四視點高清立體顯示器的製作方法

2023-05-27 11:14:36 3

專利名稱：四視點高清立體顯示器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動立體顯示器，更具體地講，涉及一種四視點高清晰的自動立體顯示器，所述自動立體顯示器可用於立體電視、3D遊戲機、3D廣告及其他應用平板。
背景技術：
立體顯示器具有信息量大、能將實際場景的三維信息全部再現出來的特點，使觀看者可以從顯示器上直接看出圖像中各物體的遠近、縱深，因此觀看者能獲得更加全面而直觀的信息。傳統的立體顯示器需要觀看者佩帶偏振眼鏡、互補色眼鏡或者液晶開關眼鏡之類輔助工具，儘管具有很好的立體效果，但在許多場合併不適用。近幾年以來，不使用眼鏡的自動立體技術被積極地研究，其代表是光柵立體顯示技術，它由2D平面矩陣顯示器上加裝光柵而成，分為光柵前置式和光柵後置式，即光柵可位於背光源與矩陣顯示板之間或矩陣顯示板面向觀眾的那面，光柵可為柱鏡光柵或狹縫光柵。光柵自動立體顯示又分為雙眼視差式和多視點立體顯示，其中多視點立體顯示具有良好的觀看自由度和舒適度，適合多人同時觀看，成為發展及應用的重點。在多視點立體顯示中，為了提高橫向解析度，並避免色彩混疊現象，立體像素採取了如圖ι所示的兩種排列方式，R、G、B子像素從右上向左下組合一個完整像素。多視點立體顯示的圖像解析度較低，特別是縱向清晰度降低到2D圖像的1/3，因此不適合顯示精細的圖像和文字，為無損失地顯示高精度的2D圖像和文字，相關技術人員開發出了可2D/3D 轉換的光柵，當播放立體節目時，光柵處於3D狀態，播放平面節目時，光柵處於2D狀態。

發明內容
本發明公開了一種立體顯示器的結構和原理，目的在於提供一種四視點高清晰立體顯示器，可以以較高的清晰度顯示立體圖像，不用轉換到平面顯示方式，也可直接顯示高精度的平面節目。高清立體顯示器由圖像存儲與播放處理器、平面顯示屏和格狀光柵構成。圖像存儲與播放處理器可完成立體圖像存儲，立體圖像抽樣合成，立體圖像全高清實時顯示的功能；平面顯示屏是全高清的液晶屏或者等離子屏；格狀光柵由格狀菲林(1)和玻璃(2)粘接構成。格狀光柵平行安裝在平面顯示屏(3)之外，光柵必須與顯示屏匹配，格狀光柵透光格的形狀、大小和間距是關鍵的參數。立體圖像的顯示需解決視差圖像的子像素如何合理地排列到顯示屏的像素矩陣上，因此子像素的排列方法是立體顯示最重要的依據。在本發明中，R、G、B子像素依次以正的和倒的「品」字形結構組成一個完整像素，在水平方向上，子像素與子像素之間間隔三個子像素的位置，可以用同樣配置的格狀光柵將視差圖像分離開來。顯示屏上的立體圖像經過格狀光柵分光，分離出的視差圖像分別進入觀眾的左右眼，從而實現自由立體顯示。


為了敘述的方便，在技術方案之前先對附圖加以說明。圖1是現有技術立體顯示屏像素結構示意圖。每個2D像素由RGB三個子像素左右排列構成，是正方形像素，將一個2D像素拆分成3個子像素後，從右上到左下重新組合成新的RGB立體像素，現有技術組合成立體像素的方式有兩種，其中立體像素(7)的構成方式為RBG GRB BGR RBG GRB BGR......RBG GRB BGR與豎直方向構成的角度為12.53°，與12.53°的斜紋光柵配合，具有較好的立體顯示效果，可以消除顏色混疊現象。立體像素(8)的構成方式為RBGRBGRBGRBGRBGRBG......RBG RBG RBG與豎直方向構成的角度為18.43°，與18.43°的斜紋光柵配合，具有較好的立體顯示效果，可以消除顏色混疊現象。