自适应追踪式立体显示装置及其显示方法
【专利摘要】本发明涉及一种自适应追踪式立体显示装置，包括：头部追踪模块，用于获取观看者的空间位置信息；图像处理模块，用于根据所述头部追踪模块或获取的观看者的空间位置信息，对立体视差图像进行处理；立体显示模块，用于显示所述图像处理模块处理的立体视差图像，以使当前位置的观看者看到立体图像。本发明还涉及一种自适应追踪式立体显示装置的显示方法。所述立体显示装置及其显示方法可以使不同位置的多个观看者都能得到最优的立体视觉体验。
【专利说明】自适应追踪式立体显示装置及其显示方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种立体显示装置及其显示方法，尤其涉及一种适合多个观看者的自 适应追踪式立体显示装置及其显示方法。
【背景技术】
[0002] 立体显示装置是利用人眼的视差特征，在人眼裸视或者佩戴某种辅助装置的条件 下，呈现出具有空间深度信息的逼真立体影像。立体显示装置通常是将具有视差的多个视 图通过像素排列算法合成后输出到立体显示器上。这种视差图直接传递到观看者的左眼及 右眼，进而合成立体图像。立体显示装置使人更加真实、自然及有效的感知空间深度，获得 景物的二维息。
[0003] 观看者能否观察到逼真的三维场景，不但与立体显示装置有关，而且还与观看者 双眼的空间位置有关。目前的裸眼立体显示技术中的立体显示区域比较固定，观看者只能 在立体观看区域内才能观看到比较合适的立体图像。当观看者不在该观看区域内时，将会 出现反视、重影、失真等情况，严重影响立体显示效果。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种可根据观看者的空间位置进行对应的立体显示的自适应追踪式 立体显示装置及其显示方法。
[0005] -种自适应追踪式立体显示装置，包括：头部追踪模块，用于获取观看者的空间位 置信息；图像处理模块，用于根据头部追踪模块或获取的观看者的空间位置信息，对立体视 差图像进行处理；立体显示模块，用于显示图像处理模块处理的立体视差图像，并将所述立 体视差图像投射到预定的空间位置。
[0006] 根据本发明的一优选实施例，所述图像处理模块对立体视差图像进行处理的步骤 包括对多幅立体视差图像周期性排列进行的重新排列。
[0007] 根据本发明的一优选实施例，还包括索引查找模块，其用于存储观看者空间位置 信息与立体视差图像周期性排列方式的对应关系。
[0008] 根据本发明的一优选实施例，所述图像处理模块根据索引查找模块内查找的当前 多个观看者的空间位置信息对应的立体视差图像周期性排列方式的对应关系对立体视差 图像进行处理。
[0009] 根据本发明的一优选实施例，立体显示模块包括显示面板和光线导向面板，显示 面板用于显示立体视差图像，光线导向面板将立体视差图像的光线导向预定的空间位置。
[0010] 根据本发明的一优选实施例，所述头部追踪模块为摄像头、声波探测装置、红外线 探测装置中的一种。
[0011] 根据本发明的一优选实施例，获取的观看者的空间位置信息包括观看者的数量和 观看者的位置信息。
[0012] 本发明还提供一种跟踪式立体显示方法，包括步骤：获取观看者的空间位置信息； 根据获取的观看者的空间位置信息，对立体视差图像进行处理；显示处理后的立体视差图 像，并将所述立体视差图像投射到预定的空间位置。
[0013] 根据本发明的一优选实施例，所述对立体视差图像进行处理的步骤包括对多幅立 体视差图像周期性排列进行的重新排列。
[0014] 根据本发明的一优选实施例，还包括预先存储的观看者空间位置信息和立体视差 图像周期性排列方式的对应关系做对比的步骤。
[0015] 根据本发明的一优选实施例，在所述立体视差图像进行处理中，根据查找的当前 观看者的空间位置信息与立体视差图像周期性排列方式的对应关系对立体视差图像进行 处理。
