二維與三維顯示模式可切換的顯示裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種二維圖像顯示與三維顯示之間的模式切換裝置及方法，主要解決現有顯示器顯示模式單一的問題。其包括背光源(1)、內置液晶層(3)、外置液晶層(2)和透鏡陣列(4)。當內置液晶層處于全通狀態，由背光源、內置液晶層和透鏡陣列組成新的背光源，通過外置液晶層調制光的強度，實現二維圖像顯示；通過內置液晶層、背光源和透鏡陣列組成方向性背光源，用外置液晶層顯示二維視差圖像，實現多視點三維顯示；當外置液晶層處于全通狀態時，用內置液晶層顯示單元圖像陣列，實現集成成像三維顯示。本發明能在二維圖像顯示、多視點三維顯示與集成成像三維顯示模式之間自由切換，可用于電視、電腦等顯示。
【專利說明】
二維與三維顯示模式可切換的顯示裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于圖像顯示【技術領域】，更具體的說是一種二維圖像顯示與三維圖像顯示之間的模式切換裝置及方法，可用于電視、電腦及手持式顯示。
【背景技術】
[0002]目前，二維顯示器分辨率可以達到高清，但顯示圖像為平面圖像，缺乏深度信息。多視點三維顯示技術屬于三維顯示技術，可以顯示多幅平面視差圖像，雙眼分別接受到對應的視差圖像，通過大腦融合作用，可以產生三維效果。多視點顯示技術原理簡單，顯示圖像分辨率較高。使用方向性背光技術，通過時分復用技術，多視點顯示圖像分辨率和二維顯示器相當，但是存在雙眼輻輳和單眼焦點調節不一致的問題，長時間觀看會導致視覺疲勞。集成成像三維顯示技術是一種真三維顯示方法，其使用透鏡陣列來記錄和再現三維場景。其中透鏡陣列由單個透鏡在水平方向和垂直方向并行排列而成。集成成像三維顯示技術的三維顯示效果逼真，真彩色，連續視差，無需佩戴眼鏡，不存在人眼調焦-輻輳沖突問題，但其顯示的三維圖像分辨率較低。可見，現有三維顯示技術還不能完全取代傳統的二維顯示技術。
[0003]二維與三維轉換技術可以在一臺顯示器上實現多種顯示模式的兼容，用戶可以自由在多個顯示模式之間自由切換。目前，二維與三維轉換技術可以實現在二維圖像顯示模式和多視點三維顯示模式之間自由切換。中國發明專利申請CN102749769A公開了一種基于雙層液晶透鏡的二維-三維可轉換顯示裝置，通過控制施加在液晶透鏡上的電壓可以實現二維與多視點三維顯示模式之間的轉換。中國發明專利申請CN102540558A公開了一種基于藍相液晶透鏡的二維與多視點三維顯示模式可轉換顯示裝置。
[0004]在二維與三維轉換技術中，如何同時兼容多種顯示模式是目前需要解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種二維與三維顯示模式可切換的顯示裝置及方法，以使用戶根據觀看需求，交互控制顯示模式。
[0006]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0007]—種二維圖像顯示與三維顯示之間的模式切換裝置，包括背光源、內置液晶層、透鏡陣列，其特征在于:在透鏡陣列外側放置有外置液晶層；
[0008]當內置液晶層處于通光狀態，背光源、內置液晶層和透鏡陣列組成新的背光源，為外置液晶層提供背光，外置液晶層調制光的強度，實現二維圖像顯示模式；
[0009]內置液晶層、背光源和透鏡陣列三者組成方向性背光源，為外置液晶層提供方向性背光，外置液晶層顯示視差圖像，實現多視點三維顯示模式；
[0010]當外置液晶層處于通光狀態時，使用內置液晶層顯示單元圖像陣列，背光源發出的光經內置液晶層調制，并經過透鏡陣列偏折，實現集成成像三維顯示模式。
[0011]作為優選，所述的內置液晶層位于透鏡陣列的焦平面上。
[0012]一種利用上述裝置進行二維圖像顯示與三維顯示之間的模式切換方法其特征在于包括:
[0013]將二維圖像顯示模式切換為多視點三維顯示模式；