還存在兩種子像素從左上到右下的對稱結構，與上述兩種完全等效，不再單獨說明。現有技術的不足之處在於，縱向像素的解析度只有原來的1/3， 全高清屏的立體顯示清晰度只有360P。圖2A是立體顯示屏結構的側視圖，由格狀光柵和平面顯示屏(3)構成，格狀光柵由格狀菲林(1)和玻璃( 粘合而成；圖2B是主視圖，平面顯示屏C3)與格狀光柵相互平行，並保持合適的間距固定安裝在一起。圖3是顯示屏立體像素組合示意圖。一個完整2D像素由三個左右排列的子像素 (4)構成，呈正方形；一個完整的立體像素由正「品」字形排列的三個子像素(5)或呈倒「品」 字形排列的三個子像素(6)構成；子像素與子像素之間間隔3個子像素寬度，相鄰兩行子像素與子像素左右錯開兩個子像素的位置。顯然，這種立體圖像是四鏡頭拍攝的，解析度在橫縱向均降為全高清2D顯示的1/2，即(1920/2)*(1080/2)，對於立體顯示來說，其清晰度還是相當高的。圖4是基本型格狀光柵示意圖，由透光格(9)和遮光格(10)構成。透光格的形狀、大小和位置與圖3中一個視差圖像的子像素大小和位置一一對應，由於投射關係，透光格的間距比子像素間距略小，約為99. %。在2 個完整2D像素的位置上，格狀光柵具有 3個透光孔，其優點是可以直接顯示高清2D圖像，甚至最細小的文字。基本型格狀光柵有個明顯的缺點，當觀看者頭部從適合的高度上下移動時，視差圖像出現串擾，易產生眼暈感。圖5是改進型格狀光柵示意圖，由透光格(9)和遮光格(10)構成。在基本型格狀光柵基礎上，將透光格的高度減半。當觀看者頭部從適合的高度上下移動時，串擾現象將會明顯減輕。如果圖3中顯示屏像素的開口率較低，即像素行與行之間有較大的間距時，串擾將完全消失，立體圖像具有很高的清晰度。這時，即使觀看者頭部隨意上下移動，只是會感到圖像亮度的變化，容易調整最佳觀看位置，不會產生眼暈。圖6是直紋狹縫光柵示意圖，由橫向透光條(11)和遮光條(1 構成，二者寬度大致相等，其柵距正好是一行像素的高度，即顯示器像素的點距。將其貼在顯示屏(；3)上，等效於降低了像素的開口率，與改進型格狀光柵配合可以消除上下視差串擾。圖7是直紋狹縫光柵與顯示屏貼合圖，遮光條(1 遮住了子像素(4)上下兩端， 相當於減低了顯示屏開口率，可以消除上下視差串擾。缺點是降低了圖像的亮度。圖8是改進型立體顯示屏結構的側視圖，由格狀光柵、直紋狹縫光柵(13)和平面顯示屏(3)構成，格狀光柵由格狀菲林(1)和玻璃(2)粘合而成。
圖9是凹柱鏡板與顯示屏貼合側視圖，凹柱鏡板(14)緊密貼合在顯示屏( 上， 每條凹柱鏡正好覆蓋一行像素，經過成像作用，像素行的高度被壓縮，可以消除上下視差串擾而不降低圖像亮度。下面詳細說明四視點高清立體顯示器的結構和實現過程。圖像存儲與播放處理器其實就是一臺可播放高清視頻的電腦主機，或者硬碟播放器，只要能完成立體圖像存儲、立體圖像合成、立體圖像實時顯示的功能就行。首先，立體圖像需要用分屏格式存儲，所為分屏格式，就是將四幅視差圖像按「左上」 「右上」 「左下」 「右下」的順序拼接成一個「田」字型大圖，稱為分屏圖像，解析度為1920*1080，然後將分屏圖像直接編輯成全高清視頻，便於壓縮和管理；播放之前，先需要將全高清視頻解壓成序列分屏圖，再將分屏圖還原成四幅視差圖像，按一定的規則抽樣合成立體圖像，實時播放出來。可見，抽樣合成規則是實現立體顯示的關鍵。平面顯示屏由液晶屏或者等離子屏構成，可以點對點的播放全高清1080P視頻。 