[0016] 根据本发明的一优选实施例，通过一头部追踪模块获取观看者的空间位置信息， 通过一图像处理模块对立体视差图像进行处理，通过一立体显示模块显示立体视差图像。
[0017] 相较于现有技术，本发明立体显示装置中设置有索引查找模块和头部追踪模块。 通过头部追踪模块获得观察者的位置信息，并根据观察者的位置信息与索引查找模块内预 置的信息做比较，找出适合当前位置观察者的图像显示方式，然后通过图像处理模块调整 立体显示模块的视差图像显示，从而将合适的视差图像投射到适合观看者的空间位置，通 过立体显示装置及其对应的立体显示方法，可以使不同位置的观看者都能得到最优的立体 视觉体验。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明自适应追踪式立体显示装置的一优选实施例的功能模块图。
[0019] 图2是图1所示的自适应追踪式立体显示装置的部分结构及其工作原理示意图。
[0020] 图3是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的立体显示模块的第一种图像显示 方式。
[0021] 图4是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的立体显示模块的第二种图像显示 方式。
[0022] 图5是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的立体显示模块的第三种图像显示 方式。
[0023] 图6是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的立体显示模块的第四种图像显示 方式。
[0024] 图7是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的显示方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0026] 如图1所示，图1是本发明一优选实施例的自适应追踪式立体显示装置的功能模 块图。本实施例的自适应追踪式立体显示装置1〇〇包括立体显示模块1、图像处理模块2、 索引查找模块3和头部追踪模块4。
[0027] 其中，头部追踪模块4,用于获取观看者的空间位置信息，观看者的空间位置信息 可以包括例如观看者的数量、距离自适应追踪式立体显示装置100的距离、相对位置等信 息。头部追踪模块4可以是摄像头、声波探测装置、红外线探测装置等形式的头部位置获取 及跟踪装置，在此不做具体限制。头部追踪模块4可以精确获取观看者的数量、距离自适应 追踪式立体显示装置100的位置等信息。索引查找模块3用于根据空间位置获取索引因子， 以及根据索引因子生成索引表。图像处理模块2,用于根据用户的头部位置信息对3D立体 显示图像进行处理。立体显示模块1根据图像处理模块2处理生成的立体视差图像，将其 显示给观看者。
[0028] 更进一步地，请参阅图2,图2为图1所示的立体显示模块1的结构及其工作原理 示意图。立体显示模块1包括显示面板11和光线导向面板12。
[0029] 显示面板11包括多个矩阵排列的像素单元，用于显示根据索引表排列立体视差 图像的像素。显示面板11可以是常见的平板显示器，如液晶显示器、等离子显示器、有机发 光二极管显示器等，在此不做限制。
[0030] 光线导向面板12的作用是调制显示面板11发出的光线的传播方向，以将显示光 线导向到预定的视场空间位置，观看者左右眼观看到不同的视差图像，从而实现立体显示。 光线导向面板12可以是物理柱透镜光栅、液晶狭缝光栅、液晶透镜光栅等结构，在此不做 具体限制。特别的，液晶狭缝光栅和液晶透镜光栅由于能够自由控制其光学性质，在光栅状 态和非光栅状态之间进行切换，从而可以实现平面/立体（2D/3D)显示的切换，在现在越来 越受到重视。为了更好的说明本发明，本实施例中的光线导向面板12采用了可控的具有光 栅状态和非光栅状态切换功能的光线导向面板，其工作原理可参考液晶狭缝光栅和液晶透 镜光栅的工作原理，在此不再赘述。
