立體顯示方法和設備與流程

2023-05-06 15:45:11

本發明涉及顯示技術領域，具體而言，涉及立體顯示方法和設備。

背景技術：

自由立體顯示設備多是通過狹縫光柵、柱透鏡等元件實現立體顯示，存在視區不連續和視角較窄的問題，極大地影響了觀看舒適性。為了實現在觀測者位置改變時仍然得到正確、穩定的視差關係的目的，當前的立體顯示設備有基於人眼追蹤和圖像實時重組的立體顯示方案，需要在圖像源方面進行多視點圖像的重新繪製，對軟硬體平臺的圖像處理能力的要求都比較高。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明實施例提供了立體顯示方法和設備，旨在改善上述問題。

本發明實施例提供的一種立體顯示設備，所述立體顯示設備包括：圖像採集裝置、處理器、顯示單元、分光單元和位移調節裝置。所述圖像採集裝置、所述位移調節裝置均與所述處理器連接，所述分光單元與所述位移調節裝置連接，所述分光單元位於所述顯示單元的出光面，用於將所述顯示單元顯示的左眼圖像和右眼圖像進行分光使觀測者能夠看到立體圖像。所述圖像採集裝置，用於採集包含觀測者的圖像，將所述包含觀測者的圖像發送至所述處理器。所述處理器，用於根據所述包含觀測者的圖像獲得所述觀測者的第一移動量，計算所述分光單元對應於所述第一移動量所需的第二移動量。所述位移調節裝置，用於根據所述第二移動量調節所述分光單元的位移，以使所述觀測者能夠看到立體圖像。

本發明實施例提供的一種立體顯示方法，應用於處理器。所述方法包括：獲取圖像採集裝置採集的包含觀測者的圖像，根據所述包含觀測者的圖像獲得所述觀測者的第一移動量。計算分光單元對應於所述觀測者的第一移動量所需的第二移動量，將所述第二移動量發送至位移調節裝置，以使所述位移調節裝置根據所述第二移動量調節所述分光單元的位移，使得所述觀測者能夠看到立體圖像。

上述本發明實施例提供的立體顯示方法和設備，通過圖像採集裝置獲取觀測者移動後的圖像，由所述處理器根據所獲得的包含觀測者的圖像獲取所述觀測者的第一移動量，並計算對應於所述觀測者時所需要分光單元移動的第二移動量，控制所述位移調節裝置帶動所述分光單元移動所述第二移動量，以使所述分光單元的移動能使得移動後的觀測者仍然能觀測到較好的立體圖像。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1是本發明第一實施例提供的立體顯示設備的結構示意圖；

圖2是本發明第一實施例提供的立體顯示設備所應用的圖像的像素點對應觀測者的幾何關係示意圖；

圖3是本發明第一實施例提供的立體顯示設備所應用的顯示單元、分光單元和觀測者之間的相對位置關係的示意圖；

圖4是本發明第二實施例提供的立體顯示設備的結構示意圖；

圖5是本發明第三實施例提供的立體顯示方法的步驟流程圖。

圖標：

立體顯示設備100；圖像採集裝置110；處理器120；分光單元130；第一端132，第二端134；顯示單元140；位移調節裝置150；驅動組件160；第一驅動單元162；第二驅動單元164；移動組件170；第一移動單元171；第一移動單元的控制端172；第一移動單元的移動端173；第二移動單元174；第二移動單元的控制端175；第二移動單元的移動端176；

觀測者200；預設的觀測區域Z1。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。

請參見圖1，為本發明第一實施例提供的立體顯示設備100的結構示意圖。所述立體顯示設備100包括：圖像採集裝置110、處理器120、顯示單元140、分光單元130和位移調節裝置150，所述圖像採集裝置110與所述處理器120連接，所述處理器120與所述位移調節裝置150連接，所述位移調節裝置150與所述分光單元130連接，所述分光單元130位於所述顯示單元140的出光面。

所述圖像採集裝置110，為用於採集圖像的裝置，將所採集的圖像發送至所述處理器120進行相關數據信息的獲取操作。所述圖像採集裝置110可以優選為網絡攝像頭，將所採集的圖像傳輸至與之連接的處理器120。所述處理器120還可以直接對所述網絡攝像頭髮送的圖像進行實施編輯和存儲，並且可以控制攝像機的雲臺和鏡頭，以便進行全方位地圖像採集。所述圖像採集裝置110設置於能拍攝到所述觀測者200(圖中用觀測者雙目指代所述觀測者)的預設的觀測區域Z1的位置，用於採集預設觀測位置處可能包含觀測者200的至少兩幀圖像，所述圖像採集裝置110可以按照預設的圖像採集間期或者周期進行圖像採集。所述圖像採集裝置110的輸出端與所述處理器120連接，將所採集的圖像發送至所述處理器120。