[0014]將二維圖像顯示模式切換為集成成像三維顯示模式；
[0015]將多視點三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式；
[0016]將多視點三維顯示模式切換為集成成像三維顯示模式；
[0017]將集成成像三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式；
[0018]將集成成像三維顯示模式切換為多視點三維顯示模式。
[0019]所述的將二維圖像顯示模式切換為多視點三維顯示模式，包括以下步驟:
[0020](Ia)將內置液晶層分為與透鏡陣列中單個透鏡一一對應的子區域；
[0021](Ib)將每個子區域中相同位置像素設置為通光狀態，使內置液晶層、背光源和透鏡陣列三者組成方向性背光源；
[0022](Ic)將外置液晶層由顯示二維圖像切換為顯示視差圖像；
[0023](Id)保持方向性背光源和視差圖像的同步顯示，通過分時復用方法，實現多視點三維顯示模式。
[0024]所述的將二維圖像顯示模式切換為集成成像三維顯示模式，包括以下步驟:
[0025](2a)將外置液晶層由顯示二維圖像切換為通光狀態；
[0026](2b)將內置液晶層由通光狀態切換為顯示單元圖像陣列，背光源發出光通過內置液晶層調制后，經過透鏡陣列偏折，實現集成成像三維顯示模式。
[0027]所述的將多視點三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式，包括以下步驟:
[0028](3a)將內置液晶層設置為通光狀態；
[0029](3b)將外置液晶層由顯示視差圖像切換為顯示二維圖像，用背光源、內置液晶層和透鏡陣列組成新的背光源，為外置液晶層提供背光，實現二維圖像顯示模式。
[0030]所述的將多視點三維顯示模式切換為集成成像三維顯示模式，包括以下步驟:
[0031](4a)將外置液晶層由顯示視差圖像切換為通光狀態；
[0032](4b)用內置液晶層顯示單元圖像陣列，背光源發出光通過內置液晶層調制后，經過透鏡陣列偏折，實現集成成像三維顯示模式。
[0033]所述的將集成成像三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式，包括以下步驟:
[0034](5a)將內置液晶層由顯示單元圖像陣列切換為全通狀態；
[0035](5b)將外置液晶層由通光狀態切換為顯示二維圖像，背光源、內置液晶層和透鏡陣列組成新的背光源，為外置液晶層提供背光，實現二維圖像顯示模式。
[0036]所述的將集成成像三維顯示模式切換為多視點三維顯示模式，包括以下步驟:
[0037](6a)將內置液晶層分為與透鏡陣列中單個透鏡一一對應的子區域；
[0038](6b)將每個子區域中相同位置像素設置為通光狀態，使內置液晶層、背光源和透鏡陣列三者組成方向性背光源；
[0039](6c)將外置液晶層由通光狀態切換為顯示視差圖像；
[0040](6d)保持方向性背光源和視差圖像的同步顯示，通過分時復用方法，實現多視點三維顯示模式。
[0041]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
[0042]1.本發明所述的方法可在二維圖像顯示模式、多視點三維顯示模式和集成成像三維顯示模式之間切換，能夠滿足觀看者對不同觀看模式的需求。
[0043]2.本發明所述的裝置采用平板液晶調制光強，能夠與現有顯示器加工工藝兼容。
[0044]3.本發明所述的裝置使用折射型透鏡陣列作為分光器件，和液晶透鏡陣列相比，降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0045]圖1為本發明的裝置示意圖；
[0046]圖2為本發明二維圖像顯示與三維顯示之間的模式切換示意圖。
【具體實施方式】
