專利名稱：三維圖像顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種圖像顯示系統(tǒng)，尤其涉及一種三維圖像顯示系統(tǒng)，具體地說， 涉及一種裸視三維圖像顯示系統(tǒng)，又稱自由立體顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，現(xiàn)實世界是真正的三維立體世界，而現(xiàn)有的顯示設(shè)備絕大多數(shù)都只能顯示二維信息，并不能給人以深度感覺。為了使顯示的場景和物體具有深度感覺(也就是 3D)，人們在各方面進(jìn)行了嘗試。3D成像是靠人兩眼的視覺差產(chǎn)生的，人的兩眼之間一般會有8厘米左右的距離，要讓人看到3D影像，必須讓左眼和右眼看到不同的影像，兩副畫面實際有一段小差距，也就是模擬實際人眼觀看時的情況，這樣的才能有立體感覺。比較早出現(xiàn)以及比較成熟的3D顯示技術(shù)，是利用立體眼鏡，S卩，拍攝立體圖像時就是用兩個鏡頭一左一右，得到模擬的左右眼所看到的畫面，然后左邊鏡頭的影像畫面經(jīng)過一個橫偏振片過濾，得到橫偏振光，右邊鏡頭的影像畫面經(jīng)過一個縱偏振片過濾，得到縱偏振光。立體眼鏡的左眼和右眼分別裝上橫偏振片和縱偏振片，橫偏振光只能通過橫偏振片，縱偏振光只能通過縱偏振片，這樣就保證了左邊鏡頭拍攝的東西只能進(jìn)入左眼，右邊鏡頭拍攝到的東西只能進(jìn)入右眼，于是左右眼分別看到模擬的影響畫面，視網(wǎng)膜得到立體畫面。然而，這種方式的缺點是很難完全真實的還原彩色信息，可能會有一定色偏，對那些只在一個眼睛成像的點無法色彩還原，另外，長時間佩戴此種眼鏡可能會覺得頭暈和眼球干澀。另外，由于光線只能有部分進(jìn)入眼睛，畫面亮度大大降低。還有一種立體顯示方法，則是頭盔式顯示器(Head-Mounted Display，HMD)，其基本原理是在每只眼睛前面分別放置一個顯示屏，兩個顯示屏分別同時顯示雙眼各自應(yīng)該看到的圖像，當(dāng)兩只眼睛看見包含有位差的圖像，3D感覺便產(chǎn)生了?，F(xiàn)在HMD的種類很多， 根據(jù)不同的需要，有單目的、雙目的；有全投入式的；也有半投入式的。但是HMD存在著許多缺點例如佩戴HMD觀察，必然減少觀察顯示試驗的娛樂，舒適和自然；人眼如此近距離聚焦容易感到疲勞；屏幕成像太小，必須盡可能放大以達(dá)到和人眼所見視野相一致；而且HMD 的造價也比較昂貴等。針對上述3D顯示技術(shù)的諸多缺點，最近又研究出一種新型的3D顯示技術(shù)，觀察者不需要佩戴任何觀察儀器就可以直接看見3D圖像，由于不需要佩戴任何輔助工具的自由立體顯示方式，又稱“裸眼式3D技術(shù)”。這種技術(shù)按實現(xiàn)方法分主要有透鏡法和光柵法兩種。光柵法也被稱為光屏障式3D技術(shù)或視差障柵技術(shù)，其原理和偏振式3D較為類似，。視差屏障技術(shù)的實現(xiàn)方法是使用一個開關(guān)液晶屏、一個偏振膜和一個高分子液晶層，利用一個液晶層和一層偏振膜制造出一系列的旋光方向成90°的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米，通過這些條紋的光就形成了垂直的細(xì)條柵模式。在立體顯示模式時，哪只眼睛能看到液晶顯示屏上的哪些像素就由這些視差障柵來控制。應(yīng)該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應(yīng)該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼。如果把液晶開關(guān)關(guān)掉，顯示器就能成為普通的二維顯示器。[0006]2007年4月25日公開的中國專利申請第200610136071. X號，揭示了一種光柵
