立體顯示系統的製作方法

2023-04-29 04:16:56

專利名稱：立體顯示系統的製作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及立體顯示技術。
背景技術：
立體觀測是其中觀看者通過向觀看者的左眼視點呈現圖像的第一投影並向觀看者的右眼視點呈現相同場景的但不同的第二投影來感知在二維顯示器上展現的圖像中的深度的視覺過程。立體觀測在觀看者的兩個眼睛中的不同水平位置中具有感受域的雙眼細胞中的視覺皮層中被處理。雙眼細胞只有在它的優選刺激處於左眼中的正確位置中和右眼中的正確位置中、使雙眼細胞成為差異檢測器時才是活動的。當觀看者盯住主要對象時， 觀看者的兩個眼睛會聚，使得對象出現在兩個眼睛中的視網膜的中心處。該主要對象周圍的其它對象看起來關於主要對象移位。由於每個眼睛處於不同的水平位置中，所以每個眼睛對提供不同的視網膜圖像的場景具有略微不同的遠景(perspective)。當這兩個投影的相對取向是正確的時候，觀看者的大腦理想地將圖像之間的視差解釋為單個無失真三維圖像。近年來，使得觀看者能夠用二維顯示器來執行立體觀測的立體顯示技術的到來已被贏得關注和接受。使用典型的立體顯示技術，要求觀看者佩戴控制被遞送到每個眼睛的視覺內容的眼鏡。然而，通常情況是，僅對於某些觀看位置(諸如其中觀看者的視野與顯示器的中心正交的位置)而言，被觀看者接收到的投影的相對取向是正確的。相反，在這些觀看位置外面觀看同一顯示器的觀看者經歷重投影誤差，其表現為被觀看者的眼睛接收到的視覺內容的垂直不對準。如果圖像是很不同的，則在某些情況下，每次可以看到一個圖像， 稱為雙眼競爭的現象。這些種類的視覺偽像對於大多數觀看者而言是漸增的，導致眼疲勞、 噁心、疲乏並且可能拒絕立體顯示技術。因此，僅僅在閾值以下的令人不愉快可能不足以允許其存在。立體顯示系統的設計者和製造商繼續尋求減少與典型立體顯示技術相關聯的不利影響的改進。


圖1示出單個興趣點的兩個視點。圖2示出兩個不同圖像平面中的興趣點的各種位置。圖3A IBB示出兩個圖像平面的不對準和對準的核線的示例。圖4示出依照本發明的一個或多個實施例配置的立體顯示系統的一般示意性表
7J\ ο圖5A 5C示出依照本發明的一個或多個實施例產生的矯正圖像的示例。圖6示出依照本發明的一個或多個實施例配置的第二立體顯示系統的示例。圖7示出依照本發明的一個或多個實施例的用於立體顯示系統的3個子區域的色彩過濾方案的示例。
圖8示出依照本發明的一個或多個實施例配置的第三立體顯示系統的示例。圖9示出依照本發明的一個或多個實施例的用來創建場景的三個視圖區的四個照相機的示例。圖10示出依照本發明的一個或多個實施例的用於觀看三維圖像的方法的控制流程圖。
具體實施例方式本發明的各種實施例針對立體顯示系統，其矯正並對準被投射到觀看者的眼睛上的圖像對，從而使得顯示器的每個觀看者正確地感知三維圖像。特別地，顯示器觀看區域被劃分成子區域或子觀看區。本發明的立體顯示系統被配置為使得位於每個觀看區內的觀看者被呈現以從其位置看起來被矯正且對準的圖像對，使得每個觀看區內的觀看者能夠正確地感知呈現在立體顯示系統的顯示器上的三維圖像。核面幾何的概述
已經熟悉核面幾何和立體觀測的其它相關概念的讀者可以跳過本小節並前進至標題為立體顯示系統實施例的下一小節。本小節旨在為不熟悉核面幾何和立體觀測的讀者提供用於理解相關術語和標記法的基礎，並旨在提供用於理解下述本發明的各種實施例的基石出。核面幾何表徵立體視覺的幾何結構。特別地，核面幾何表徵在兩個照相機或觀看者的兩個眼睛從兩個不同位置觀看三維場景時創建的幾何關係和約束。圖1示出單個興趣點P的兩個視點V1和\。圖1包括位於點P與視點V1之間的第一虛擬圖像平面101和位於點P與視點V2之間的第二圖像平面102。圖像點X1和&分別是點P到圖像平面101和 102上的投影。點P及視點V1和視點V2形成稱為「核面」的平面104。由於兩個視點V1和 V2是不同的，所以每個視點投射到另一視點的圖像平面的不同點上。這兩個點在圖1中被表示為ei和％並被稱為「核點」。