所述處理器120，用於根據所述包含觀測者200的圖像獲得所述觀測者200的第一移動量，並根據所述分光單元130對應於所述第一移動量所需的第二移動量。所述處理器120可以是一種集成電路晶片，具有信號的處理能力，當然，也可以由包含所述處理器120的計算機設備執行所述處理器120的數據處理功能。所述處理器120可以是通用處理器，包括中央處理器(Central Processing Unit，簡稱CPU)、網絡處理器(Network Processor，簡稱NP)等；還可以是數位訊號處理器120(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現成可編程門陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯器件、分立硬體組件，以實現或者執行本發明實施例中的公開的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器，該處理器120也可以是任何常規的處理器等。

所述處理器120根據所述圖像採集單元採集的包含觀測者200的圖像獲得所述觀測者200的第一移動量的方式可以包括：獲取包含觀測者200的前後兩幀圖像，設為第一圖像和第二圖像，所述第二圖像為所述觀測者200基於所述第一圖像移動所述第一移動量後採集的圖像。利用目標識別算法獲取所述觀測者200的頭部或者雙目位置在所述第一圖像中的第一像素坐標及在所述第二圖像中的第二像素坐標，進而根據所述第二像素坐標和所述第一像素坐標獲取觀測者200的第一移動量對應於圖像採集裝置110的像素坐標系的位移像素量，利用圖像採集裝置110的視場角等參數換算為觀測者200在空間坐標系中的實際位移量，即為所述第一移動量。所述用於識別所述觀測者200的頭部或者雙目位置的目標識別算法可以為：基於sift特徵的光流法、基於haal特徵的多分類訓練器(比如臉和眼睛)級聯等，其它能實現本實施例所應用的目標識別的算法均可適用於本實施例。在其它實施方式中，還可以在所述處理器120內預設包含觀測者200在觀測到較好的立體圖像時或者位於預設觀測區域的某特定位置時的像素坐標，所述圖像採集裝置110採集移動後的觀測者200的圖像，根據預設的像素坐標獲取所述觀測者200的像素位移量。

所述處理器120根據所獲得的觀測者200移動的像素位移獲取觀測者200在空間坐標系中的第一移動量，以及所述分光單元130對應於所述觀測者200的第一移動量所需的第二移動量的計算過程請參見圖2。圖2為圖像的像素點對應觀測者200移動的第一移動量的幾何關係示意圖。所述顯示單元140與所述觀測者200的移動平面的垂直距離為L，所述圖像採集單元在水平方向所獲得的總像素數即為水平解析度H，所述圖像採集裝置110的視場角為，距離L的預設觀測位置處能拍攝的範圍寬度為A，則A/2＝L＊tan(θ/2)。圖像採集裝置110的H個像素點對應著寬度A，則每個像素點對應的物理位移為X，X＝A/H＝2Ltan(θ/2)/H。則相應地，若所獲得的觀測者200雙目的像素位移為N時，則觀測者200的在空間坐標系中的實際物理位移，即所述第一移動量S1＝NX＝2NLtan(θ/2)/H。

所述顯示單元140，為圖像顯示設備，通過所述出光面將顯示圖像投射到預設觀測位置的觀測者200的雙目中。

所述分光單元130，位於所述顯示單元140的出光面。所述分光單元130的入光面接收所述顯示單元140的出光面顯示的圖像，以使所述顯示單元140顯示的左眼圖像和右眼圖像經由所述分光單元130的分光作用後，通過出光面投射到預設觀測位置的觀測者200雙目內，以使觀測者200能夠看到立體圖像。所述分光單元130可以為周期狹縫或者柱透鏡陣列其它能實現將顯示單元140的左眼圖像和右眼圖像進行分光的裝置均可適用於本實施例中。

