一种自动立体屏幕及用于再现3d图像的方法

xiaoxiao2020-9-10  7

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一种自动立体屏幕及用于再现3d图像的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于同时再现多个不同图像的自动立体屏幕,包括:像素矩阵(21),在所述像素矩阵中,限定了像素(25)的至少六个或至少八个的复数个的不相交的子集,使得所述子集中的每个子集形成像素(25)的一系列平行的条带■’光学元件(22),所述光学元件被布置在所述像素矩阵(21)的前面或后面并具有取向为与所述条带平行的类光栅结构,以便在所述屏幕前面的以及通过所述屏幕的几何形状来设置的标称距离(Dn)处,限定视区(26),使得每个所述视区(26)被精确地分配给所述子集中的一个子集以及从像素(25)的所述子集中的每个子集离开或发射的光偏转入分配给该子集的所述视区。此外,屏幕包括控制单元(23),所述控制单元用于依赖于定义3D图像的图像数据(24)来激活所述像素矩阵(21)。从而,控制单元(23)被配置成用于激活像素矩阵(21)以在屏幕前面的不同于标称距离(Dn)的观看距离(D)处实现3D图像的自动立体观看。为此,限定所述像素矩阵(21)的所述像素(25)的至少三个或至少四个的小于所述复数个的多数量的不相交的部分组,以使所述部分组中的每个部分组形成一系列的平行的带,其中,这些带中的每一个带或所述带中的大部分带中的每一个带或所述带中的至少一些带中的每一个带通过将像素(25)的至少两个所述条带组合在一起来形成,以及不同部分组的带在所述水平方向上循环交替,所述部分组与所述子集不同。通过所述像素矩阵(21)的像素(25),再现对应于所述多数量的多数目的立体半像,以使在每一种情况下,所述立体半像之一再现在如此限定的部分组的每个部分组上,所述多数目的立体半像由所述图像数据(24)定义并配对地互相补充成可感知为3D图像的立体图像。本发明还涉及一种用于再现3D图像的对应的方法。
【专利说明】-种自动立体屏幕及用于再现3D图像的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及根据主要权利要求的序言的一种用于多个不同图像的同时再现的自 动立体屏幕,以及涉及根据附属权利要求的序言的一种采用这样的屏幕可以实现的用于3D 图像的再现的方法。

【背景技术】
[0002] 已知类型的屏幕包括像素矩阵,在像素矩阵中限定了至少六个或至少八个的复数 个不相交的像素子集,以使每个子集形成具有坚向路线或相对于坚向倾斜的路线的一系列 平行的像素条带,其中不同的子集的条带在水平方向上循环交替。此外,这样的屏幕包括光 学元件,该光学元件被布置在像素矩阵的前面或后面并具有取向为与条带平行的类光栅的 结构,在每一种情况下设置从像素发出或发射的光的限定的传播方向,以便在该屏幕前面 的标称距离(该标称距离通过该屏幕的几何形状来设置)处限定多数目的相对于彼此横向 偏移的视区,所述多数目对应于所述复数,以使每个视区被精确地分配给所述子集中的一 个子集以及从像素的每个子集离开或发射的光偏转入分配给该子集的视区。
[0003] 这种类型的屏幕本身被称为所谓的多视图显示器。从现有技术获知,通过正确使 用这些屏幕,在每一种情况下,对应于所述复数的多数目的立体半像之一在像素的所述子 集上再现,在每一种情况下,两个半像以成对的方式在具有直接相邻的条带的子集上再现, 互相补充成立体图像。在这种方式下,不但在屏幕前面的单独的观看者可以在每一种情况 下自动立体地感知到相同场景的三维显示图像,在屏幕前面的多个彼此紧挨的观看者也可 以在每一种情况下自动立体地感知到相同场景的三维显示图像。此外,在屏幕前面的观看 者可以在横向方向上移动而不会失去三维的印象。而是,从根据他的移动而变化的角度,他 会看到相同的场景。
[0004] 然而,由此的缺点在于观看者或每个观看者只能在其保持位于屏幕前面的标称距 离(通过该屏幕的几何形状来设置)处,才能通过他的眼睛看到优质的3D图像。否则,观看 者的每只眼睛看到特别在屏幕的不同区域中的贡献并且在一定程度上与不同的半像重叠。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的是开发一种自动立体屏幕,在该屏幕上可以在每一种情况下从不同 的可自由选择的距离看到再现场景的三维作用图像,其中如在现有技术中所描述的,多个 观看者可同时观看屏幕并且每个人都看到场景的三维作用图像,并且对于横向移动的观看 者,他也不会失去三维的印象。本发明的另一目的是提出一种对应的方法用于在自动立体 屏幕上再现3D图像,该方法满足这些要求。