換言之，視點V1作為核點％投射到圖像平面102上，並且視點V2作為核點ei投射到圖像平面101上。視點V1和V2及核點ei和％位於稱為「基線」 的同一條線106上。如圖1的示例中所示，從V1前進至P的線108在圖像平面101中從視Av1被看成單個圖像點Xl。沿著線108存在的諸如點P1和P2的任何點在圖像平面101中也被看成單個圖像點Xl。相反，同一條線108在圖像平面102中從視點V2被看成從％前進至&的線 110，其中點P1和P2分別作為圖像點112和114出現在圖像平面102中。圖像平面102中的線110被稱為「核線」。對稱地，從V2前進至P的線116在圖像平面102中從視點V2被看成單個圖像點&，但是在圖像平面101中被看成從ei前進至X1的核線118。當圖像點X1是已知的時，連同161 & 102與VjPV2之間的相對幾何結構一起，能夠確定核線110且點P投射到圖像平面102的圖像點&上，圖像點&位於核線110上。因此，對於在一個圖像平面中觀察到的每個點而言，能夠在另一圖像平面中在已知核線上觀察到相同的圖像點。這提供了相應圖像點滿足的「核線約束」。因此，可以測試兩個圖像點是否實際上對應於三維空間中的同一個點。還可以如下那樣通過使兩個圖像點相關的3X3
基本矩陣戶來描述核線約束換言之，當兩個圖像點X1和&滿足核線約束時，則由圖像點X1和&定義的射線是共面的。所有核面和核線在核點處相交(即共享同一條基線)，無論P位於何處。圖2示出兩個不同圖像平面中的點P的各種位置。最初，點P在位置202處位於第一核面Q1內。核面 Q1與圖像平面101和102相交，形成第一對核線204和206。點P被分別投射到核線204 和206的圖像點208和210上。當點P移動時，點P在第二位置處位於第二核面θ 2內。平面Q1* θ 2共享同一條基線。共享同一條基線的核面族被稱為「核心束(pencil)」或僅僅為「束」。核面θ 2與圖像平面101和102相交，形成第二對核線214和216。從視點V1看， 圖像點208從核線204移動至核線214上的圖像點218，並且從視點V2看，圖像點210垂直地從核線206移動至核線216上的圖像點220。另一方面，當點P在核面θ 2內水平地移動至第三位置222時，點P看起來是在各圖像平面中沿著核線移動。特別地，從視點V1看， 圖像點218看起來橫向地沿著核線214移動至圖像點224。相反，從視點V2看，圖像點220 看起來橫向地沿著核線216移動至圖像點226。立體圖像捕獲
在捕獲並觀看三維視頻呈現時有三個主要因素要考慮。首先，照相機的相對取向通常優選地應被對稱地配置為具有在無限遠處的任一平行觀看或以某聚散度內傾(toe in)。其次，顯示器表面相對於照相機捕獲和投影的取向應理想地與照相機之間的基線成直角。這導致顯示器表面上的核線是平行的且被水平地布置。第三，在他/她在觀看區的中心位置中看三維呈現時觀察者與顯示器表面的相對取向，觀看者與場景成直角地看，這是最佳的。 然而，當觀看者偏離中心定位時，該觀看者仍可以以直角來觀看，而正常的將注意顯示器的中心，在那裡展現大部分動作。圖3A示出兩個不對稱地定位的照相機的示例。在圖3A的示例中，視點V1和V2表示兩個照相機的投影中心。圖像平面301和302對應於由第一和第二照相機收集的圖像。 對於場景中的每個點P和兩個視點V1和V2而言，存在穿過P和連接視點V1和V2的基線304 的核面。基線304對應於貫穿照相機的投影中心的線。在圖3A中表示的結構將場景劃分成穿過基線304的核面的束，其中的許多被標識為θ ρ θ 2、θ 3、θ η、θ n+1、θ n+2和θ η+3。從視點V1看，圖像平面301被定向為使得核面與圖像平面相交，創建對應於每個核面的平行核線。例如，對應於與圖像平面301相交的核面θ 3的核線306和對應於與圖像平面301相交的核面θ 2的核虛線307是平行的。另一方面，從視點V2看，圖像平面302被定向為使得所述核面與圖像平面302相交，創建源自於位於基線304上的點的核線。例如，對應於與圖像平面302相交的核面θ 3的核線308和對應於與圖像平面302相交的核面θ 2的核虛線 309不是平行的且看起來源自於同一點。