所述顯示單元140、所述分光單元130和所述觀測者200的雙目之間的關係遵從相應的投影規則，由所述分光單元130與所述顯示單元140之間的相對位置可以推斷所述觀測者200位於哪些位置時可以觀測到較佳的立體顯示效果，因此，若要使觀測者200在移動後仍然可以觀測到較佳的立體顯示效果，可以選擇控制所述分光單元130進行相應的移動、控制顯示單元140進行相應地移動或者控制所述分光單元130和所述顯示單元140均移動，以使所述顯示單元140、所述分光單元130和所述觀測者200的雙目之間的相對距離仍滿足投影規則。考慮到具體實施過程中，調節所述顯示單元140的位置時需要移動較多的附屬器件等，因此本實施例優選通過移動所述分光單元130的方式來保持三者之間的相對位置關係。

如圖3所示，為所述顯示單元140、所述分光單元130和所述觀測者200雙目之間的相對位置關係的示意圖。圖3(a)所示為較佳立體顯示效果下的投影關係示意圖，圖3(b)所示為觀測者200移動後較差立體顯示效果下的投影關係示意圖。如圖3(a)所示，設定所述顯示單元140上依次設置有1－10號像素點，1、3、5、7、9號像素點承載著構成立體場景的左眼圖像(即為圖中所示L)，2、4、6、8、10號像素點承載著構成上述立體顯示場景的右眼圖像(即為圖中所示R)。觀測者200位於當前觀測位置時，左眼看到構成所述左眼圖像的各個像素點，右眼能看到構成所述右眼圖像的各個像素點，左眼圖像和右眼圖像不會較差，能觀測到較好的立體顯示效果。

如圖3(b)所示，設定所述觀測者200雙目向右移動約0.3倍瞳距，約2cm。此時，所述觀測者200左眼可以看到所述顯示單元140的1.7、3.7、5.7、7.7、9.7號像素點，表示觀測者200的左眼同時看到1號像素左邊的70％和2號像素右邊的30％，3號像素左邊的70％和4號像素右邊的30％等。右眼可以看到所述顯示單元140的0.7、2.7、4.7、6.7、8.7號像素點，表示觀測者200的右眼同時看到1號像素左邊0號像素(圖中未示出)的70％和1號像素右邊的30％，2號像素左邊的70％和3號像素右邊的30％等。左右眼觀測到同一像素點的部分圖像，會產生視覺重影。

為了消除由於觀測者200移動所產生的視覺重影，呈現較好的立體顯示效果，利用小孔成像原理或者透鏡成像原理，可以控制顯示單元140的像素點依次向左移動0.3個像素同時保證分光單元130不動，或者是控制顯示單元140的像素點保持不動，同時控制分光單元130向右移動0.3倍光柵周期，以補償觀測者200向右移動0.3倍瞳距所帶來的視覺重影。在其它實施方式中，也可以選擇控制所述分光單元130和所述顯示單元140同時移動，以配合補償所述觀測者200的移動量。考慮到所述顯示單元140多為固定設置的設備，其移動多需要較大工作量且移動量的控制難度較大，因此本實施例優選採用控制所述分光單元130沿觀測者200的移動方向移動且所述顯示單元140不動的方式來彌補所述觀測者200的移動量，以實現觀測者200在移動一定位移後仍然可以觀測到較好的立體圖像。

所述處理器120計算所述分光單元130補償所述觀測者200的第一移動量所需的第二位移量的過程請繼續參見圖2。設定所述分光單元130的主平面到所述顯示單元140像素之間的光學距離為d，則對應於所述觀測者200的第一移動量S1的所述分光單元130的第二移動量S2＝δS1d/L＝2Ndtan(θ/2)/H。

所述位移調節裝置150，用於根據所述第二移動量S2調節所述分光單元130的位移，以使所述觀測者200能夠看到較好的立體圖像。優選將所述位移調節裝置150設置於其水平方向，所述位移調節裝置150可以為機械移動結構或者電動移動結構，例如，所述位移調節裝置150可以為步進電機或者為由驅動組件160和移動組件170構成的位移調節裝置150，其它能實現帶動所述分光單元130進行定量移動的裝置均可適用於本實施例。本實施例優選所述位移調節裝置150包括驅動組件160和移動組件170，所述驅動組件160的信號接收端與所述處理器120連接。所述移動組件170包括控制端和移動端，所述驅動組件160的信號輸出端與所述移動組件170的控制端連接，將所述驅動電壓施加於所述移動組件170，控制所述移動組件170的移動端帶動與之連接的分光單元130的移動。