[0031] 自适应追踪式立体显示装置100工作时，显示面板11同时显示多幅同一场景的具 有视差的图像。本实施例中，以四图视差立体图像为例进行介绍。具体的，显示面板11周 期性（图2中显示出三个周期）的排列显示四幅视差图像，分别为：第一图像P1、第二图像 P2、第三图像P3、第四图像P4。图2中，四幅视差图像在显示面板11上从右至左周期性排 列。通过光线导向面板12导向作用，将四幅视差图像分别投射到空间固定的预定观察空间 内，形成如图2所示的多个菱形区域，四幅视差图像在将产生如图2所示的从左至右的周期 性排列。空间中对应四幅视差图像PI、P2、P3、P4的投射区域，也具有对应的周期性观察空 间￥1、￥2、￥3、￥4(图2中显示出三个周期）。其中周期性观察空间￥1、￥2、￥3、￥4仅表示空 间中的固定的周期性观察空间区域，并不随四幅视差图像P1、P2、P3、P4的排列位置改变而 改变。
[0032] 四幅视差图像PI、P2、P3、P4中相邻的图像之间具有符合人眼视觉的视差，也就 是，通过观看者的眼睛，只有左右眼分别观看到第一图P1、第二图P2组合，或者第二图P2、 第三图P3组合，或者第三图P3、第四图P4组合时才能产生合理的立体视觉，如果观察到其 他图像组合时，将产生错误的立体视觉，使观察者产生眼睛疼痛、恶心、头晕的感觉，不利于 观看者的身体健康和立体体验。
[0033] 对于四幅视差图像PI、P2、P3、P4的顺序性空间周期排列，具有四种排列情况，以 下分别对四种排列情况进行说明。
[0034] 首先假设观看者的头部位置为V(x，y)，其中，X表示观看者左眼所在的空间位置， y表示观看者右眼所在的空间位置，x、y的取值范围均为：￥1，2、￥3,4，这四种类离散的空 间范围。S卩，只有当观看者的左、右眼处于上述的四种周期性观察空间V1、V2、V3、V4时，适 用与立体观察。其中，任意周期性观察空间内具有同样标号空间位置具有同样的观看效果。
[0035] 请参阅图3,图3是立体显示模块1的第一种图像显示方式。当四幅视差图像的空 间透射顺序为从左至右的P1、P2、P3、P4空间顺序周期排列时，适合观看者的空间位置有三 种，即，观看者的头部位置为V (VI，V2)、V (V2, V3)和V (V3, V4)，在上述三个观看位置中，观 看者左眼和右眼分别落在连个相邻的观看空间内，且左右眼的观看的视差图像具有顺序的 关系，即视差图像组合分别为（P1，P2)、（P2，P3)、（P3，P4)，也就是，观看者左右眼看到的视 差图像符合人类正常的观看习惯和视觉原理，观看者能够得到较好的，符合真实世界的立 体观看效果。
[0036] 而观看位置V(V4, VI)中，观察者看到的视差图像组合为（P4, P1)，由于观看者左 眼位置对应的第四图像P4,而右眼对应第一图像P1，S卩，观看者左右看到的视差图像与真 实世界的视差图像是相反的，此时观看者由视差图像（P4, P1)形成的立体视觉与人类正常 的立体视觉存在冲突，导致观看者的立体视觉出现矛盾，从而产生头晕、恶心、不真实的感 觉。此类位置是立体显示中应尽量避免提供给观看者的。
[0037] 基于上述分析，图3所示的图像排列方式适合处于观看位置V(V1，V2)的第一类观 看者，和/或处于观看位置V(V2，V3)的第二类观看者，和/或处于观看位置V(V3，V4)的第 三类观看者。因此，通过头部追踪模块4跟踪获取到观看者的空间位置信息后，如果观看者 的头部（确切的说是眼睛位置）符合上述三类位置后中的一种或多种，图像处理模块2通 过头部追踪模块4获得的观察者位置信息，调整立体显示模块1的显示，使其在空间投射的 立体图像符合图3所示的空间排列周期，S卩，四幅周期性视差图像PI、P2、P3、P4在观测空 间中对应顺序排列，分别对应空间中的周期性观察空间VI、V2、V3、V4位置，即可使用户得 到较好的立体视觉体验。也就是只要观看者满足上述三类位置时，可将四幅周期性视差图 像？1、？2、？3、？4调整成为上述？1、？2、？3、？4的排列方式，从而使观看者都能满足真实的立 体视觉体验的要求。