如圖3Α的示例中所示，圖像點310對應於被投射到圖像平面301上的點P，並且圖像點312對應於被投射到圖像平面302上的點P。然而，當由兩個照相機捕獲的在核面θ3 中移動的點P的圖像被投射到公共顯示器表面上時，圖像平面301和302中的核線的不同取向在圖像平面中產生點的不同移動。例如，如圖3Α中所示，考慮在核面θ 3中與基線304 平行地移動點P。當點P在核面θ 3內從位置314移動至新位置316時，從視點V1看，圖像點310看起來水平地移動至新位置318。換言之，圖像點310沿著核線306移動。相反，從視點V2看，點P向下移動至新位置320的左側。換言之，圖像點312沿著核線308移動，其不與在圖像平面301中觀察到的圖像點的移動對準。由於兩個圖像平面301和302的核線之間的不對準，如果觀看者將如在這些圖像中捕獲的那樣進行觀察，則他/她將看到點P的兩個不同類型的移動，並且這些將與良好的三維感知不相容。因此，觀看者隨著時間的推移將可能經歷眼疲勞、疲乏和噁心。顯示系統實施例的作用將是通過使這些核線在兩個眼睛之間達到一致來改善這種狀況，如圖3B中所示。為了避免上述問題，應針對對稱捕獲來對照相機進行定向(即平行或內傾)。可以使用稱為「矯正單應性」的變換來校正由照相機產生的圖像。例如，圖3B示出可以如何使用矯正單應性來用平行於圖像平面301的核線且平行於基線304的核線從圖3A的圖像平面302產生合成的圖像平面322的示例。此圖像現在被適當地結構化以用於顯示。無論什麼相對照相機取向(諸如圖3A)，幾乎始終都存在提供(deliver)此平行結構化的矯正變換 (例外的是當核點實際上在圖像中時，在這種情況下，映射不再是單射的)。圖像點310沿著核線306在圖像平面301中的移動未改變，並且現在在合成的圖像平面322中，點320還水平地移動至新位置324。因此，由兩個照相機捕獲的點314的移動是一致的，因為圖像平面 301和322的核線處於一致，並且與基線304處於一致，消除了眼疲勞、疲乏和噁心。立體顯示系統
為了改善的立體視覺體驗，本發明的實施例針對使得在觀看區的特定位置中分組的觀看者能夠接收單獨的左眼和右眼矯正圖像以用於被投射到顯示器上的圖像的三維觀看的立體顯示系統。圖4示出依照本發明的一個或多個實施例配置的立體顯示系統400。顯示系統400包括顯示器402、被劃分成諸如左、中心和右子區域405 407的子區域的觀看區 404以及成對的立體投影儀409 411，每對立體投影儀對應於子區域中的一個。顯示器 402可以是能夠在那裡投射圖像以便被位於觀看區404中的觀看者觀看的白色或銀白色表面。每對立體投影儀包括由表示的左眼投影儀，其向顯示器402上投射用於在相應的子區域中分組的觀看者的左眼的圖像，以及由Pk表示的右眼投影儀，其向顯示器402上投射用於在相應的子區域中分組的觀看者的右眼的圖像。由單個立體投影儀產生的用於左眼和右眼的單獨圖像稱為「圖像對」。例如，如圖4中所示，立體投影儀409包括向顯示器402上投射用於在子區域405中分組的觀看者的左眼圖像的左眼投影儀412和向顯示器402上投射用於在子區域405中分組的觀看者的右眼圖像的右眼投影儀414。每對投影儀被配置並定向為使得觀看區404的相應子區域中的觀看者接收到圖:3B中所示的水平結構。請注意，本發明的立體顯示系統實施例不限於被再分成僅三個觀看子區域的觀看區和三個相應的立體投影儀。可以將顯示系統實施例配置為在觀看區的任何適當配置中具有任何適當數目的觀看子區域和相應的立體投影儀。然而，為了簡單起見，下面針對具有僅被再分成三個子區域的觀看區的立體顯示系統來描述本發明的實施例，每個子區域具有相應的一對立體投影儀。可以通過確定被封裝在可以從上述基本矩陣F和核點導出的照相機投影矩陣 f中的一組參數來實現捕獲及顯示已矯正圖像對的處理。照相機矩陣f是視點從實際三維場景到二維圖像中的點的映射。照相機矩陣f使得能夠實現所獲取圖像的重新投影以匹配觀看區的各種子區域中的觀看者的觀看要求。例如，雖然觀看者的眼睛之間的基線與觀察照相機之間的基線是固定的，但合成投影的取向可以是可變的。特別地，遙攝合成圖像平面使得能夠實現具有與任何觀看姿勢相當的核線對準的圖像對。