[0047]為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖，對依據本發明提出的二維圖像顯示與三維顯示之間的模式切換裝置的結構、方法和特性進行詳細描述。但附圖僅是為本發明的描述提供參考與說明之用，并非是對本發明構成限制。該【技術領域】熟練人員，在不脫離本發明技術方案范圍內做出一些非本質的改進和調整，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
[0048]參照圖1，為本發明的裝置由背光源1、外置液晶層2、內置液晶層3，以及透鏡陣列4組成顯示模式可切換顯示器。計算機通過視頻信號，控制外置液晶層2和內置液晶層3的顯示狀態。內置液晶層3緊貼背光源I放置，并位于透鏡陣列4的焦平面上。透鏡陣列4緊貼液晶層2放置，并位于透鏡陣列右側。外置液晶層2和內置液晶層3的分辨率R均為1280*1024。外置液晶層2和內置液晶層3的可視面積均為33.79cm*27.03cm。透鏡陣列4中透鏡個數為33*27，其中每個透鏡單元尺寸為1.0032cm*l.0032cm，焦距為1cm。透鏡陣列4中透鏡排布方式為正交排布。每個單元圖像分辨率為38*38。每個透鏡單元覆蓋38*38個像素。
[0049]當內置液晶層3處于全通狀態，背光源I發出的光線經內置液晶層3和透鏡陣列4后，仍然是無方向性的均勻光，通過背光源1、內置液晶層3和透鏡陣列4組成新的背光源，為外置液晶層2提供背光，外置液晶層2調制光的強度，實現二維圖像顯示模式；
[0050]將內置液晶層3分為與透鏡陣列中單個透鏡一一對應的子區域，得到33*27個正交排布的子區域陣列。右視點視差圖像顯示模式:將每個子區域中左半部分像素設置為通光狀態，右半部分像素設置為遮光狀態，使內置液晶層3、背光源I和透鏡陣列4三者組成右視點視差圖像的方向性背光源，同時將外置液晶層2由顯示二維圖像切換為顯示右視點視差圖像。左視點視差圖像顯示模式:將每個子區域中右半部分像素設置為通光狀態，左半部分像素設置為遮光狀態，使內置液晶層3、背光源I和透鏡陣列4三者組成左視點視差圖像的方向性背光源，同時將外置液晶層由顯示二維圖像切換為顯示左視點視差圖像。保持方向性背光源和視差圖像的同步顯示，通過分時復用方法，實現多視點三維顯示模式。
[0051]當外置液晶層2處于全通狀態時，使用內置液晶層3顯示單元圖像陣列，背光源I發出的光經內置液晶層3調制，并經過透鏡陣列4偏折，實現集成成像三維顯示模式。
[0052]參照圖2，為本發明二維圖像顯示與三維顯示之間的模式切換方法，包括:
[0053]將二維顯示模式切換為多視點三維顯示模式；
[0054]將二維顯示模式切換為集成成像三維顯示模式；
[0055]將多視點三維顯示模式切換為二維顯示模式；
[0056]將多視點三維顯示模式切換為集成成像三維顯示模式；
[0057]將集成成像三維顯示模式切換為二維顯示模式；
[0058]將集成成像三維顯示模式切換為多視點三維顯示模式。
[0059]以下給出所述6種顯示模式的轉換實例。
[0060]實施例1:將二維圖像顯示模式切換為多視點三維顯示模式。
[0061]步驟A.將內置液晶層3分為與透鏡陣列4中單個透鏡一一對應的子區域，得到33*27個正交排布的子區域陣列。
[0062]步驟B.將每個子區域中左半部分像素設置為通光狀態，右半部分像素設置為遮光狀態，使內置液晶層3、背光源I和透鏡陣列4三者組成右視點視差圖像的方向性背光源；將外置液晶層2由顯示二維圖像切換為顯示右視點視差圖像。
[0063]步驟C.將每個子區域中右半部分像素設置為通光狀態，左半部分像素設置為遮光狀態，使內置液晶層3、背光源I和透鏡陣列4三者組成左視點視差圖像的方向性背光源；將外置液晶層2由顯示二維圖像切換為顯示左視點視差圖像。
[0064]步驟D.使用時分復用方法，交替顯示左右視點視差圖像，觀察者左右眼分別接收到對應的視差圖像，通過雙眼感覺性融合功能，將視差圖像綜合為一個完整物象，即可實現多視點三維顯示。
[0065]實施例2:將二維圖像顯示模式切換為集成成像三維顯示模式。