[0038] 请参阅图4,图4是立体显示模块1的第二种图像显示方式。当四幅视差图像的空 间透射顺序为从左至右的P2、P3、P4、P1空间顺序周期排列时，基于图像的调整，适合观看 者的空间位置也反生变化，即，观看者的头部位置为V(V2，V3)、V(V3，V4)和V(V4，V1)，在上 述三个观看位置中，观看者左眼和右眼分别落在连个相邻的观看空间内，且左右眼的观看 的视差图像具有顺序的关系，即视差图像组合分别为（P1，P2)、（P2，P3)、（P3，P4)，也就是， 观看者左右眼看到的视差图像符合人类正常的观看习惯和视觉原理，观看者能够得到较好 的，符合真实世界的立体观看效果。
[0039] 而观看位置V(V1，V2)中，观察者看到的视差图像组合为（P4, P1)，由于观看者左 眼位置对应的第四图像P4,而右眼对应第一图像P1，S卩，观看者左右看到的视差图像与真 实世界的视差图像是相反的，此时观看者由视差图像（P4, P1)形成的立体视觉与人类正常 的立体视觉存在冲突，导致观看者的立体视觉出现矛盾，从而产生头晕、恶心、不真实的感 觉。此类位置是立体显示中应尽量避免提供给观看者的。
[0040] 基于上述分析，图4所示的图像排列方式适合处于观看位置V(V2，V3)的第一类观 看者，和/或处于观看位置V(V3，V4)的第二类观看者，和/或处于观看位置V(V4，V1)的第 三类观看者。因此，通过头部追踪模块4跟踪到观看者的位置，如果观看者的头部（确切的 说是眼睛位置）符合上述三类位置后，图像处理模块2通过头部追踪模块4获得的观察者 位置信息，调整立体显示模块1的显示，使其在空间投射的立体图像符合图3所示的空间排 列周期，即，四幅周期性视差图像P4、P1、P2、P3在空间中对应顺序排列，分别对应空间中的 周期性观察空间VI、V2、V3、V4,即可使用户得到较好的立体视觉体验。也就是只要观看者 满足上述三类位置时，可将四幅周期性视差图像P1、P2、P3、P4调整成为上述P4、P1、P2、P3 的排列方式，从而使观看者都能满足真实的立体视觉体验的要求。
[0041] 以此类推，请参阅图5,图5是立体显示模块1的第三种图像显示方式。当四幅视差 图像的空间透射顺序为从左至右的P3、P4、PI、P2空间顺序周期排列时，基于图像的调整， 适合观看者的空间位置也反生变化，即，观看者的头部较佳观看空间位置V(V1，V2)、V(V3， V4)和V(V4，V1)。而空间位置V(V2，V3)不再适合观看者的立体观看。
[0042] 基于此，通过头部追踪模块4跟踪到观看者的位置，如果观看者的头部符合图5所 示三类位置后，图像处理模块2通过头部追踪模块4获得的观察者位置信息，调整立体显示 模块1的显示，使其在空间投射的立体图像符合图3所示的空间排列周期，S卩，四幅周期性 视差图像P3、P4、P1、P2在空间中对应顺序排列，分别对应空间中的周期性观察空间V1、V2、 V3、V4,即可使用户得到较好的立体视觉体验，满足上述三类位置的客户都能实现真实的立 体视觉体验的要求。
[0043] 同样的，请参阅图6,图6是立体显示模块1的第四种图像显示方式。当四幅视差 图像的空间透射顺序为从左至右的P2、P3、P4、P1空间顺序周期排列时，基于图像的调整， 适合观看者的空间位置也反生变化，即，观看者的头部较佳观看空间位置V(V1，V2)、V(V2， V3)和V(V4，V1)。而空间位置V(V3，V4)不再适合观看者的立体观看。