法立體圖像顯示設(shè)備，該設(shè)備包括驅(qū)動具有第一和第二顯示單元并且同時顯示具有不同可識別視角的第一和第二圖像的顯示板，以及與顯示板對應(yīng)排列用于攔截或者傳送光的阻擋物。首先，在不顯示圖像的第一時間段期間，將與第一圖像對應(yīng)的第一數(shù)據(jù)信號寫在第一顯示單元上，而將與第二圖像對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)信號寫在第二顯示單元上。隨后，在第二時間段期間，通過在第二時間段期間驅(qū)動阻擋物變?yōu)榈谝桓袷綇亩钃跷飩魉凸鈦盹@示第一和第二圖像。然后，在不顯示圖像的第三時間段期間，將第二數(shù)據(jù)信號寫在第一顯示單元上而將第一數(shù)據(jù)信號寫在第二顯示單元上。最后，在第四時間段期間，通過驅(qū)動阻擋物變?yōu)榕c第一格式不同的第二格式從而阻擋物傳送光來顯示第一和第二圖像。以此提供左右眼的畫面從而合成立體圖像。這種技術(shù)通過阻擋物與顯示板的同步切換，可以提供與2D圖像相同分辨率的3D圖像。然而，這種技術(shù)，如果觀察者的位置改變，眼睛所得到的畫面就會有偏差，進(jìn)而得到的圖像不清晰。為了保證清晰，觀察者的位置需約束在較小的范圍之內(nèi)，即，3D視角較窄。2011年6月15日公開的中國專利申請第201010593615. 1號，揭示了一種3D顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制主機(jī)、切換裝置、光柵面板、平面面板；光柵面板內(nèi)側(cè)與平面面板有第一間距，光柵面板外側(cè)為觀察者所在；控制主機(jī)向切換裝置發(fā)送切換至裸眼立體顯示狀態(tài)的信號或切換至全透明狀態(tài)的信號，切換裝置根據(jù)前一切換信號，分別向光柵面板和平面面板發(fā)送方波信號和裸眼立體視頻信號，平面面板配合狹縫光柵條紋顯示裸眼立體視頻信號指示的立體視頻信息，使觀察者眼睛產(chǎn)生立體視頻感覺。該技術(shù)可實現(xiàn)2D、3D畫面的切換，但是，3D分辨率較分辨率大幅降低。本實用新型則提供一種新的三維圖像顯示系統(tǒng)用以改善或解決上述的問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種3D視角寬且3D顯示分辨率等同于2D 顯示分辨率的三維圖像顯示系統(tǒng)。本實用新型通過這樣的技術(shù)方案解決上述的技術(shù)問題提供一種三維圖像顯示系統(tǒng)，其包括顯示面板、光柵電極以及控制顯示面板顯示切換和光柵電極遮擋切換的控制器，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括頭部跟蹤系統(tǒng)，光柵電極分設(shè)為若干單元，每一單元分設(shè)成若干組，所述顯示面板根據(jù)控制器的控制信號以及對應(yīng)光柵電極的分組顯示圖像的左右圖像點，光柵電極根據(jù)控制器的控制信號與顯示面板同時切換遮擋與顯示圖像，并通過遮擋將左右圖像點分別送至觀察者左右眼。作為一種改進(jìn)，頭部跟蹤系統(tǒng)包括攝像頭與處理芯片。作為一種改進(jìn)，光柵電極與顯示面板之間預(yù)留一定距離。作為一種改進(jìn)，光柵電極的每一單元分設(shè)成6組。作為一種改進(jìn)，定義一周期，該周期內(nèi)再定義成前后兩個半周期，前半周期內(nèi)，顯示面板對應(yīng)光柵電極的分組，顯示出不同狀態(tài)下的左右分列的圖像，而光柵電極則將其中之一狀態(tài)的偶數(shù)列左畫面送至觀察者的左眼，而將另一狀態(tài)的奇數(shù)列右畫面送至觀察者的右眼；后半周期內(nèi)，顯示面板與光柵電極同時切換，顯示面板對應(yīng)光柵電極的分組，顯示出不同狀態(tài)下的右左分列的圖像，，而光柵電極則將其中之一狀態(tài)的奇數(shù)列左畫面送至觀察者的左眼，而將另一狀態(tài)的偶數(shù)列右畫面送至觀察者的右眼。