因此，可以使用照相機矩陣P來對用立體照相機捕獲的兩個圖像進行重新採樣和矯正以滿足與如下觀看區的特定子區域相關聯的觀看要求。由於預期觀看者朝著顯示器的中心看且處於直角，所以與每個子區域相關聯的投影儀被設立為產生基本上相同的水平結構。觀看者的眼睛具有與照相機類似的掃描線結構，雖然觀看者在球的內側上而不是如照相機那樣在圖像平面上創建圖像。對於第一種近似而言，並且為了簡單起見，可以將觀看者的眼睛視為平面。當觀看者定位於中心的側面並與屏幕的中心成非直角地觀看顯示器時，此模型開始失效。返回到圖4，位於中心子區域406中的觀看者以與顯示器402的中心成基本上直角看顯示器402。每個觀看者的眼睛掃描線被以與顯示器的表面反射捕獲和矯正的圖像掃描線近似相同的方式定向。對於每個視野而言，眼球至眼球基線平行於屏幕(例如在上文參考圖3B所述的照相機捕獲情況下)且不存在垂直差異或不對準。圖5示出針對位於中心子區域406中的成組的觀看者的左眼和右眼創建的合成圖像平面501和502的示例。視點八和 Vp表示觀看者的眼睛的左眼和右眼視點。對於位於圖4中所示的中心子區域406中的一組觀看者而言，立體投影儀410被配置和定向為使得觀看者接收具有平行核線的左眼圖像和右眼圖像。用於左眼視點八的圖像平面501的核線是平行的，並且用於右眼視點Vk的圖像平面502的核線也是平行的。圖5還揭示了圖像平面501和502的核線基本上平行於在該組觀看者的眼睛之間延伸的基線503。另一方面，對應於在中心子區域406的左側和右側定位的子區域的立體投影儀被配置並定向為調整被投射到顯示器上的圖像的核線以映射到位於各子區域中的觀看者的每個眼睛中的核線。例如，考慮位於左子區域405中的觀看者並假設該觀看者在顯示器402 的中心處向右看(即，觀看者不是正在以直角觀看顯示器402)。圖5B示出位於觀看區中的中心的左邊的觀看者的示例視野。在圖5B的示例中，觀看者通過由圓圈507和508表示的左和右眼球看到顯示屏506。圖5B還包括近似觀看者的眼睛的實際圖像區域的左眼和右眼圖像平面509和510。不同於位於諸如子區域406的中心子區域中的觀看者，對於位於左子區域中的觀看者而言，觀看者的眼球至眼球基線512不平行於顯示屏506 ；而是，其與屏幕相交。結果，從左子區域中的觀看者的觀察點看，在顯示器506上展現的對象經歷投影變換，其使某些部分相對於他的眼球掃描線垂直地移動，被投射到屏幕上的任何平行線看起來朝著顯示器506的右側會聚。例如，如圖5B中所示，交錯的平行線518看起來朝著顯示器506的右側520會聚。頭和眼球旋轉可以改善此效應一在觀看者注視的地方，將不存在垂直不對準，但是將存在此位置的左側和右側的不對準。圖5C示出採用依照本發明的實施例中的一個或多個執行的圖像校正的位於觀看區中的中心的左邊的同一觀看者的示例視野。為了針對圖5B中所示的視覺分散進行校正， 如圖5C的示例中所示，諸如投影儀409的相應的左眼和右眼投影儀被配置為使被投射到顯示器506上的圖像對沿著垂直方向朝著顯示器506的右側伸展，如由方向箭頭522所指示的，並且使圖像對朝著顯示器的左側收縮，如由方向箭頭5M所指示的，從而使得顯示器 506上的核線映射到每個觀看者的眼睛中的核線。換言之，如圖5C的示例中所示，由觀看者的眼睛507和508捕獲且被顯示在左眼和右眼圖像平面509和510上的線518的圖像看起來被校正了(即，平行)，如同觀看者正坐在觀看區的中心子區域中一樣。對於位於右子區域407中的觀看者而言，觀看者的眼球至眼球基線也以與位於左子區域405中的觀看者類似的方式不平行於屏幕，如圖5B中所示。從右子區域407中的觀看者的觀察點看，被投射到屏幕上的任何平行線看起來朝著顯示器402的左側會聚。如同位於左子區域405中的觀看者一樣，在觀看者注視的地方，將存在類似的視覺效果；在左側和右側將發生誤差。為了校正這些視覺分散，類似於在圖5C中呈現的圖像校正，相應的投影儀411被配置為使被投射到顯示器402上的圖像對沿著垂直方向朝著顯示器402的左側伸展並使圖像對朝著顯示器的右側收縮，從而使得顯示器402上的核線映射到子區域407 的每個觀看者的眼睛中的核線。