[0006] 根据本发明,该目的是通过具有主要权利要求的特征结合从属权利要求的特征的 自动立体屏幕以及通过具有附带权利要求的特征的方法来实现的。有益的设计可以从从属 权利要求的特征中推断得出。
[0007] 基于提出的屏幕,在每一种情况下的直接相邻的条带之间的横向偏移如此小,以 至于在该屏幕前面的标称距离处的所述视区相对于直接相邻的视区的横向偏移在每一种 情况下小于平均眼距。此外,该屏幕包括控制单元来依赖于定义3D图像的图像数据来激活 像素矩阵。为了激活像素矩阵以在该屏幕前面的不同于标称距离的观看距离处实现3D图 像的自动立体观看,控制单元被配置成执行以下步骤:
[0008] -限定所述像素矩阵的所述像素的至少三个或至少四个的小于所述复数个的多数 量的不相交的部分组,以使所述部分组中的每个部分组形成一系列的平行的带,其中,这些 带中的每一个带或所述带中的大部分带中的每一个带或所述带中的至少一些带中的每一 个带通过将像素的至少两个彼此直接相邻的所述条带组合在一起来形成,以及不同部分组 的带在所述水平方向上循环交替,所述部分组与所述子集不同,以及
[0009] -通过所述像素矩阵的像素,再现对应于所述多数量的多数目的立体半像,以使在 每一种情况下,所述立体半像之一再现在如此限定的部分组的每个部分组上,所述多数目 的立体半像由所述图像数据定义并配对地互相补充成可感知为3D图像的立体图像。
[0010] 从而,控制单元被配置成限定所述部分组和带,使得在所述屏幕前面的所述观看 距离处,限定对应于所述多数量的多数目的相对于彼此横向偏移的区域,使得这些区域中 的每一个区域被精确地分配给所述部分组之一以及从像素的每个所述部分组离开或发射 的光通过所述光学元件偏转入分配给该部分组的区域,其中,在纵向方向上贯穿各带的线 位于这些带中的每个带中且以不超过所述横向偏移的一半来接近该带的中间,该线被定义 为使得从该线离开的光精确地落入所述区域之一的中心。
[0011] 基于提出的措施,即使观看距离与标称距离不同,从所述观看距离处观看对应激 活的屏幕的观察者成功地看到图像质量良好的三维作用图像。特别地,通过已经描述的像 素矩阵的激活,即使观看距离与屏幕的几何形状实际上并不匹配,观察者(至少非常好的 近似)成功地看到两个彼此互补的且互相补充成立体图像的立体半像,其中,可以同时避 免由横向移动引起的明显的和令人讨厌的不规则或跳跃。因此该屏幕可用于极为不同的观 看距离。从而,没有必要使屏幕本身适应于观看距离,在某些条件下观看距离由某些应用来 确定,例如放置在给定大小和形状的房间内。
[0012] 对于该实例,其中屏幕被用作在标称距离处观看的正常的多视图显示器,最初提 到的屏幕的像素的子集可以看作是屏幕的不同通道。此处的这些通道和相关的视区如此 窄,以至于可以将两个或更多通道组合在一起以再现不同立体半像中的一个半像。在屏幕 前面的标称距离处的所述视区相对于直接相邻的视区的横向偏移在每一种情况下最大为 平均眼距的一半尤其就是这种情况。通过这一点将使屏幕以已经描述的方式适应于其它观 看距离,这是因为由多个条带组合在一起的并且在每一种情况下在其上再现半像之一的图 像条带的像素带,在每一种情况下,通过在所述部分组之间重分配像素,会横向偏移一条带 的宽度,因此,小于像素的整个带的宽度。因此,通过在不同的部分组之间或在形成这些部 分组的像素的带之间重分配所述像素的条带来简单地重新定义所述部分组,可以适应于其 它观看距离。
[0013] 基于屏幕的给定几何形状,以上提到的有关如何基于给定的观看距离定义部分组 和带的条件可以通过简单的几何关系(由束流光学和三角学引起)的应用来满足。
[0014] 本文件中的术语"立体半像"在每一种情况下表示一场景的视图,这些视图中的两 个视图相互补充成该场景的立体图像,其对应于来自以定义这些图像的视差的量相对于彼 此横向偏移、通常以大约平均眼距相对于彼此横向偏移的真实的或虚拟的摄像机位置或眼 睛位置的视图。即使在多于两个的成对地具有这些特征的一系列视图的情况下,各视图表 示为立体半像。此处,当讨论大量的互相配对补充成立体图像的立体半像时,则可能的不同 对的半像之间的视差将当然会彼此不同。有效地,视差由此被选择成使得该系列的半像,在 每一种情况下,在两个具有直接相邻的像素带的像素的部分组上表示的半像,在每种情况 下对应于来自相对于彼此横向偏移大约平均眼距的两个摄像机位置或眼睛位置的视图,因 为关于这两个半像,事实上不是相互之间相差对应的更大的视差的第一个半像和最后一个 半像。