作為一種改進(jìn)，光柵電極的縫寬為兩列，開口率為33%。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型具有以下優(yōu)點光柵電極采用分組設(shè)計的方式， 利用頭部跟蹤系統(tǒng)獲取觀察者位置，再根據(jù)位置調(diào)整光柵縫的位置使觀察者獲取正確的圖象，從而實現(xiàn)寬3D視角顯示，另外3D顯示時光柵電極與顯示面板畫面同步快速切換，前半周期左、右眼分別看到偶、奇列，后半周期左、右眼分別看到奇、偶列，并未損失畫面，從而實現(xiàn)全分辨率3D顯示。

圖1為本實用新型三維圖像顯示系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型是三維圖像顯示系統(tǒng)的光柵電極的分組示意圖。圖3a和圖北分別是光柵電極在前后兩個半個周期內(nèi)遮擋效果圖。圖4是本實用新型在前后兩個半個周期內(nèi)顯示畫面的示意圖。圖fe是狀態(tài)一下前后兩個半個周期內(nèi)的光柵顯示示意圖。圖恥是狀態(tài)二下前后兩個半個周期內(nèi)的光柵顯示示意圖。圖6是本實用新型的三維圖像顯示系統(tǒng)的觀察者移動位置后光柵電極在前后兩個半個周期內(nèi)遮擋效果圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的具體實施方式
。請參圖1，為本實用新型三維圖像顯示系統(tǒng)10的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，該三維圖像顯示系統(tǒng)10包括頭部跟蹤系統(tǒng)11、控制器12、顯示面板13以及光柵電極14。其中，頭部跟蹤系統(tǒng)11用以獲取觀察者相對于顯示系統(tǒng)的位置，S卩，獲取觀察者相對光柵電極14的相對空間坐標(biāo)，頭部跟蹤系統(tǒng)11主要可包括攝像頭以及處理芯片；控制器12根據(jù)頭部跟蹤系統(tǒng)11獲取的空間坐標(biāo)信息，發(fā)送控制信號至顯示面板13和光柵電極 14 ；顯示面板13用以顯示圖像信息，并根據(jù)控制器12的控制信號顯示狀態(tài)一跟狀態(tài)二的畫面信息，狀態(tài)一跟狀態(tài)二的畫面信息對應(yīng)于光柵電極14的分組；光柵電極14主要用于遮擋左右眼畫面信息，即，應(yīng)該由左眼看到的圖像顯示在顯示面板13上時，光柵電極14不透明的條紋會遮擋右眼，同理，應(yīng)該由右眼看到的圖像顯示在顯示面板13上時，光柵電極14不透明的條紋會遮擋左眼。顯示面板13與光柵電極14組成了狹縫式光柵立體顯示器。請參圖2，所示為光柵電極14的分組方式，本實施方式中，光柵電極14的每一單元分成6組，根據(jù)顯示面板的大小(分辨率或尺寸)，光柵電極被分成若干單元，本實施方式中被分成U1-U4四個單元。每一單元的畫面切換及光柵電極的遮擋相同。本實施方式的以下內(nèi)容將以其中之一單元作為示例講述。請參圖3a和圖北，定義一個周期，每一周期光柵電極14與顯示面板13的遮擋與顯示與下一周期的相同，而每一周期，又分成前半周期和后半周期，圖3a即為前半周期的光柵電極14的遮擋效果圖，而圖北即為后半周期的光柵電極14的遮擋效果圖。請參圖3a， 在前半周期內(nèi)，通過光柵電極14的遮擋，使得觀察者左眼El得到的圖像來自于光柵電極14 的每一單元的偶數(shù)列，而觀察者右眼Er得到的圖像來自于光柵電極14的每一單元的奇數(shù)列；在后半周期內(nèi)，通過光柵電極14的切換與遮擋，使得觀察者左眼El得到的圖像來自于光柵電極14的每一單元的奇數(shù)列，而觀察者右眼Er得到的圖像來自于光柵電極14的每一單元的偶數(shù)列，每一組，即一個單元內(nèi)的奇偶列得到的圖像定義為圖像點。