[0066]步驟E.計算機通過視頻信號改變外置液晶層3中每個像素上的電壓值，將外置液晶層2由顯示二維圖像切換為通光狀態，使其對光無調制作用。
[0067]步驟F.將背光源I發出的光通過內置液晶層3調制為單元圖像陣列，再經過透鏡陣列4偏折，實現集成成像三維顯示模式。
[0068]實施例3:將多視點三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式。
[0069]步驟G.計算機通過視頻信號改變外置液晶層3中每個像素上的電壓值，將內置液晶層3設置為通光狀態，使其對光無調制作用；
[0070]步驟H.通過背光源I發出的光線經內置液晶層3和透鏡陣列4后產生無方向性均勻光，為外置液晶層2提供背光，計算機通過視頻信號改變加載在外置液晶層2中每個像素上的電壓信號，將外置液晶層2由通光狀態切換為顯示二維圖像，即可實現二維圖像顯示模式。
[0071]實施例4:將多視點三維顯示模式切換為集成成像三維顯示模式。
[0072]步驟1.計算機通過視頻信號改變外置液晶層2中每個像素上的電壓值，將外置液晶層2由顯示視差圖像切換為通光狀態，使其對光無調制作用；
[0073]步驟J.背光源I發出的光通過內置液晶層3調制為單元圖像陣列，再經過透鏡陣列4偏折，實現集成成像三維顯示模式。
[0074]實施例5:將集成成像三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式。
[0075]步驟L.計算機通過視頻信號改變外置液晶層3中每個像素上的電壓值，將內置液晶層3由顯示單元圖像陣列切換為全通狀態，使其對光無調制作用；
[0076]步驟Μ.通過背光源I發出的光線經內置液晶層3和透鏡陣列4后產生無方向性均勻光，為外置液晶層2提供背光，計算機通過視頻信號改變加載在外置液晶層2中每個像素上的電壓信號，將外置液晶層2由通光狀態切換為顯示二維圖像，即可實現二維圖像顯示模式。
[0077]實施例6:將集成成像三維顯示模式切換為多視點三維顯示模式。
[0078]步驟N.將內置液晶層3分為與透鏡陣列4中單個透鏡一一對應的子區域，得到33*27個正交排布的子區域陣列；
[0079]步驟0.將每個子區域中左半部分像素設置為通光狀態，右半部分像素設置為遮光狀態，使內置液晶層3、背光源I和透鏡陣列4三者組成右視點視差圖像的方向性背光源；計算機通過視頻信號改變外置液晶層2中每個像素的電壓信號，將外置液晶層2由顯示二維圖像切換為顯示右視點視差圖像；
[0080]步驟P.將每個子區域中右半部分像素設置為通光狀態，左半部分像素設置為遮光狀態，使內置液晶層3、背光源I和透鏡陣列4三者組成左視點視差圖像的方向性背光源；計算機通過視頻信號改變外置液晶層2中每個像素的電壓信號，將外置液晶層2由顯示二維圖像切換為顯示左視點視差圖像；
[0081]步驟Q.使用時分復用方法，交替顯示左右視點視差圖像，觀察者左右眼分別接收到對應的視差圖像，通過雙眼感覺性融合功能，將視差圖像綜合為一個完整物象，即可實現多視點三維顯示。
【權利要求】
1.一種二維圖像顯示與三維顯示之間的模式切換裝置，包括背光源(I)、內置液晶層(3)、透鏡陣列(4)，其特征在于:在透鏡陣列(4)外側放置有外置液晶層(2); 當內置液晶層(3)處于全通狀態，背光源(I)、內置液晶層(3)和透鏡陣列(4)組成新的背光源，為外置液晶層(2)提供背光，外置液晶層(2)調制光的強度，實現二維圖像顯示模式； 內置液晶層(3)、背光源(I)和透鏡陣列(4)三者組成方向性背光源，為外置液晶層(2)提供方向性背光，外置液晶層(2)顯示視差圖像，實現多視點三維顯示模式； 當外置液晶層(2)處于全通狀態時，使用內置液晶層(3)顯示單元圖像陣列，背光源(I)發出的光經內置液晶層(3)調制，并經過透鏡陣列(4)偏折，實現集成成像三維顯示模式。
2.根據權利要求1所述的二維圖像顯示與三維顯示之間的模式切換裝置，其特征在于，內置液晶層(3)位于透鏡陣列(4)的焦平面上。
