顯示設備來矩陣顯示一組像素，該組像素中每個像素都包括水平布置的三個顏色單元(RGB)，并且-通過布置在顯示屏幕前方的透鏡陣列產生立體圖像，該陣列包括沿著透鏡軸平行布置的多個圓柱透鏡，所述透鏡軸與顯示屏幕的列的軸形成預定傾角α，給定三維像素的每個視點在第一顏色的第一單元、第二顏色的第二單元和第三顏色的第三單元上被編碼，所述第一、第二和第三單元沿著基本平行于透鏡軸的直線被分別布置在三個連續行和三個連續顏色列中，與同一圖像像素相關聯的P個連續視點沿著水平軸連續布置，其中所述第一、第二和第三顏色被循環偏移。
根據本發明的又另一方面，提出了用于合成彩色自動立體圖像的方法，實施該方法是為了向根據本發明的顯示設備提供圖像內容，該方法包括多個(P個)可得到的數字圖像，每個數字圖像都為Hi個顏色像素行和Vi個顏色像素列的圖像像素矩陣的形式，且每個數字圖像都對應于所述圖像的P個視點中的一個，每個顏色像素都由三個水平連續顏色單元組成，根據上述多個(P個)可得到的數字圖像，來合成由三維像素的集合組成的經編碼顯示矩陣，每個三維像素都與所述圖像像素中的一個相關聯，每個三維像素都包括一組P個經編碼像素，每個經編碼像素對應于與所述圖像像素相關聯的視點，每個經編碼像素由分別與第一、第二和第三顏色相關聯并且分別布置在三個連續行和三個連續列中的三個第一、第二和第三編碼單元組成，使得與給定視點相關聯的所述經編碼像素基本上沿著偏移了若干連續行和列的單元之間的對角線對準，同一三維像素的所述經編碼像素沿著水平軸連續布置，其中每個連續經編碼像素內的顏色被循環偏移。
通過研究非限制性實施例的詳細描述和根據附圖，本發明的其它優點和特性將變得更加顯而易見，在附圖中

圖1是根據本發明的自動立體顯示設備的概要圖；圖2示出了根據本發明的自動立體顯示設備所處理的經編碼圖像的內部結構；圖3示出了根據本發明的圖像合成方法的主要步驟。
首先參考圖1和2對根據本發明的示例性自動立體顯示設備進行描述。
自動立體顯示設備1包括連接到電子模塊3以便產生經編碼圖像的等離子體屏幕2，以及為平行的圓柱透鏡的陣列形式的透鏡濾光器4，所述透鏡相對于等離子體屏幕的豎直軸以角度α傾斜，此透鏡濾光器4布置在等離子體屏幕的前方、基本等于透鏡的焦距F1的距離處，該距離在實際的示例性實施例中為20mm，而顯示屏幕的每個顏色單元的寬度為286μm。
期望根據本發明的自動立體顯示設備在離屏幕足夠大的距離D處、例如在大于4.5m的距離處提供廣告或信息消息的顯示，由此，觀眾的每個眼OG、OD接收由透鏡陣列4提供的單獨的光學圖像Im、In，由此，通過立體效果，該觀眾感知到三維圖像。
圓柱透鏡的焦距依賴于所期望的最優距離。在該最優距離處，有必要使得由兩個連續顏色單元編碼的兩個連續圖像被隔開兩眼之間的平均距離Dy例如65mm。透鏡的焦距f可基于顏色單元的寬度CCh和最優距離Dopt、利用下面的公式來確定F＝CCh.Dopt/Dy≈20mm例如，如果所期望的最優距離Dopt為4.5m，且寬度CCh等于286μm，那么焦距f近似為20mm。
參考圖2，等離子體屏幕2由包括V個像素行(圖2中的L1-L6)以及H個像素列(圖2中的C1-C6)的基本單元矩陣組成，每個像素列包括三個顏色單元列R，V，B。為了非限制性說明目的，每個單元具有高度CCv和寬度CCh。顯示矩陣的列為連續的紅、綠和藍顏色單元列。在所描述的情況中，在圖像的立體編碼中所考慮的視點的數量P等于9。
為了說明，對于目前商用上可用的等離子體技術屏幕，如PIONEERPDP50MXE1，對應于768×1280像素矩陣，每個單元的高度CCv等于808μm且寬度CCh等于286μm。
顯示矩陣MC被編碼成由一組三維像素或3D像素組成，每個3D像素由9個編碼像素組成，每個編碼像素對應于經編碼圖像像素的一個視點并且水平布置在該3D像素內。這樣，參考圖1，每個3D像素可被認為是具有P個視點的顯示矩陣中同一經編碼圖像點的P個(例如9個)編碼像素Pk的集合。