實際上，前后兩個半個周期內(nèi)，從光柵電極14得到的圖像是分別對應(yīng)于狀態(tài)一的圖像和狀態(tài)二的圖像，如果顯示的是視頻，則狀態(tài)一與狀態(tài)二即是組成動畫的前后幀，而如果是靜態(tài)圖片，狀態(tài)一與狀態(tài)二可能完全相同，也可能是組成象素的原基色RGB。對于左眼El看到的狀態(tài)一的圖像點，定義為Li，而看到的狀態(tài)二的圖像點為L2，對于右眼Er看到的狀態(tài)一的圖像點，定義為 R1，而看到的狀態(tài)二的圖像點為R2。因此，在一個周期內(nèi)，左眼El先后看到了狀態(tài)一和狀態(tài)二圖像點Ll和L2，右眼Er先后看到了狀態(tài)一和狀態(tài)二圖像點Rl和R2。因為周期定義較短，近似于左眼同時看到狀態(tài)一和狀態(tài)二圖像點Ll和L2，右眼Er同時看到了狀態(tài)一和狀態(tài)二圖像點Rl和R2。請參圖4，所示為本實用新型在前后兩個半個周期內(nèi)顯示畫面的示意圖，其中，顯示面板畫面是指顯示面板13顯示出來的畫面，而左眼畫面和右眼畫面則是經(jīng)過光柵電極 14遮擋后得到的畫面。在前半周期，對應(yīng)光柵電極14的分組，顯示面板畫面顯示出狀態(tài)一跟狀態(tài)二左右畫面，在本實施方式中，畫面布局為從光柵電極14的第一組至第六組，分別顯示Rl、L2、RU L2、RU L2，此時通過光柵電極14的遮擋，左眼El獲得的圖像點為偶數(shù)列的L2，同時，右眼Er獲得的圖像點為奇數(shù)列的Rl ；后半周期，顯示面板畫面與光柵電極14 的遮擋同時切換，對應(yīng)光柵電極14的分組，顯示面板畫面顯示出狀態(tài)一跟狀態(tài)二的左右畫面，畫面布局為從光柵電極14的第一組至第六組，分別顯示Li、R2、Li、R2、Li、R2，此時通過光柵電極14的遮擋，左眼El獲得的圖像點為奇數(shù)列的Li，同時，右眼Er獲得的圖像點為偶數(shù)列的R2。因此，在整個周期完成后，左眼El近似同時看到了狀態(tài)一和狀態(tài)二的左圖像，而右眼Er近似同時看到了狀態(tài)一和狀態(tài)二的右圖像，兩者結(jié)合，則產(chǎn)生了立體圖像。請參圖fe和圖恥，所示為狀態(tài)一、二下前后兩個半個周期內(nèi)的光柵顯示示意圖， 本實施方式中，光柵電極14分為6組，縫寬為2列，這樣開口率約為33%，有6個可調(diào)位置。 實際應(yīng)用中光柵分組也可以為別的數(shù)目。請參圖6，為觀察者移動位置后，光柵電極在前后兩個半個周期內(nèi)遮擋效果圖。因為有頭部跟蹤系統(tǒng)11，即使觀察者移動位置，也可以通過控制器11藉由頭部跟蹤系統(tǒng)11得到的空間坐標(biāo)信息來控制光柵電極14的遮擋效果(角度或列寬)，從而基本上不受觀察者的位置影響，拓寬3D視角。依據(jù)本實用新型，在一個周期內(nèi)，左眼和右眼獲得了完整的圖像信息，并未因為光柵電極的遮擋而損失畫面，因此，3D顯示的分辨率與光柵電極全透明時(2D顯示)完全相同，另，頭部跟蹤系統(tǒng)可以使得觀察者所處位置的局限變小，即，拓展了 3D視角。簡單來說，本實用新型提出了一種新型三位圖像顯示系統(tǒng)，具體地可以是一種狹縫光柵式立體顯示裝置，光柵電極采用分組設(shè)計的方式，利用頭部跟蹤系統(tǒng)獲取觀察者位置，再根據(jù)位置調(diào)整光柵縫的位置使觀察者獲取正確的圖象，從而實現(xiàn)寬3D視角顯示，另外3D顯示時光柵電極與顯示面板畫面同步快速切換，前半周期左、右眼分別看到偶、奇列， 后半周期左、右眼分別看到奇、偶列，并未損失畫面，從而實現(xiàn)全分辨率3D顯示。