由觀看者的眼睛捕獲的圖像也看起來被校正了，如同觀看者正坐在觀看區的中心子區域中一樣。產生從顯示屏到觀看者的眼球的投影以改善任何對準問題。換言之，應將顯示器上的圖像預配置為使得其核線與該觀看區中的觀看者的等同觀看核線結構(印ipolar structuring)最好地對準。此處理是近似的，因為不同的觀看者將具有不同的取向。目標是在一般意義上使不舒適最小化，並且通過提供觀看者在其內部將具有可接受的感知的區來完成這一點。返回到圖4，顯示系統400還包括由觀看者佩戴的眼鏡416。該眼鏡被配置為具有與成對的立體投影儀中的一個或多個的左眼和右眼濾光器相對應的左眼和右眼濾光透鏡。 如圖4中所示，由&來表示左濾光器，並由！^來表示右濾光器。為了使每個觀看者體驗在顯示器402上顯示的圖像的立體視覺，每個觀看者佩戴一對眼鏡416，從而使得由左眼投影儀產生的左眼圖像到達觀看者的左眼而不是觀看者的右眼，並且由右眼投影儀產生的右眼圖像到達觀看者的右眼而不是觀看者的左眼。例如，當位於左子區域405中的一組觀看者中的每個佩戴一副眼鏡416時，由左眼投影儀412產生的圖像進入每個觀看者的左眼且由右眼投影儀414產生的圖像進入每個觀看者的右眼但反之不是這樣，確保了位於左子區域 405中的該組觀看者中的每個體驗到立體視覺。本發明的實施例確保了位於一個觀看子區域中的各組觀看者專有地看到意圖用於該子區域的投影且並不是也看到意圖用於其它子區域的投影。例如，如果位於中心子區域406中的該組觀看者還能夠看到意圖用於位於左子區域405中的該組觀看者的投影，則中心子區域中的該組觀看者將看到由立體投影儀410產生的被正確地矯正的圖像對，但是他們還將看到由立體投影儀409產生的圖像對。意圖用於位於左子區域中的觀看者的圖像對於位於中心子區域中的觀看者而言將看起來是失真的，導致混淆、視覺分散和包括眼疲勞、疲乏和噁心的可能的其它令人不愉快的副作用。圖6示出依照本發明的一個或多個實施例配置的立體顯示系統600的示例。顯示系統600包括顯示器602、被劃分成觀看子區域A、B和C的觀看區604、以及對應的立體投影儀A、B和C。顯示器602可以是能夠在那裡投射圖像以便被觀看區604中的觀看者觀看的白色或銀白色表面。在本實施例中，可以將立體投影儀A、B和C放置在一個位置中。每對立體投影儀被配置為投射已矯正的左眼和右眼圖像，其包括用於位於相應觀看子區域中的各組觀看者的圖像對，如上所述的那樣。例如，立體投影儀Pm和Pak針對位於子區域A中的所述組觀看者向顯示器602上投射已矯正的左眼和右眼圖像。如圖6的示例中所示，每對立體投影儀還包括對應於特定子區域的左眼和右眼濾光器。例如，左眼投影儀Pm包括左眼濾光器Fi且右眼投影儀Pak包括右眼濾光器Fak。在本實施例中，位於觀看子區域中的每個觀看者還佩戴具有與立體投影儀的左眼和右眼濾光器相對應的左眼和右眼透鏡濾光器的一副眼鏡，形成與每個子區域相關聯的濾光器系統。例如，位於子區域A中的該組觀看者中的每個佩戴一副眼鏡A，該眼鏡A被配置有與左眼投影的左眼濾光器Fi匹配的左眼濾光透鏡且被配置有與右眼投影儀Pak的右眼濾光器Fak匹配的右眼濾光透鏡Fak。眼鏡和立體投影儀的相應的左眼和右眼濾光器確保了由立體投影儀產生的圖像對到達相應子區域中的觀看者的左眼和右眼，並且還不能被位於其它子區域中的觀看者看到。例如，左眼投影儀P皿的左眼濾光器和一副眼鏡B的左眼濾光透鏡F皿確保了被左眼投影儀~投射到顯示器602上的左眼圖像能夠在位於子區域B中的觀看者的左眼中被觀看。其餘濾光器防止由左眼投影儀IV投射的左眼圖像被觀看到。可以標記與每個子區域相關聯的眼鏡，從而使得選擇從特定子區域觀看顯示器 602的觀看者選擇與該子區域相關聯的適當的一副眼鏡。例如，可以使用彩色編碼(color coding)來使眼鏡與觀看區的特定子區域匹配。在某些實施例中，為了確保位於特定子區域中的一組觀看者能夠專有地觀看意圖用於該子區域的圖像對，每個子區域可以具有不同的一對關聯的快門眼鏡(shutter glass)。該快門眼鏡被用來通過使左眼和右眼透鏡透明度和暗度與由相應的左眼和右眼投影儀投射的圖像同步來創建三維圖像的幻影。