利用圖2所示的實例，對應于圖像點坐標(1，2)的3D像素12由9個編碼像素(11，2)，(21，2)，(31，2)，(41，2)，(51，2)，(61，2)，(71，2)，(81，2)，(91，2)組成，每個編碼像素與相關圖像像素(1，2)的一個視點相關聯。編碼像素(11，2)本身由下列三個單元組成-位于像素列C4中和行L1中的第一“紅色”單元11，2；-位于像素列C3中和行L2中的第二“藍色”單元11，2；以及-位于像素列C3中和行L3中的第三“綠色”單元11，2；3D像素12的9個編碼像素水平交迭并且基本被圓柱透鏡Li所覆蓋，圓柱透鏡Li具有為了確保這樣覆蓋3D像素而確定的傾角α和寬度ι。
傾角α使得tanα等于單元高度CCv與單元寬度CCh的比值。
透鏡的寬度ι尤其依賴于所期望的最優距離。實際上，當觀眾處在最優距離(最終距離)時，分隔開由該觀眾的一個眼通過兩個連續圓柱形透鏡同時觀看的二維屏幕中的兩個點的距離并非恰好等于分隔開所述圓柱透鏡的軸的水平距離。比例關系等于Dopt/(Dopt+f)。
每個透鏡元件的寬度ι可因此根據下面的公式確定ι＝cosα.P.CCh.Dopt/(Dopt+f)每個編碼像素因此由三個顏色單元組成，每個顏色單元歸屬于3D像素內一個連續的像素行和一個顏色列，由此，該編碼像素具有基本平行于透鏡陣列軸的顏色編碼軸。此外，每個編碼像素的顏色序列關于3D像素內每個連續的編碼像素而循環偏移。
現在參考圖3對實施根據本發明的自動立體圖像合成方法的實例進行描述，這些圖像旨在提供根據本發明的自動立體顯示設備。
首先考慮初級階段(I)，其用于獲得根據多個(P個)(例如9個)視點的數字圖像，視點數量被適當選擇以獲得立體效果。
該P個數字圖像可以從遠程地點或圖像庫合成或收集，要么通過膠片拍攝來獲得。
對于每個視點，這些數字圖像I1，I2，...，Ik，...，Ip中的每個都由圖像像素矩陣組成，這些圖像像素P1(i，j)，...，Pk(i，j)中的每個都包含三條顏色信息R、V、B。
合成方法的第二階段(II)為通過使用特定于本發明的編碼模式即立體視點的水平編碼以及每個編碼像素P1(i，j)，...，Pk(i，j)的顏色的傾斜編碼、根據對應于9個視點的9個圖像像素的聚集來為每個圖像點(i，j)創建如圖3中所示的P3D(i，j)的3D圖像，來構造顯示矩陣MC。
在第三階段(III)中，每個都對應于經編碼序列SC的圖像的顯示矩陣MC然后被存儲在圖像存儲單元US中，圖像存儲單元US旨在響應于來自根據本發明的自動立體顯示設備1的控制處理器的請求而被激活。
當然，本發明并不限于上面所描述的實例，在不超出本發明的范圍的情況下可加入多個特征。特別而言，本發明并不限于等離子體屏幕的單一情況，還可利用具有含有鄰接的或以定距離間隔的單元的矩陣結構的其它屏幕類型來實施。此外，當然可以期望的是，視點數量不是9，只要其至少等于2即可，且顏色編碼可以不是目前構成顏色顯示領域內的基準的RGB。
權利要求
1.自動立體顯示設備(1)，包括矩陣顯示屏幕(2)以及布置在所述顯示屏幕(2)前方并且具有相對于所述顯示屏幕(2)的豎直軸傾斜的透鏡軸的透鏡陣列(4)，所述透鏡陣列(4)設計成接收由所述顯示屏幕(2)發射的光柵圖像并對其進行光學處理，所述光柵圖像被編碼以將同一場景的P個視點整合，所述P個為多個，所述自動立體顯示設備(1)的特征在于由所述顯示屏幕(2)發射的圖像由一組三維像素(P3D)組成，每個三維像素(P3D)由所述場景的圖像像素的所述P個視點組成，且特征在于，在每個三維像素(P3D)中，所討論的圖像像素的各個視點被水平編碼，而與所討論的所述圖像像素的每個視點相關聯的三種顏色沿著基本平行于所述透鏡軸的編碼軸在三行中被編碼。
2.權利要求1中的設備(1)，其中-所述矩陣顯示屏幕包括一組像素，每個像素包括三個顏色列(RGB)，此屏幕設計成接收根據P個視點對N個三維像素的內容進行編碼而產生的信號；并且-所述透鏡陣列包括沿著透鏡軸平行布置的多個圓柱透鏡，所述透鏡軸與所述顯示屏幕的列的軸形成預定傾角α，每個三維像素針對所述P個視點中的每個視點以第一顏色的第一單元、第二顏色的第二單元以及第三顏色的第三單元的形式被編碼，所述第一、第二和第三單元沿著基本平行于所述透鏡軸的對角線被分別布置在三個連續行和三個連續顏色列中，與同一圖像像素相關聯的所述P個連續視點沿著所述水平軸連續布置，其中，所述第一、第二和第三顏色被循環偏移。
3.權利要求2中的設備(1)，其特征在于所述透鏡陣列(4)被布設成在所述矩陣屏幕(2)的一行中，所述透鏡陣列的每個透鏡(Li)基本覆蓋與視點數量P相等數量的許多顏色單元。