3.一種利用權利要求1的裝置進行二維圖像顯示與三維顯示之間的模式切換方法，其特征在于包括: 將二維圖像顯示模式切換為多視點三維顯示模式； 將二維圖像顯示模式切換為集成成像三維顯示模式； 將多視點三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式； 將多視點三維顯示模式切換為集成成像三維顯示模式； 將集成成像三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式； 將集成成像三維顯示模式切換為多視點三維顯示模式。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于:所述的將二維圖像顯示模式切換為多視點三維顯示模式，包括以下步驟: (4a)將內置液晶層(3)分為與透鏡陣列(4)中單個透鏡一一對應的子區域； (4b)將每個子區域中相同位置像素設置為通光狀態，使內置液晶層(3)、背光源(I)和透鏡陣列(4)三者組成方向性背光源； (4c)將外置液晶層(2)由顯示二維圖像切換為顯示視差圖像； (4d)保持方向性背光源和視差圖像的同步顯示，通過分時復用方法，實現多視點三維顯示模式。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于:所述的將二維圖像顯示模式切換為集成成像三維顯示模式，包括以下步驟: (5a)將外置液晶層(2)由顯示二維圖像切換為通光狀態； (5b)將內置液晶層(3)由通光狀態切換為顯示單元圖像陣列，背光源(I)發出光通過內置液晶層(3)調制后，經過透鏡陣列(4)偏折，實現集成成像三維顯示模式。
6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于:所述的將多視點三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式，包括以下步驟: (6a)將內置液晶層(3)設置為通光狀態； (6b)將外置液晶層(2)由顯示視差圖像切換為顯示二維圖像，用背光源(I)、內置液晶層(3)和透鏡陣列(4)組成新的背光源，為外置液晶層(2)提供背光，實現二維圖像顯示模式。
7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于:所述的將多視點三維顯示模式切換為集成成像三維顯示模式，包括以下步驟: (7a)將外置液晶層(2)由顯示視差圖像切換為通光狀態； (7b)用內置液晶層(3)顯示單元圖像陣列，背光源(I)發出光通過內置液晶層(3)調制后，經過透鏡陣列(4)偏折，實現集成成像三維顯示模式。
8.根據權利要求3所述的方法，其特征在于:所述的將集成成像三維顯示模式切換為二維圖像顯示模式，包括以下步驟: (Sa)將內置液晶層(3)由顯示單元圖像陣列切換為全通狀態； (8b)將外置液晶層(2)由通光狀態切換為顯示二維圖像，背光源(I)、內置液晶層(3)和透鏡陣列(4)組成新的背光源，為外置液晶層(2)提供背光，實現二維圖像顯示模式。
9.根據權利要求3所述的方法，其特征在于:所述的將集成成像三維顯示模式切換為多視點三維顯示模式，包括以下步驟: (9a)將內置液晶層(3)分為與透鏡陣列(4)中單個透鏡一一對應的子區域； (9b)將每個子區域中相同位置像素設置為通光狀態，使內置液晶層(3)、背光源(I)和透鏡陣列(4)三者組成方向性背光源； (9c)將外置液晶層(2)由通光狀態切換為顯示視差圖像； Od)保持方向性背光源和視差圖像的同步顯示，通過分時復用方法，實現多視點三維顯示模式。
【文檔編號】H04N13/00GK104320648SQ201410578759
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】王曉蕊, 張建磊, 杜軍輝, 馬琳, 劉鑫, 黃曦, 劉德連, 張建奇 申請人:西安電子科技大學