特別地，一對快門眼鏡的每個透鏡包括具有偏振濾光器的液晶層，所述偏振濾光器具有透鏡在施加適當電壓時變暗、但透鏡以其它方式為透明的的性質。通過在右眼上暗和左眼上透明之間交替來操作快門眼鏡，並且然後該快門眼鏡被突然與右眼上透明和左眼上暗進行切換。一隻眼睛上透明和另一隻眼睛上暗之間的切換與相應的投影儀對的刷新率同步。例如，當右眼是透明的，相應的右眼投影儀向顯示器602上投射用於右眼的圖像時，左眼是暗的，並且左眼投影儀不在進行投射。透鏡被切換，從而使得當左眼是透明的，相應的左眼投影儀向顯示器602上投射用於左眼的圖像時， 而右眼是暗的，並且右眼投影儀不在進行投射。當然，必須選擇視圖集成時間和亮度水平以保證連續無閃爍的接收，其影響快門頻率和展寬(dwell)。在其它實施例中，每個子區域可以具有配置有偏振的左眼和右眼濾光器的不同的一副關聯眼鏡。例如，可以將立體投影儀A和眼鏡A的左眼和右眼濾光器Fal和Fak配置為分別透射左旋圓偏振光和右旋圓偏振光；可以將立體投影儀B和眼鏡B的左眼和右眼濾光器!V和Fbk配置為分別透射水平偏振光和垂直偏振光；並且可以將立體投影儀C和眼鏡C 的左眼和右眼濾光器Fa和Fra配置為分別透射45°偏振光和-45°偏振光。在其它實施例中，可以使用偏振濾光器的不同組合且可以使用具有其它偏振角的濾光器，雖然用於偏振的兩個相移的線性組合在單獨使用時並不支持超過兩個離散化。在其它實施例中，為了確保位於特定子區域中的一組觀看者能夠專有地觀看意圖用於該子區域的圖像對，每個子區域可以具有不同的一對關聯的左眼和右眼濾色器。圖7 示出依照本發明的一個或多個實施例的用於三個子區域A、B和C的濾色方案的示例。在圖 7的示例中，在原色區域被識別為紅色、綠色和藍色的情況下示出了可見電磁光譜的一部分 700。藍色光具有從約450 nm至約495 nm範圍的波長，綠色光具有從約495 nm至約570 nm範圍的波長，而紅色光具有從約620至約750 nm範圍的波長。可以使用適當的藍色、綠
10色和紅色光的強度來產生有用範圍的色彩。可以將被選擇用於每個子區域的左眼和右眼濾光器配置為透射在可見光譜的紅色、綠色和藍色部分的不同段內的波長，以便確保位於特定子區域中的一組觀看者能夠專有地觀看在色彩上意圖用於該子區域的圖像對。圖7包括能夠用來識別與子區域A、B和C的左眼和右眼濾光器相對應的可見光譜的各段的圖案的圖例702。例如，如圖7中所示，立體投影儀和眼鏡A的左眼濾光器F皿通過對應於可見光譜的第一組的藍色、綠色和紅色波長範圍的各段704 706，並且立體投影儀Pak和眼鏡A 的右眼濾光器Fak通過對應於可見光譜的第二組的藍色、綠色和紅色波長範圍的各段707 709。第一和第二組的藍色、綠色和紅色波長範圍確保了子區域A中的每個觀看者的左眼看到投影的彩色投影而不是投影儀Pak的投影，並且子區域A中的每個觀看者的右眼看到投影儀Pak的彩色投影而不是投影儀的投影。現在考慮立體投影儀Pa和眼鏡C的左眼濾光！Fa通過對應於可見光譜的第三組的藍色、綠色和紅色波長範圍的各段710 712， 並且立體投影儀Ρ。κ和眼鏡C的右眼濾光器Fra通過對應於可見光譜的第四組的藍色、綠色和紅色波長範圍的各段713 715。第三和第四組不同於第一和第二組，確保了子區域A中的觀看者不能看到在子區域C中投射的圖像對，並且反之亦然。請注意本發明的實施例不限於從觀看區604的後面向顯示器602上投射，如在典型的劇院環境中那樣。在其它實施例中，立體投影儀可以位於觀看區之上的任何地方並向顯示器602上進行投射。仍在其它實施例中，立體投影儀可以位於觀看區604的前面和顯示器602的後面。圖8示出依照本發明的一個或多個實施例配置的立體顯示系統800的示例。顯示系統800與上述顯示系統600幾乎相同，除了顯示器802位於立體投影儀A、B和 C與觀看區604之間之外。眼鏡濾光器和與立體投影儀相關聯的濾光器被以與上文參考立體顯示系統600所述的濾光器相同的方式配置和操作。可以一起採用此濾光和遮蔽機構(shuttering mechanism)的組合以提供圖像視圖區(view zone)的組合選擇。