[0015] 关于描述的屏幕,其可以是简单的多视图显示器,该多视图显示器仅仅配备有特 定的控制单元或以特定方式编程的控制单元,以至于除标称距离外,至少在一定的限制内 可以自由选择其它观看距离。典型的实施方式中,视区的尺寸在每一种情况下通常使得其 横向距离对应于平均眼距(例如65毫米)以及所述复数个可以例如为16或更大。像素矩 阵可以例如由LCD或0LED屏幕提供。关于光学元件,其具体可以为视差光栅或双凸透镜状 的透镜。这些网格类型也可以结合。在双凸透镜状的透镜的情况下,类光栅结构通常由一 系列平行柱面透镜形成。隔离网格,特别是槽网格,可以用作视差光栅。最终,光学元件还 可以是菲涅耳结构或LC结构,其再现槽网格或另一网格类型。像素可以是多色的像素或不 同基色(例如红色、绿色和蓝色)的子像素。在后面提到的例子中,通常三个像素或来自三 个连续的行的子像素互相补充成中性色或真实颜色的图像点。
[0016] 还提出了一种在以已经描述的方式可以实现设置的目的的自动立体屏幕上再现 3D图像的有益的方法。关于该方法,其具体应用在具有像素矩阵和布置在像素矩阵的前面 或后面的光学元件的屏幕上,其中在所述像素矩阵中,限定了像素的至少六个或至少八个 的复数个的不相交的子集,使得所述子集中的每个子集形成像素的具有坚向路线或相对于 所述坚向倾斜的路线的一系列平行的条带,其中,不同的子集的条带在水平方向上循环交 替,且其中,所述光学元件具有取向为与所述条带平行的类光栅结构,且在每一种情况下, 设置从所述像素离开或发射的光的限定的传播方向,以便在所述屏幕前面的以及通过所述 屏幕的几何形状来设置的标称距离处,限定对应于所述复数个的多个相对于彼此横向偏移 的视区,使得每个所述视区被精确地分配给所述子集中的一个子集以及从像素的所述子集 中的每个子集离开或发射的光偏转入分配给该子集的所述视区。基于该屏幕,在每一种情 况下的直接相邻的条带之间的横向偏移如此小以至于在屏幕前面的标称距离处的所述视 区相对于直接相邻的视区的横向偏移在每一种情况下小于平均眼距。
[0017] 基于该方法,该屏幕的像素矩阵依赖于定义3D图像的图像数据被激活以在屏幕 前面的不同于标称距离的观看距离处可以实现3D图像的自动立体观看。为此,该方法包括 以下步骤:
[0018] -限定所述像素矩阵的所述像素的至少三个或至少四个的小于所述复数个的多数 量的不相交的部分组,以使所述部分组中的每个部分组形成一系列的平行的带,其中,这些 带中的每一个带或所述带中的大部分带中的每一个带或所述带中的至少一些带中的每一 个带通过将像素的至少两个彼此直接相邻的所述条带组合在一起来形成,以及不同部分组 的带在所述水平方向上循环交替,所述部分组与所述子集不同,以及
[0019] -通过所述像素矩阵的像素,再现对应于所述多数量的多数目的立体半像,以使在 每一种情况下,所述立体半像之一再现在如此限定的部分组的每个部分组上,所述多数目 的立体半像由所述图像数据定义并配对地互相补充成可感知为3D图像的立体图像。
[0020] 从而,限定所述部分组和所述带,使得在所述屏幕前面的所述观看距离处,限定对 应于所述多数量的多数目的相对于彼此横向偏移的区域,使得这些区域中的每一个区域被 精确地分配给所述部分组之一以及从像素的每个所述部分组离开或发射的光通过所述光 学元件偏转入分配给该部分组的区域,其中,在纵向方向上贯穿各带的线位于这些带中的 每个带中且以不超过所述横向偏移的一半来接近该带的中间,该线被定义为使得从该线离 开的光精确地落入所述区域之一的中心。该方法可以基于其不同的设计和进一步的改进 (特别是基于此处描述的屏幕的类型)来实现。
[0021] 由于以此处描述的方式限定了像素的部分组(在该部分组上,再现有立体半像) 和形成这些部分组的像素的带(在每一种情况下,就其而言,由像素的至少两个条带形 成),观看者可以在屏幕上看到优质的3D图像,虽然其位于该屏幕前面的不同于标称距离 (屏幕实际针对于该标称距离设计)的观看距离处。
[0022] 图像(特别是3D图像和此处讨论的立体半像)在每一种情况下也可以是移动图 像,因此是在时间上连续的图像或帧的序列。
[0023] 在典型情况下,在屏幕前面的不同于标称距离的观看距离处的所述区域相对于直 接相邻的区域的横向偏移在每一种情况下大于平均眼距的一半。如果上面提到的通道并不 是异常狭窄,则通常这导致在每一种情况下至少两个所述像素的条带组合在一起以形成像 素的带(其用于不同半像的图像条)。如果区域相对于直接相邻的区域的横向偏移尽可能 精确到平均眼距(通常大约为65毫米),这是特别有用的。
[0024] 如果不同于标称距离的观看距离小于标称观看距离,通过已经描述的措施可以获 得特别满意的结果。结合像素矩阵上的像素的相对窄的条带,这使得足够的像素条带可用, 以形成所述像素的带以及这些条带可以以足够小的像素步进横向偏移,从而在所述观看距 离处实现用于观看的满意的图像质量。