子像素組合成立體像素的方式如圖3所示，分為正「品」形( 和倒「品」形(6)，依次交替而成，立體圖像子像素排列規則為Rl G2 B3 R4 Gl B2 R3 G4 Bl R2 G3 B4 Rl G2 B3 R4 Gl B2 R3 G4 Bl R2 G3 B4......R3 G4 Bl R2 G3 B4 Rl G2 B3 R4 Gl B2 R3 G4 Bl R2 G3 B4 Rl G2 B3 R4 Gl B2......Rl G2 B3 R4 Gl B2 R3 G4 Bl R2 G3 B4 Rl G2 B3 R4 Gl B2 R3 G4 Bl R2 G3 B4......R3 G4 Bl R2 G3 B4 Rl G2 B3 R4 Gl B2 R3 G4 Bl R2 G3 B4 Rl G2 B3 R4 Gl B2............Rl G2 B3 R4 Gl B2 R3 G4 Bl R2 G3 B4 Rl G2 B3 R4 Gl B2 R3 G4 Bl R2 G3 B4......R3 G4 Bl R2 G3 B4 Rl G2 B3 R4 Gl B2 R3 G4 Bl R2 G3 B4 Rl G2 B3 R4 Gl B2......本發明採用1080P的全高清顯示屏，可顯示清晰度為(1920/2)*(1080/ 的立體圖像，即立體圖像的清晰度為960祁40，獲取4鏡頭立體圖像源時，視差圖像的寬高比按 16 9進行裁切，然後等比縮放成960*540像素，按狄2塊拼接成1920*1080的分屏圖像。 如果是靜態圖像，直接存儲；如果是動態影像，編輯成1080P全高清視頻格式再存儲。格狀光柵如圖4所示，如果顯示屏像素的點距為d，格狀光柵水平柵距為D = 4d* δ /3透光格大小為(d* δ /3) * (d* δ )，遮光格大小為(d* δ ) * (d* δ )，其中δ為修正係數，與光柵材料折射率、光柵到顯示屏之間的距離以及觀看距離均有關係，其值在0. 995 0. 999之間，需要依靠試驗修正，最多三次試驗就能獲得精確的結果。格狀光柵的透光格大小和形狀可適當調整，但柵距必須嚴格固定，光柵菲林與顯示屏的間距一般在2 IOmm之間，與顯示屏的大小有關。用高清立體顯示器直接播放平面節目也是可行的，相比平面顯示器而言，其清晰度基本相當。抽樣合成的規則是，將1080Ρ全高清視頻的每一幀分屏圖像還原出來的4幅視差圖像全部放大成1920*1080的RGB圖像，用圖4中白色透光格對應的所有子像素區域作為一個選區，提取第一幅視差圖像相應的子像素；將選區右移一個子像素位置，從第二幅視差圖像中提取相應的子像素；再將選區右移一個子像素位置，從第三幅視差圖像中提取相應的子像素；選區再右移一個子像素位置，從第四幅視差圖像中提取相應的子像素。最後，將全部4幅視差圖像中提取的子像素合併成一幅完整的立體圖像，在顯示屏上以點對點的方式顯示出來。有兩個問題需要注意，其一，上述抽樣合成方法只是一種容易理解的規則，並不是高效率的，需要在此基礎上歸納出一種高效算法，直接快速將4幅視差圖像抽樣合成為立體圖像；其二，圖3是像素的微觀放大圖，是顯示屏像素的物理排列方式，選區對應的是物理子像素，而在數字圖像中，子像素是按RGB通道分別存儲的，抽樣合成時需要作相應的變換。本發明公開的四視點高清晰自動立體顯示器，具有觀看自由度好，清晰度高的優點，與斜紋光柵立體顯示器相比，清晰度提高了一倍以上，不用作2D/3D轉換直接顯示高清晰平面圖像和文字。可廣泛應用於手機屏、筆記本電腦、MP4等小型屏及大幅面LCD、PDP的立體顯示。