例如，可以存在4頻率下的遮蔽(2個視圖區)，每個使用12 波段的濾色(4組3波段RGB濾光器，再次地2個視圖區)，並且因此支持觀看區內的四個觀看子區域。本發明的實施例還包括提供其它視點，兩者都投影地提供(delivery)對準的核線且與從觀看環境中的觀看者的角度看的感知取向匹配。這可以針對η個立體視圖區用n+1 個照相機來實現，其中，相鄰照相機提供能夠被獨立於其它各對矯正並重新採樣以匹配其預定觀看取向的不同視圖對。圖9示出依照本發明的一個或多個實施例的用來創建場景的三個視圖區的四個照相機的示例。如圖9的示例中所示，相鄰照相機C1和C2形成第一立體視圖區902，相鄰照相機C2和C3形成第二立體視圖區904，並且相鄰照相機C3和C4形成第三立體視圖區906。每個立體視圖區中的成對的照相機可以被配置和定向為捕獲在無限遠處的任一平行的觀看，或者在採用一用以聚焦的聚散度觀看時被傾斜(toe)，如上文參考圖 3A所述。可以對由照相機C1和C2捕獲的圖像對進行矯正和重新採樣以產生由上文所述的立體投影儀Pm和Pak投射的左眼和右眼圖像；可以對由照相機C2和C3捕獲的圖像對進行矯正和重新採樣以產生由上文所述的立體投影儀~和Pbk投射的左眼和右眼圖像；以及可以對由照相機C3和C4捕獲的圖像對進行矯正和重新採樣以產生由上文所述的立體投影儀 Pcl和P 投射的左眼和右眼圖像。圖10示出依照本發明的一個或多個實施例的用於觀看三維圖像的方法的控制流程圖。請注意，以下步驟不限於圖10中所示和現在描述的順序。在步驟1001中，圖像對被從相應的投影儀對投射到顯示器上，如上文參考圖4、6和8所述。在步驟1002中，在觀看區的子區域中選擇性地觀看圖像對，如上文參考圖4、6、7和8所述。在步驟1003中，矯正圖像對以產生能夠在子區域中被專有地觀看的三維圖像，如上文參考圖4和5所述。
出於解釋的目的，前述描述使用特定命名來提供本發明的透徹理解。然而，對於本領域的技術人員來說將顯而易見的是不要求特定細節以便實施本發明。本發明的特定實施例的前述描述是出於舉例說明和描述的目的提出的。其並不旨在是窮舉的或使本發明局限於所公開的精確形式。很明顯，鑑於以上教導，許多修改和變化是可能的。示出並描述實施例是為了最好地解釋本發明的原理及其實際應用，以從而使得本領域的技術人員能夠最好地利用本發明及具有如適合於預期的特定用途的各種修改的各種實施例。意圖在於由以下權利要求及其等同物來限定本發明的範圍。
權利要求
1.一種立體顯示系統(400)，包括顯示器(402)；觀看區(404)；以及一對或多對立體投影儀(409 411)，每對立體投影儀對應於觀看區的子區域，其中， 每對立體投影儀向顯示器上投射圖像對，其對於位於相應子區域中的觀看者而言將看起來被基本矯正了，該觀看者專有地觀看該圖像對，使得他們能夠感知呈現在顯示器上的三維圖像。
2.權利要求1所述的系統，其中，每對立體投影儀還包括左眼投影儀(412)，被配置為投射所述圖像對的圖像，其對於位於所述相應子區域中的所述一個或多個觀看者的所述左眼而言看起來被基本矯正了 ；以及右眼投影儀(414)，被配置為投射所述圖像對的圖像，其對於位於所述相應子區域中的所述一個或多個觀看者的所述右眼而言看起來被基本矯正了。
3.權利要求1所述的系統，還包括一個或多個濾光器系統，其中，每個濾光器系統與所述觀看區的子區域(604)和相應的一對立體投影儀相關聯，每個濾光器系統被配置為使得在所述相關聯的子區域中的觀看者看到被所述相應的立體投影儀投射到所述顯示器上的所述圖像對，而不是由不同的一對立體投影儀投射到所述顯示器上的所述圖像對。
4.權利要求3所述的系統，其中，每個濾光器系統還包括眼鏡，其被配置為具有被所述子區域中的觀看者佩戴的左眼濾光器和右眼濾光器；以及被放置在對應於所述子區域的所述立體投影儀的左眼和右眼投影儀上的左眼濾光器和右眼濾光器，其中，對於所述子區域中的每個觀看者而言，所述左眼濾光器被配置為保證由所述左眼投影儀投射到所述顯示器上的左眼圖像專有地被所述觀看者的所述左眼看到， 並且所述右眼濾光器被配置為保證由所述右眼投影儀投射到所述顯示器上的右眼圖像專有地被所述觀看者的所述右眼看到。