[0025] 屏幕的控制单元可以被配置成手动输入或记录定义距离值的参数,其中控制单元 还被配置成激活像素矩阵以使所述观看距离对应于该距离值。则依赖于用户的输入或用于 不同的观看距离的另一设置,屏幕可适用于不同的观看距离。因此,关于该方法,可以设想 定义距离值的参数被输入到屏幕的控制单元或被传输至控制单元,其中像素矩阵被控制单 元激活以使所述观看距离对应于该距离值。
[0026] 还可以设想屏幕还包括用于确定至少一个观看者的眼睛对与屏幕之间的距离的 跟踪装置,其中控制单元被配置成激活像素矩阵以使所述观看距离对应于由跟踪装置确定 的距离。还可以以自动的方式实现使屏幕适应于不同于标称距离且在某些条件下会改变的 观看距离。因此,随着已经描述的方法的进一步开发,至少一个观看者的眼睛对与屏幕之间 的距离被检测,其中像素矩阵被激活以使观看距离对应于如此检测的距离。
[0027] 此外,在某些条件下,至少一对眼睛的横向位置也可被检测,其中像素矩阵依赖于 检测的横向位置被激活,以使该至少一对眼睛位于所述区域跨过的范围内,从该范围,立体 图像是自动立体可见的。随着观看者或多个观看者之一横向移动,通过该方法可以调整屏 幕的激活,以防止观看者离开区域(在该区域内可以看见或识别3D图像)。为了该目的,跟 踪装置还可以配置成确定至少一对眼睛的横向位置,其中控制单元还被配置成依赖于跟踪 装置确定的横向位置激活像素矩阵,以使至少一对眼睛位于所述区域跨过的范围内,在该 范围内立体图像是自动立体可见的。
[0028] 在屏幕的进一步形成中,光学元件可以以可控的方式设计,并形成折射特征可以 依赖于光学元件的激活而改变的透镜元件,其中所述控制单元被配置成依赖于观看距离激 活光学元件,从而使透镜元件的折射特征适应于该观看距离。因此,例如可以在尺寸上减小 透镜元件的焦点宽度,以使光学元件适应于更小的观看距离。通过这种方式,可以避免不同 图像通道之间、因此不同再现的半像之间的串扰,串扰随观看距离的改变而增大。

【专利附图】

【附图说明】
[0029] 以下通过图1至图5描述实施方式的示例。其中:
[0030] 图1示出了自动立体屏幕和该屏幕前面的观看空间的平面图的示意图,
[0031] 图2示出了图1中的屏幕的像素矩阵的细节的前视图,
[0032] 图3示出了图1中的细节的放大示意图,
[0033] 图4示出了对应于图1的相同的屏幕的示意图,其中此处省略了该屏幕的一些组 件以及通过实例的方式只画出了一些光路,以说明该屏幕的替选的激活,以及
[0034] 图5示出了图4中的细节的放大示意图。

【具体实施方式】
[0035] 图1示出了一种自动立体屏幕,该自动立体屏幕作为多视图显示器,特别适合同 时再现多个(在本示例中高达16个)不同的图像。该屏幕包括像素矩阵21和布置在像素 矩阵21前面的光学元件22。此外,该屏幕包括控制单元23,该控制单元用于依赖于定义3D 图像的图像数据24激活像素矩阵21。通常,该3D图像可以随时间改变,以至于更具体,图 像序列就是这种情况。从而,图像数据24可以存储在数据载体中,例如可以从数据载体中 读出或由计算机游戏来定义,依赖于其过程。
[0036] 关于像素矩阵21,在IXD或0LED屏幕的情况下,具有多个被布置成行和列的像素 25。图2示出了该像素矩阵21的细节。此处,各像素25在每一种情况下用矩形来表示。在 本实例中,关于像素25,其具体为基色红色、绿色和蓝色的子像素(在图2中,在每种情况 下,由字母R、G和B来表征)。
[0037] 在本实例中,在像素矩阵21上定义了像素25的复数个(16个)(在某些条件下, 该复数个当然可以明显更大或稍微更小)不相交的子集,以使这些子集中的各子集形成一 系列平行的条带。这些子集从1到16编号,在图2中在每一种情况下在各像素的上方区域 为像素25提供该像素25所属的子集的编号。从图2中可以识别出,所述条带相对于坚向 是倾斜的,以使在每个条带内一个接一个紧挨着放置的三个像素25具有三个不同的基色, 因此可以互相补充成中性色的图像打印。从而,不同子集的条带在行方向(因此,在水平方 向)上交替循环。当然,也可以想到将不同颜色的子像素布置得不同,以至于具有相同特征 的条带可以是坚向的或相对于坚向倾斜另一角度。像素矩阵21,而不是不同基色的子像素, 也可以包括中性色或多色的像素。
[0038] 光学元件22可以例如被设计成槽栅或双凸透镜状的透镜,具有取向为平行于条 带的类光栅的结构,在图2中由短划线来表示。从而,在本实例中
[0039] d = 16b Dn/ (Dn+a),
[0040] 在横向方向(对应于行方向)上该结构的周期为d,其中b是相邻像素25的区域 的形心的横向距离,a是像素矩阵21和光学元件22之间的距离以及0"是所谓的标称距离。 横向距离b也对应于像素25的直接相邻的条带的横向偏移。在每一种情况下通过这种方 式,光学兀件22设置离开像素25或由像素25透射的光的定义的传播方向。实现这一点, 使得在屏幕前面的标称距离〇"处,定义多个即16个(对应于先前所述的复数个)彼此横向 偏移的视区26,使得每个视区26被精确地分配给一个子集以及从像素25的每个子集离开 或发射的光偏转入分配给该子集的视区26。改动同样是可能的,利用该改动,光学元件22 被布置在像素矩阵21后面。在图1中每个视区26由菱形来表示并根据子集的数量从1到 16编号。彼此相邻的视区26相互横向偏移约32毫米,大约对应于平均眼距的一半。