所述移動組件170優選為彈性單元，通過本身的彈性形變帶動分光單元130的移動，不必設置多餘的滑動軌道和移動空間。進一步地，所述移動組件170優選為電致活性聚合物，主要包括矽橡膠、聚氨酯、丙烯酸類高應變率、頻帶寬可達數百赫茲的介電彈性體。選用應變率較高的材料可以使得驅動電壓不需要很高的條件下即可實現彈性單元的較大形變，避免了高壓驅動帶來的工程隱患。選用頻率可達數百赫茲的材料可以達到較快的響應速度，使得彈性單元在幾毫秒到幾十毫秒內做出變化，避免人眼感受到圖像的明顯抖動。

由電致活性聚合物構成的彈性單元在外加電場激勵下由庫侖引力作用產生較大變形，在橫向上延展，失電後又會收縮，進而實現分光單元130在其延展方向上的移動。如果所述彈性單元採用的是具有線性介電彈性的材料，若單位電場強度產生的橫向變形係數為α，彈性單元厚度為t，長度為a，那麼需要施加的驅動電壓為如果所述彈性單元採用的是非線性介電彈性體材料，電壓值和變形量之間並非簡單的線性關係，需要先根據材料特質獲得變形量和電壓值之間的映射表，通過查表求得控制驅動單元所需的輸出電壓。

上述本發明實施例提供的立體顯示設備100，通過圖像採集裝置110獲取觀測者200移動後的圖像，由所述處理器120根據所獲得的包含觀測者200的圖像獲取所述觀測者200的第一移動量，並計算對應於所述觀測者200時所需要分光單元130移動的第二移動量，控制所述位移調節裝置150帶動所述分光單元130移動所述第二移動量，以使所述分光單元130的移動能使得移動後的觀測者200仍然能觀測到較好的立體圖像。

請參見圖4，為本發明第二實施例提供的立體顯示單元140的結構示意圖。在上述實施例的基礎上，設定所述觀測者200的第一移動量所在的方向為第一方向，所述驅動組件160包括第一驅動單元162和第二驅動單元164，所述移動組件170包括第一移動單元171和第二移動單元174，所述分光單元130包括第一端132和第二端134，所述第一端132和所述第二端134為設置於所述分光單元130與所述顯示平行方向的對應兩端。

所述第一驅動單元162的輸入端和所述第二驅動單元164的輸入端均與所述處理器120連接，所述第一驅動單元162的輸出端與所述第一移動單元的控制端172連接，所述第一移動單元的移動端173與所述分光單元130的第一端132連接。所述第二驅動單元164的輸入端和第二移動單元的控制端175連接，所述第二移動單元的移動端176與所述分光單元130的第二端134連接。所述第一驅動單元162驅動所述第一移動單元171帶動與之連接的分光單元130移動第一位移，所述第二驅動單元164驅動所述第二移動單元174帶動與之連接的分光單元130移動第二位移，所述位移與所述第二位移的矢量和為所述分光單元130對應於所述觀測者200的第一移動量所需的第二移動量。

如果所述第一移動單元171和所述第二移動單元174優選為線性介電彈性的材料，設定所述分光單元130的初始位置為平衡位置，相對平衡位置伸展則為正，相對平衡位置移動則為負。所述第一彈性單元和所述第二彈性單元的驅動電壓採用共模等幅度反相電壓信號，因此第一彈性單元和第二彈性單元的變形量之差為恆定值。則所述第一彈性單元的變形量為σL＝ULαa/t，第二彈性單元的變形量為σR＝URαa/t，且第二移動量δ＝σL－σR。對應的變形量為：F(U)＝(σL－σR)/2，那麼第一彈性單元的變形量為σL＝(2F(U)+δ)/2，第二彈性單元的變形量為σR＝(2F(U)－δ)/2，第一驅動單元162施加的瞬時電壓應該為F－1(F(U)+δ/2)，第二驅動電壓施加的瞬時電壓為F－1(F(U)－δ/2)，F和F－1代表正向和反向查表。

本發明實施例提供立體顯示設備100，將所述驅動組件160分為第一驅動單元162和第二驅動單元164，將所述移動組件170分為第一移動組件170和第二移動組件170。所述第一移動組件170和所述第二移動組件170分別設置於所述分光單元130的兩端，且所述第一移動組件170和所述第二移動組件170均優選為驅動電壓較低、響應速度較快的線性介電彈性體材料，以實現更準確的立體顯示效果。