4.權利要求3中的設備(1)，其特征在于所述透鏡陣列(4)的節距(1)基本等于同一圖像像素的P個視點的水平寬度、所述傾角α的余弦、以及最優顯示距離Dopt與該最優距離Dopt和所述透鏡陣列的焦距f之和的比值這三者的乘積。
5.權利要求4中的設備(1)，其特征在于所述傾角α選擇成使得tanα基本等于顏色單元的寬度(CCh)與所述顏色單元的高度(CCv)的比值。
6.如前述權利要求之一中所述的設備(1)，其特征在于所述電子顯示屏幕(2)是等離子體屏幕。
7.如權利要求1-5之一中所述的設備，其特征在于所述電子顯示屏幕為液晶屏幕(LCD)。
8.用于如前述權利要求之一中所述的自動立體顯示設備(1)的自動立體顯示方法，包括-通過二維顯示屏幕(2)顯示先前已根據從P個視點獲得的圖像而編碼的圖像，所述P個為多個，并且-通過布置在所述顯示屏幕(2)前方并且具有相對于所述顯示屏幕的豎直軸傾斜的透鏡軸的透鏡陣列(4)來接收所述被顯示的圖像并對其進行光學處理，以便遠程產生三維圖像(Im，In)，所述光柵圖像被編碼以將所述圖像的P個視點整合，其特征在于由所述顯示屏幕所發射的圖像由一組三維像素組成，每個三維像素由被顯示的場景的圖像像素的P個視點組成，且特征在于，在每個三維像素中，所討論的圖像像素的各個視點被水平編碼，而與所討論的所述圖像像素的每個視點相關聯的三種顏色沿著基本平行于所述透鏡軸的編碼軸、在三行中被編碼。
9.權利要求8中的顯示方法，包括-根據對根據P個視點對N個三維像素(P3D)的內容進行編碼而產生的信號的編碼、借助于電子顯示設備(2)來矩陣顯示一組像素，該組像素中每個像素都包括水平布置的三個顏色單元(RGB)，并且-通過布置在所述顯示屏幕(2)前方的透鏡陣列(4)產生立體圖像，該陣列包括沿著透鏡軸平行布置的多個圓柱透鏡，所述透鏡軸與所述顯示屏幕(2)的列的軸形成預定傾角α，其特征在于給定三維像素(P3D)的每個視點在第一顏色的第一單元、第二顏色的第二單元和第三顏色的第三單元上被編碼，所述第一、第二和第三單元沿著基本平行于所述透鏡軸的直線被分別布置在三個連續行和三個連續顏色列中，與同一圖像像素相關聯的P個連續視點沿著所述水平軸連續布置，其中所述第一、第二和第三顏色被循環偏移。
10.用于合成彩色立體圖像的方法，被實施以向權利要求1-7之一中所述的顯示設備(1)提供圖像內容，該方法包括P個先前得到或收集的數字圖像(I)，每個數字圖像都為圖像像素矩陣的形式，所述P個為多個，所述顯示設備的每個像素都由三個水平連續顏色單元組成，-根據上述P個先前得到或收集的數字圖像，來合成(II)由三維像素(P3D)的集合組成的經編碼顯示矩陣(MC)，每個三維像素(P3D)都包括一組P個經編碼像素，每個經編碼像素對應于與所述圖像像素相關聯的視點，每個經編碼像素由分別與第一、第二和第三顏色相關聯并且分別布置在三個連續行和三個連續列中的三個第一、第二和第三編碼單元組成，使得與給定視點相關聯的所述經編碼像素基本上沿著偏移了若干連續行和列的單元之間的對角線對準，同一三維像素(P3D)的所述經編碼像素沿著所述水平軸連續布置，其中每個連續經編碼像素內的顏色被循環偏移。
11.權利要求10所述的合成方法，其特征在于所述合成的顯示矩陣(MC)中的每列都包含與同一顏色相關聯的編碼單元。
全文摘要
一種自動立體顯示設備，包括矩陣顯示屏幕(2)以及設置在所述顯示屏幕(2)前方并且具有相對于所述顯示屏幕(2)的豎直軸傾斜的透鏡軸的透鏡陣列(4)，其中，所述透鏡陣列(4)以這樣一種方式布置，使得其接收由所述顯示屏幕發射的光柵圖像并對所述光柵圖像進行光學處理，所述光柵圖像被編碼以便將同一場景的多個(P個)視點整合。由所述顯示屏幕(2)發射的圖像通過三維像素(P3D)的集合來形成，每個三維像素(P3D)都由所述場景像素圖像的多個(P個)視點組成，且所述相應像素圖像的不同視點在每個三維像素(P3D)中被水平編碼，而與所述相應像素圖像的每個視點相關聯的三種顏色根據基本平行于所述透鏡軸的編碼軸在三行上被編碼。所述本發明用于廣告顯示和公共通信板。
文檔編號H04N13/00GK101040207SQ200580035293
公開日2007年9月19日 申請日期2005年10月14日 優先權日2004年10月18日
發明者沙維爾·勒韋克, 阿爾芒·阿祖萊 申請人:藝術圖像公司