[0041] 像素矩阵的像素 25的16个部分组,作为屏幕的16个不同的通道,可以显示有16 个不同的图像,然后,这些图像中的每一个图像从视区26之一是可见的。然而,由于在像素 矩阵21上的所述条带和相应地视区26都相对窄,对于屏幕的操作模式,像素25的子集或 通道成对地组合在一起,其中,这对应于常规的多视图显示。接着,8个不同的立体半像再 现在像素矩阵21上,在每一种情况下,每个立体半像具体再现在像素25的所提子集的两个 连续的子集上。因此,子集1和子集2再现第1个立体半像、子集3和子集4再现第2个立 体半像、子集5和子集6再现第3个立体半像、子集7和子集8再现第4个立体半像、子集 9和子集10再现第5个立体半像、子集11和子集12再现第6个立体半像、子集13和子集 14再现第7个立体半像以及子集16和子集16再现第8个立体半像。然后,这些立体半像 中的每一个立体半像在总共8个扩大的视区26'之一上是可见的,在图1中,该扩大的视区 26'从Γ到8'编号。从而,立体半像被选择,使得从彼此直接相邻的扩大的视区26'可视 的两个立体半像,在每一种情况下互相补充成立体图像,该立体图像对应于由此再现的3D 图像的视图。然后,一个或多个观看者可以在每一种情况下从位于屏幕前面的标称距离Dn 处的视平面27看到具有深度效应的三维活动视图之一。
[0042] 这里,现在描述屏幕的不同的操作方式,使用该方式,激活像素矩阵21以在不同 于标称距离D n的观看距离D处实现3D图像的自动立体观看。
[0043] 为了测量观看距离D,在本实施方式的实例中,屏幕包括跟踪装置(此处,跟踪装 置由定向到屏幕前面的观看空间的立体摄像机28给出)和用于执行图像评估方法的评估 装置29。使用该跟踪装置,检测至少一个观看者的头部位置以及测量作为该观看者的一对 眼睛与屏幕之间的距离的观看距离D。评估装置29将观看距离D的值传输至控制单元23。 可替选地,也可以通过用户的手动输入将所需的观看距离D输入至控制单元23。在本实例 中,观看距离D小于标称距离D n。
[0044] 为了激活像素矩阵21以在屏幕前面的不同于标称距离Dn的距离D处实现3D图 像的自动立体观看,控制单元23通过合适的编程技术装置,依赖于图像数据24和由跟踪装 置确定的观看距离D,执行以下将更详细说明的一些步骤。
[0045] 首先,像素25的小于所述复数个的多个(在本实例中为8个)不相交的部分组 (不同于前面提到的子集)限定在像素矩阵上,且特定地使得这些部分组中的各个部分组 形成一系列平行的带,其中这些带中的每一个带通过将像素25的至少两个直接彼此相邻 放置的前面提到的条带组合在一起来形成,以及其中不同部分组的带在水平方向上交替循 环。从而,限定所述部分组和带,使得对应于所述多个的数量的区域30相对于彼此偏移,因 此,在本实例中在屏幕前面的所述观看距离D处定义了 8个区域30,使得部分组之一被精确 地分配给这些区域30中的每一个区域以及从像素25的每个部分组离开或发射的光通过光 学元件22偏转入分配给该部分组的区域30。
[0046] 此处,部分组从1到8编号,在图2中,在各像素的下部区域中,每个像素设置有该 像素25所属的部分组的编号。因此,图2中的所述带的路线,与形成带的条带的路线一样, 通过表示在像素25中的两个编号来识别。相应地,在图1中,在每一种情况下根据其水平 横截面的形状,区域30用菱形来表示并根据部分组1至8来编号,从而在每一种情况下提 供有在上文中已经说明的各区域30所分配的部分组的编号。以示例的方式针对部分组4 和部分组5,画出了从这些部分组的像素25离开并通向各区域30的光路。从而,从这些像 素25的横向边缘离开的光束用虚线来表示,以及落入各区域30的中心的光束用实线画出。 在图3放大的图中再一次给出了图1中的虚线矩形的细节的关系。与其它图一样,重复的 特征此处提供有相同的附图标记。