請參見圖5，為本發明第三實施例提供的立體顯示方法的步驟流程圖，所述立體顯示方法應用於上述實施例提供的立體顯示設備100。下面將對圖5所示的步驟進行具體描述。

步驟S501，獲取圖像採集裝置110採集的包含觀測者200的圖像。

所述圖像採集裝置110設置於能拍攝到所述觀測者200的預設觀測位置的位置，用於採集預設觀測位置處可能包含觀測者200的至少兩幀圖像，所述圖像採集裝置110可以按照預設的圖像採集間期或者周期進行圖像採集。所述圖像採集裝置110的輸出端與所述處理器120連接，將所採集的圖像發送至所述處理器120。

步驟S502，根據所述包含觀測者200的圖像獲得所述觀測者200的第一移動量。

所述處理器120根據所述圖像採集單元採集的包含觀測者200的圖像獲得所述觀測者200的第一移動量的方式可以包括：獲取包含觀測者200的前後兩幀圖像，設為第一圖像和第二圖像，所述第二圖像為所述觀測者200基於所述第一圖像移動所述第一移動量後採集的圖像。利用目標識別算法獲取所述觀測者200的頭部或者雙目位置在所述第一圖像中的第一像素坐標及在所述第二圖像中的第二像素坐標，進而根據所述第二像素坐標和所述第一像素坐標獲取觀測者200的第一移動量對應於圖像採集裝置110的像素坐標系的位移像素量，利用圖像採集裝置110的視場角等參數換算為觀測者200在空間坐標系中的實際位移量，即為所述第一移動量。

步驟S503，計算分光單元130對應於所述觀測者200的第一移動量所需的第二移動量。

所述處理器120根據所獲得的觀測者200移動的像素位移獲取觀測者200在空間坐標系中的第一移動量，以及所述分光單元130對應於所述觀測者200的第一移動量所需的第二移動量的計算過程可以為：

根據公式：δ＝Xd/L計算所述分光單元130的第二移動量，其中，δ表示所述第二移動量，X表示所述第一移動量，d表示所述分光單元130與所述顯示單元140之間的光學距離，L表示所述顯示單元140到所述觀測者200的移動平面之間的垂直距離。具體的推算過程請參見上述裝置實施例，在此不再一一贅述。

步驟S504，將所述第二移動量發送至位移調節裝置150，以使所述位移調節裝置150根據所述第二移動量調節所述分光單元130的位移，使得所述觀測者200能夠看到立體圖像。

所述位移調節裝置150，用於根據所述第二移動量S2調節所述分光單元130的位移，以使所述觀測者200能夠看到較好的立體圖像。優選將所述位移調節裝置150設置於其水平方向，所述位移調節裝置150可以為機械移動結構或者電動移動結構，例如，所述位移調節裝置150可以為步進電機或者為由驅動組件160和移動組件170構成的位移調節裝置150，

其它能實現帶動所述分光單元130進行定量移動的裝置均可適用於本實施例。本實施例優選所述位移調節裝置150包括驅動組件160和移動組件170，所述驅動組件160的輸入端與所述處理器120連接，所述驅動組件160的輸出端與所述移動組件170的控制端連接，所述移動組件170的移動端與所述分光單元130連接，將所述第二移動量發送至位移調節裝置150，以使所述位移調節裝置150根據所述第二移動量調節所述分光單元130的位移的步驟包括：

根據所述第二移動量獲取驅動所述移動組件170所需的驅動電壓，將所述驅動電壓發送至所述驅動組件160，以使所述驅動組件160將所述驅動電壓施加於所述移動組件170上，使得所述移動組件170在所述驅動電壓的作用下帶動所述分光單元130移動所述第二移動量。

在一種實施方式中，所述處理器120根據所述第二移動量獲取驅動所述移動組件170所需的驅動電壓的步驟包括：根據公式：計算驅動電壓，其中，U表示所述驅動電壓，δ表示所述第二移動量，t表示所述移動組件170的厚度，a表示所述移動組件170的長度。

上述本發明實施例提供的立體顯示方法，應用於處理器，通過圖像採集裝置獲取觀測者移動後的圖像，由所述處理器根據所獲得的包含觀測者的圖像獲取所述觀測者的第一移動量，並計算對應於所述觀測者時所需要分光單元移動的第二移動量，控制所述位移調節裝置帶動所述分光單元移動所述第二移動量，以使所述分光單元的移動能使得移動後的觀測者仍然能觀測到較好的立體圖像。所述立體顯示方法的具體實施過程請參見上述裝置實施例，在此不再一一贅述。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。