5.權利要求3所述的系統，其中，每個濾光器系統還包括第一類型的濾色器(704 706)，其被配置為選擇性地通過電磁光譜的可見部分的藍色、綠色和紅色波長範圍的第一組的所選段；以及第二類型的濾色器(707 709)，其被配置為選擇性地通過所述電磁光譜的可見部分的藍色、綠色和紅色波長範圍的第二組的所選段。
6.權利要求3所述的系統，其中，每個濾光器系統還包括第一類型的偏振濾光器，其被配置為在第一偏振狀態下選擇性地使光通過；以及第二類型的偏振濾光器，其被配置為在第二偏振狀態下選擇性地使光通過。
7.權利要求3所述的系統，其中，每個濾光器系統還包括由相關聯的子區域中的所述觀看者佩戴的快門眼鏡，從而使得對於所述觀看區的每個子區域而言，由所述觀看區中的所述觀看者佩戴的所述快門眼鏡的交替的左眼和右眼透鏡透明和暗與該對立體投影儀的刷新率同步。
8.權利要求3所述的系統，其中，每個濾光器系統還包括提供用於所述子區域中的每個子區域的組合選擇的快門眼鏡與濾色器和/或偏振濾光器的組合。
9.權利要求1所述的系統，其中，與所述觀看區的中心子區域相關聯的立體投影儀對被配置和定向為使得位於所述中心子區域中的一組觀看者接收具有平行核線的左眼圖像和右眼圖像，該平行核線還基本上平行於被投射到所述顯示器上的圖像的掃描線。
10.權利要求1所述的系統，其中，與被定位到所述顯示器的第一側的所述觀看區的子區域相關聯的立體投影儀對被以下述方式配置和定向為示出被投射到所述顯示器上的圖像對，所述方式為使得它們看起來被基本上適當地結構化以用於該子區域中的核線對準的觀看，並且與被定位到與所述第一側相對的第二側的所述觀看區的子區域相關聯的所述對被配置和定向為以下述方式示出被投射到所述顯示器上的圖像對，該方式為使得它們看起來被基本上適當地結構化以用於該子區域中的核線對準的觀看。
11.權利要求1所述的系統，其中，所述顯示器還包括白色或銀白色表面(602)，並且所述一個或多個立體投影儀在中心定位，從而使得所述圖像對被從所述觀看區後面或之上投射到所述顯示器上。
12.權利要求1所述的系統，其中，所述顯示器還包括後投影顯示屏(802)，並且所述一個或多個立體投影儀位於所述觀看區的前面和所述顯示器的後面，從而使得圖像對被投射到面對位於所述觀看區中的觀看者的顯示器上。
13.權利要求1所述的系統，其中，由每對立體投影儀投射的圖像對是由用於η個立體視圖區的η+1個照相機創建的，其中，成對的照相機(1402 1406)提供被獨立於其它照相機對矯正和重新採樣的不同視圖對。
14.一種用於觀看三維圖像的方法，包括向顯示器上投射(1001) —個或多個圖像對，每個圖像對由一對立體投影儀產生；在觀看區的一個或多個相應的子區域中選擇性地觀看(1002)所述一個或多個圖像對中的每一個，其中，在每個子區域內，一個或多個觀看者專有地觀看所述相應的圖像對；以及矯正(1003)所述一個或多個圖像對中的每一個，其中，在每個子區域內，所述一個或多個觀看者感知呈現在所述顯示器上的所述三維圖像。
15.權利要求14所述的方法，其中，投射一個或多個圖像對還包括使用左眼投影儀(412)投射所述圖像對的圖像，其對於位於所述相應子區域中的所述一個或多個觀看者的所述左眼而言看起來被基本矯正了 ；以及使用右眼投影儀(414)投射所述圖像對的圖像，其對於位於所述相應子區域中的所述一個或多個觀看者的所述右眼而言看起來被基本矯正了。
全文摘要
本發明的各種實施例針對立體顯示系統。在一個實施例中，立體顯示系統包括顯示器(402)、觀看區(404)以及一對或多對立體投影儀(409～411)。每對立體投影儀對應於觀看區的子區域。另外，每對立體投影儀向顯示器上投射矯正的圖像對，從而使得位於相應子區域中的一個或多個觀看者專有地觀看該圖像對，使得子區域中的觀看者能夠感知呈現在顯示器上的三維圖像。
文檔編號H04N13/00GK102576154SQ200980162262
公開日2012年7月11日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者H.H.貝克 申請人:惠普發展公司，有限責任合夥企業