[0047] 重要且真实的细节可以从图3中识别。特别定义了已经提到部分组和像素的带 (在每一种情况下由像素25的至少两个条带形成并形成这些部分组),以使得在纵向方向 上贯穿各带的线(且该线被被定义为使得从该线离开的光精确地落入区域30之一的中心) 位于每个带内且以不超过所述横向偏移b的一半而接近该带的中间。同样在图3中,为像 素25额外提供了其所属的部分组的编号。此处,虚线通向属于具有编号4和编号5的部分 组的带的边缘,以及以实线示出的光束结束于在这些带内的前面提到的线,该前面提到的 线被定义为使得从该线离开的光精确落入一个区域30的中心。所述真实的细节因此在图 3中在表示部分组4和部分组5的光路的线上识别,根据该细节,这些线位于相邻于各个带 的中间,距该中间不超过相邻条带的横向偏移b的一半。图3中保持黑色以及图2中在每 一种情况下在下方区域标记为1/8的一些像素25,可选择性地不被分配给任一部分组或者 被分配给部分组1或部分组8。因此,在每一种情况下,带具有至少为2b的宽度,其中b表 示相邻像素25的区域的图心的横向距离且对应于直接相邻的像素25的条带的横向偏移。 基于观看距离D的值和屏幕的几何形状,一些带可以具有3b的宽度。因此,各个带的宽度 不必都相同。从图2和图3中可以识别,直接相邻的带(形成所述部分组)之间的平均横 向距离稍大于2b (由简单的几何关系引起),以及在本实例中观看距离D小于标称距离Dn。 因此,由屏幕的几何特征给出的关系为
[0048] 8b,/(D+a) = d/D
[0049] 其中b'为形成所述部分组的直接相邻的带之间的平均横向距离。
[0050] 现在,控制单元23激活像素矩阵21以使对应于所述多个的数量的(在本实例中 为8个)立体半像(由图像数据24定义并成对地相互补充成可感知为3D图像的立体图 像)由像素矩阵21的像素25以以下方式再现:在每一种情况下,这些立体半像之一再现在 每个部分组上(已经在前面描述的方式中定义)。从而,各半像的许多图像条带之一再现在 像素25的每个所述带上。通过这一点,眼睛位于区域30在屏幕前面的观看距离D处所跨 过的范围内的观看者可以看见表示所述3D图像的立体图像。这对于相互之间的距离并不 太大的同时观看的多个观看者同样适用。
[0051] 除了观看者的眼睛对和屏幕之间的距离,跟踪装置还可以确定眼睛对的横向位 置。那么,像素矩阵21还可以由控制单元23依赖于跟踪装置确定的横向位置来激活,特别 是使得观看者在相对宽的限制内横向移动时,如此检测的一对眼睛依然保持在区域30跨 过的范围内以及从该范围内,立体图像依然是自动立体可视的。通过形成所述部分组的像 素25的带在像素矩阵21上以相同的方向偏移以及通过该方式重新定义部分组,用于此的 区域30可以相对于其在图1中示出的位置横向移动。
[0052] 在特定的实施方式中,光学元件22可以是可控的并形成折射特征的改变依赖于 光学元件22的激活的透镜元件。用于此的控制单元23可进一步配置成依赖于观看距离D 来激活光学元件22并使透镜元件的折射特征适应于该观看距离D。
[0053] 图4和图5示出了像素矩阵21的可选择的激活,其中重复的特征再一次提供有相 同的附图标记以及其中图5以放大的方式示出了图4中以虚线矩形的形式在图4中画出的 细节。此处,在像素矩阵21上只定义了像素25的4个部分组,在每一种情况下,部分组由 所述像素25的4个所述条带形成(在一些个例中,由像素25的5个所述条带形成)。因 此,在此,只有四对互补的立体半像再现在像素矩阵21上,再一次特别地,一个半像在每个 部分组上。否则,以上相应地所描述的同样适用部分组的定义以及在这些部分组上的立体 半像的再现。通过这种方式,可以实现区域30的更大的横向偏移,基于此,区域30更大。减 小的观看距离D是有益的,从而保证观看者的在该观看距离处观看屏幕的两只眼睛位于两 个彼此相邻的区域30内。为了说明这一点,图4中也示出了在屏幕前面的标称距离D n& 的一对具有平均眼距示出为IPD的眼睛。从图中可以识别,在屏幕前面的观看距离D处的 区域30相对于直接相邻的区域30相当精确地横向偏移对应于约65毫米的平均眼距。
[0054] 在此处描述的情况下,观看距离D总是小于标称距离Dn。为了适应该减小的观看 距离D,再现的立体半像的图像信息以展开的方式写入像素矩阵21。观看距离D也可以大 于标称距离D n。从而,可以基本采用先前描述的相同的方式来进行。为了适应这样的扩大 的观看距离D,再现的立体半像的图像信息以相应压缩的方式写入像素矩阵21。如图4和 图5中的实例,尤其可以的是,屏幕的各通道或像素矩阵21上的像素25的条带或视区26 如此窄,以至于在每一种情况下足够大的数量的(至少两个)条带可以组合在一起来形成 所述带。然而在这种情况下,可出现的是,一个或更多的所述部分组或像素25的一个或更 多的额外的部分组(所述额外的部分组以相同的方式另外限定且用于再现各立体半像)还 包括更窄的带,该更窄的带仅由像素25的所述条带中的一个条带形成。