另外，為提升成像效果，顯示面板與光柵電極之間需要預(yù)留一定距離，顯示面板顯示的畫面切換以及光柵電極的遮擋切換，都可以藉由控制器來完成，[0036] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護(hù)范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實用新型所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種三維圖像顯示系統(tǒng)，其包括顯示面板、光柵電極以及控制顯示面板顯示切換和光柵電極遮擋切換的控制器，其特征在于該系統(tǒng)進(jìn)一步包括頭部跟蹤系統(tǒng)，光柵電極分設(shè)為若干單元，每一單元分設(shè)成若干組，所述顯示面板根據(jù)控制器的控制信號以及對應(yīng)光柵電極的分組顯示圖像的左右圖像點，光柵電極根據(jù)控制器的控制信號與顯示面板同時切換遮擋與顯示圖像，并通過遮擋將左右圖像點分別送至觀察者左右眼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于頭部跟蹤系統(tǒng)包括攝像頭與處理芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于光柵電極與顯示面板之間預(yù)留一定距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于光柵電極的每一單元分設(shè)成6組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于定義一周期，該周期內(nèi)再定義成前后兩個半周期，前半周期內(nèi)，顯示面板對應(yīng)光柵電極的分組，顯示出不同狀態(tài)下的左右分列的圖像，而光柵電極則將其中之一狀態(tài)的偶數(shù)列左畫面送至觀察者的左眼，而將另一狀態(tài)的奇數(shù)列右畫面送至觀察者的右眼；后半周期內(nèi)，顯示面板與光柵電極同時切換，顯示面板對應(yīng)光柵電極的分組，顯示出不同狀態(tài)下的右左分列的圖像，，而光柵電極則將其中之一狀態(tài)的奇數(shù)列左畫面送至觀察者的左眼，而將另一狀態(tài)的偶數(shù)列右畫面送至觀察者的右眼。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于光柵電極的縫寬為兩列，開口率為33%。
專利摘要本實用新型關(guān)于一種三維圖像顯示系統(tǒng)，其包括顯示面板、光柵電極以及控制顯示面板顯示切換和光柵電極遮擋切換的控制器，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括頭部跟蹤系統(tǒng)，光柵電極分設(shè)為若干單元，每一單元分設(shè)成若干組，所述顯示面板根據(jù)控制器的控制信號以及對應(yīng)光柵電極的分組顯示圖像的左右圖像點，光柵電極根據(jù)控制器的控制信號與顯示面板同時切換遮擋與顯示圖像，并通過遮擋將左右圖像點分別送至觀察者左右眼，從而實現(xiàn)寬3D視角顯示，另外3D顯示時光柵電極與顯示面板畫面同步快速切換，前半周期左、右眼分別看到偶、奇列，后半周期左、右眼分別看到奇、偶列，并未損失畫面，從而實現(xiàn)全分辨率3D顯示。
文檔編號G02B27/22GK202168171SQ201120261180
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者張永棟, 謝佳, 陳瑞改 申請人:天馬微電子股份有限公司