具體實施例方式用47英寸的全高清液晶屏組建一臺四視點高清立體顯示器。準備一個47英寸的液晶屏，液晶屏的像素點距為0. 5415mm0用雷射照排機輸出一張如圖5所示的改進型格狀光柵菲林，光柵圖案有效面積為1060*600mm，格狀光柵水平柵距為0. 7196mm，透光格大小為0. 1799mm*0. 2699mm ；用雷射照排機輸出一張如圖6所示的直紋狹縫光柵菲林，透光條(11)和遮光條(1 的寬度大致相等，其柵距正好是顯示器像素的點距，將格狀光柵菲林貼合在玻璃前表面，將直紋狹縫光柵菲林貼合在玻璃後表面，緊貼安裝在顯示屏(3)上，相當於降低了顯示屏像素的開口率，可以消除上下視差串擾帶來的眼暈感。4視點的視頻節目以分屏格式存放在硬碟上，立體視頻播放器以每秒M幀以上的速度完成以下功能全高清視頻解碼成單幀分屏圖像，再拆分成4幅視差圖像，按抽樣合成規則將4幅視差圖合成一幅立體圖像，以點對點方式顯示在屏幕上。利用顯示屏的倍頻刷新技術，與專利申請200610110635. 2相結合，可在保持立體顯示清晰度的前提下將視點數提高到8個，進一步提高立體顯示器的觀看自由度和舒適性。
權利要求
1.一種立體顯示器，由圖像存儲與播放處理器、平面顯示屏和格狀光柵構成，可顯示四鏡頭拍攝的立體圖像和視頻，其特徵在於，圖像存儲與播放處理器可完成立體圖像存儲，抽樣合成，全高清實時顯示等功能，顯示屏上R、G、B子像素依次以正的和倒的「品」字形結構組成立體像素，在水平方向上，立體像素的子像素與子像素之間間隔三個子像素的位置，立體圖像相鄰兩行上子像素與子像素左右錯開兩個子像素的位置，格狀光柵平行安裝在平面顯示屏⑶之外。
2.如權利要求1所述的立體顯示器，其特徵還在於，格狀光柵由透光格(9)和遮光格 (10)構成，透光格的大小和位置與立體圖像的一個視差圖子像素的大小和位置一一對應。
3.如權利要求2所述的立體顯示器，其特徵還在於，將透光格的高度減小一半，減輕上下視差串擾現象。
4.如權利要求3所述的立體顯示器，其特徵還在於，採用像素開口率較低的顯示屏，當像素行與行之間有較大的間距時，可以消除上下視差串擾現象。
5.如權利要求3所述的立體顯示器，其特徵還在於，直紋狹縫光柵由橫向透光條(11) 和遮光條(12)構成，其柵距正好是顯示器像素的點距，將其貼在顯示屏(3)上降低像素的開口率。
6.如權利要求1或3所述的立體顯示器，其特徵還在於，凹柱鏡板(14)緊密貼合在顯示屏(3)上，每條凹柱鏡正好覆蓋顯示屏的一行像素，經過成像作用，像素行的高度被壓縮，可以消除上下視差串擾而不降低圖像亮度。
7.如權利要求1所述的立體顯示器，其特徵還在於，立體圖像採用分屏格式存儲，即將四幅視差圖像按「左上」 「右上」 「左下」 「右下」的順序拼接成一個「田」字型大圖，圖像的解析度為1920*1080。
全文摘要
本發明公開了一種四視點高清晰自動立體顯示器，該立體顯示器由圖像存儲與播放處理器、平面顯示屏和格狀光柵構成。格狀光柵的基本作用與常規狹縫和柱鏡光柵類似，能對平面顯示屏上顯示的視差圖進行分光，從而實現自由立體顯示。該發明突出的優點在於，播放處理器將「品」字型結構的子像素合成一個完整的RGB立體像素，具有較高的清晰度，無色彩混疊現象，與斜紋光柵立體顯示器相比，清晰度提高了一倍以上。
文檔編號H04N13/00GK102193200SQ20101012675
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月18日 優先權日2010年3月18日
發明者薄淑英 申請人:薄淑英