[0055] 在前面详细进行说明的实例中,对于所有区域30来说,观看距离D是恒定的。这 意味着,各区域30的中心与屏幕之间的距离对于所有区域30来说是相同的。需要注意的 是,这并不是必须的。相反地,观看距离D可以被定义为一函数,对于屏幕前面的不同的横 向位置,该函数采取不同的值。因此,如果X是定义屏幕前面的横向位置(如图1所示的坐 标系统所指示)的变量或参数,则观看距离D(x)是X的非常量函数。像素25的不同部分 组的带相对于其在如图1中所示的位置偏移,以至于对于每个区域30,各区域30和屏幕之 间的距离对应于D( Xi)的值,其中Xi为该区域30的中心的横向位置。
【权利要求】
1. 一种用于多个不同图像的同时再现的自动立体屏幕,包括: 像素矩阵(21),在所述像素矩阵(21)中,限定了像素(25)的至少六个或至少八个的复 数个的不相交的子集,使得所述子集中的每个子集形成像素(25)的具有坚向路线或相对 于坚向倾斜的路线的一系列平行的条带,其中,不同的子集的条带在水平方向上循环交替, 光学元件(22),所述光学元件(22)被布置在所述像素矩阵(21)的前面或后面并具有 取向为与所述条带平行的类光栅结构,且在每一种情况下,设置从所述像素(25)发出或发 射的光的限定的传播方向,以便在所述屏幕前面的以及通过所述屏幕的几何形状来设置的 标称距离(D n)处,限定对应于所述复数个的多个相对于彼此横向偏移的视区(26),使得每 个所述视区(26)被精确地分配给所述子集中的一个子集以及从像素(25)的所述子集中的 每个子集离开或发射的光偏转入分配给该子集的所述视区(26),以及 控制单元(23),所述控制单元用于依赖于定义3D图像的图像数据(24)来激活所述像 素矩阵(21), 其特征在于, 在每一种情况下的直接相邻的条带之间的横向偏移(b)小,使得在所述屏幕前面的所 述标称距离(Dn)处的所述视区(26)相对于直接相邻的视区(26)的横向偏移在每一种情 况下小于平均眼距, 其中,为了激活所述像素矩阵(21)以从所述屏幕前面的不同于所述标称距离(Dn)的 观看距离(D)自动立体观看所述3D图像,所述控制单元(23)配置成执行以下步骤: -限定所述像素矩阵(21)的所述像素(25)的至少三个或至少四个的小于所述复数个 的多数量的不相交的部分组,以使所述部分组中的每个部分组形成一系列的平行的带,其 中,这些带中的每一个带或所述带中的大部分带中的每一个带或所述带中的至少一些带中 的每一个带通过将像素(25)的至少两个彼此直接相邻的所述条带组合在一起来形成,以 及不同部分组的带在所述水平方向上循环交替,所述部分组与所述子集不同,以及 -通过所述像素矩阵(21)的像素(25),再现对应于所述多数量的多数目的立体半像, 以使在每一种情况下,所述立体半像之一再现在如此限定的部分组的每个部分组上,所述 多数目的立体半像由所述图像数据(24)定义并配对地互相补充成可感知为3D图像的立体 图像, 其中,限定所述部分组和所述带,使得在所述屏幕前面的所述观看距离(D)处,限定对 应于所述多数量的多数目的相对于彼此横向偏移的区域(30),使得这些区域(30)中的每 一个区域被精确地分配给所述部分组之一以及从像素的每个所述部分组离开或发射的光 通过所述光学元件(22)偏转入分配给该部分组的区域(30),其中,在纵向方向上贯穿各带 的线位于每个带中且以不超过所述横向偏移(b)的一半来接近该带的中间,该线被定义为 使得从该线离开的光精确地落入所述区域(30)之一的中心。
2. 根据权利要求1所述的屏幕,其特征在于,在所述屏幕前面的所述标称距离(Dn)处 的所述视区(26)相对于直接相邻的视区(26)的横向偏移在每一种情况下最大为平均眼距 的一半。
3. 根据权利要求1或2任一项所述的屏幕,其特征在于,在所述屏幕前面的所述观看距 离(D)处的所述区域(30)相对于直接相邻的区域(30)的横向偏移在每一种情况下大于所 述平均眼距的一半。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的屏幕,其特征在于,不同于所述标称距离(Dn)的 所述观看距离(D)小于标称观看距离(D n)。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的屏幕,其特征在于,所述控制单元(23)被配置成 手动输入或记录定义距离值的参数,其中所述控制单元(23)被配置成激活所述像素矩阵 (21)以使所述观看距离(D)对应于该距离值。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的屏幕,其特征在于,所述屏幕包括用于确定至少 一个观看者的一对眼睛与所述屏幕之间的距离的跟踪装置,其中所述控制单元(23)被配 置成激活所述像素矩阵(21)以使所述观看距离(D)对应于由所述跟踪装置确定的距离。
7. 根据权利要求6所述的屏幕,其特征在于,所述跟踪装置被配置成还确定至少一对 眼睛的横向位置,其中所述控制单元(23)被配置成依赖于所述跟踪装置确定的横向位置 激活所述像素矩阵(21),以使所述至少一对眼睛位于所述区域(30)跨过的范围内,在该范 围,所述立体图像是自动立体可见的。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的屏幕,其特征在于,所述光学元件(22)是可控的 并形成折射特征能够依赖于所述光学元件(22)的激活而改变的透镜元件,其中,所述控制 单元(23)被配置成依赖于所述观看距离(D)激活所述光学元件(22),从而使所述透镜元件 的折射特征适应于该观看距离(D)。
9. 一种用于在自动立体屏幕上再现3D图像的方法,所述屏幕具有像素矩阵(21)和布 置在所述像素矩阵的前面或后面的光学元件(22), 其中,在所述像素矩阵(21)中,限定了像素(25)的至少六个或至少八个的复数个的不 相交的子集,使得所述子集中的每个子集形成像素(25)的具有坚向路线或相对于所述坚 向倾斜的路线的一系列平行的条带,其中,不同的子集的条带在水平方向上循环交替, 且其中,所述光学元件(22)具有取向为与所述条带平行的类光栅结构,且在每一种情 况下,设置从所述像素(25)离开或发射的光的限定的传播方向,以便在所述屏幕前面的以 及通过所述屏幕的几何形状来设置的标称距离(D n)处,限定对应于所述复数个的多个相对 于彼此横向偏移的视区(26),使得每个所述视区(26)被精确地分配给所述子集中的一个 子集以及从像素(25)的所述子集中的每个子集离开或发射的光偏转入分配给该子集的所 述视区(26), 其中,所述像素矩阵(21)依赖于定义3D图像的图像数据(24)被激活, 其特征在于, 在每一种情况下的直接相邻的条带之间的横向偏移(b)小,使得在所述屏幕前面的所 述标称距离(Dn)处的所述视区(26)相对于直接相邻的视区(26)的横向偏移在每一种情 况下小于平均眼距, 以及所述像素矩阵(21)被激活以在所述屏幕前面的不同于所述标称距离(Dn)的观看 距离(D)处自动立体观看所述3D图像,其中所述方法包括以下步骤: -限定所述像素矩阵(21)的所述像素(25)的至少三个或至少四个的小于所述复数个 的多数量的不相交的部分组,以使所述部分组中的每个部分组形成一系列的平行的带,其 中,这些带中的每一个带或所述带中的大部分带中的每一个带或所述带中的至少一些带中 的每一个带通过将像素(25)的至少两个彼此直接相邻的所述条带组合在一起来形成,以 及不同部分组的带在所述水平方向上循环交替,所述部分组与所述子集不同,以及 -通过所述像素矩阵(21)的像素(25),再现对应于所述多数量的多数目的立体半像, 以使在每一种情况下,所述立体半像之一再现在如此限定的部分组的每个部分组上,所述 多数目的立体半像由所述图像数据定义并配对地互相补充成可感知为3D图像的立体图 像, 其中,限定所述部分组和所述带,使得在所述屏幕前面的所述观看距离(D)处,限定对 应于所述多数量的多数目的相对于彼此横向偏移的区域(30),使得这些区域(30)中的每 一个区域被精确地分配给所述部分组之一以及从像素的每个所述部分组离开或发射的光 通过所述光学元件(22)偏转入分配给该部分组的区域(30),其中,在纵向方向上贯穿各带 的线位于每个带中且以不超过所述横向偏移(b)的一半来接近该带的中间,该线被定义为 使得从该线离开的光精确地落入所述区域(30)之一的中心。
10. 根据权利要求9所述的方法,其特征在于,定义距离值的参数被输入至所述屏幕 的控制单元(23)或被传输至所述控制单元(23),其中所述像素矩阵(21)被所述控制单元 (23)激活以使所述观看距离(D)对应于该距离值。
11. 根据权利要求9或10任一项所述的方法,其特征在于,至少一个观看者的一对眼睛 与所述屏幕之间的距离被检测,其中所述像素矩阵(21)被激活以使所述观看距离(D)对应 于如此检测的距离。
12. 根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述至少一对眼睛的横向位置也被检 测,其中,所述像素矩阵(21)依赖于检测的横向位置被激活,以使至少一对眼睛位于所述 区域(30)跨过的范围内,从该范围,所述立体图像是自动立体可见的。
13. 根据权利要求1-8中任一项所述的屏幕用于实施根据权利要求9-12中任一项所述 的方法的用途。
【文档编号】H04N13/04GK104221371SQ201280072245
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2012年4月30日 优先权日:2012年4月3日
【发明者】雷尼·德拉巴里, 西尔维奥·尤尔克 申请人:弗劳恩霍弗应用技术研究院

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