[0044] 基于此，通过头部追踪模块4跟踪到观看者的位置，如果观看者的头部符合上述 三类位置后，图像处理模块2通过头部追踪模块4获得的观察者位置信息，调整立体显示模 块1的显示，使其在空间投射的立体图像符合图3所示的空间排列周期，S卩，四幅周期性视 差图像P2、P3、P4、P1在空间中对应顺序排列，分别对应空间中的周期性观察空间VI、V2、 V3、V4,即可使所有观察者得到较好的立体视觉体验，满足上述三类不同位置的客户都能实 现真实的立体视觉体验的要求。
[0045] 通过上述的分析和设计，针对不同位置的观看者，可以通过调整周期性视差图像 PI、P2、P3、P4的空间的周期性排列方式，满足不同位置的观看者的立体视觉体验。
[0046] 进一步地，当头部追踪模块4跟踪到超过头部追踪模块4所能容纳的观看者的时 候，可以选择几个主要的观看者，调整图像，使主要的观看者处于合适的立体图像观看位 置，也可以调整立体显示模块1，使其显示平面图像，避免部分人处于不适的立体观察位置 而降低观看者的视觉体验。
[0047] 进一步地，可以预先通过实验的方式，测定对于不同的视差图像周期性排列方式 所适合的立体观看者位置，并将此类信息存储在索引查找模块3内，例如可以形成查找表 的形式，一旦头部追踪模块4检测到观看者符合某一类的观看位置，即可通过索引查找模 块3找到与该观看位置对应的合适的视差图像周期性排列方式，从而通过图像处理模块2 调整立体显示模块1的视差图像的显示，使观看者得到较好的立体视觉体验或者平面视觉 体验。
[0048] 当然，上述实施例仅仅是以具有四幅视差图像具体说明本发明的内容，当自适应 追踪式立体显示装置100进行多幅视差图像的立体显示的时候，仍然可以采用上述跟踪、 调图的方式，实现较佳的视觉体验，在此不再穷举。当然，对于不同的图像显示方式，除了调 整不同视差图像的排列外，还可以对图像的色调、色度等信息进行调整，在此不再赘述。
[0049] 总的来讲，本发明立体显示装置的实现方法为：步骤S1，获取观看者的空间位置 信息；步骤S2,根据获取的观看者的空间位置信息，对立体视差图像进行处理；步骤S3,显 示处理后的立体视差图像，以使当前位置的观看者看到立体图像。
[0050] 相较于现有技术，本发明立体显示装置100设置有索引查找模块3和头部追踪模 块4。通过头部追踪模块获得观察者的位置信息，并根据观察者的位置信息与索引查找模块 3内预置的信息做比较，找出适合当前位置观察者的图像显示方式，然后通过图像处理模块 2调整立体显示模块1的视差图像显示，从而将合适的视差图像投射到适合观看者的空间 位置，使多个观看者得到最优的立体或平面视觉体验。
[0051] 以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为 限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权 利要求书中记载的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种自适应追踪式立体显示装置，包括： 头部追踪模块，用于获取观看者的空间位置信息； 图像处理模块，用于根据所述头部追踪模块或获取的观看者的空间位置信息，对立体 视差图像进行处理； 立体显示模块，用于显示所述图像处理模块处理的立体视差图像，并将所述立体视差 图像投射到预定的空间位置。
2. 根据权利要求1所述的自适应追踪式立体显示装置，其特征在于：所述图像处理模 块对立体视差图像进行处理的步骤包括对多幅立体视差图像周期性排列进行的重新排列。
3. 根据权利要求2所述的自适应追踪式立体显示装置，其特征在于：还包括索引查找 模块，其用于存储多个观看者空间位置信息与立体视差图像周期性排列方式的对应关系。
4. 根据权利要求3所述的自适应追踪式立体显示装置，其特征在于：所述图像处理模 块根据索引查找模块内查找的当前多个观看者的空间位置信息对应的立体视差图像周期 性排列方式的对应关系对立体视差图像进行处理。
5. 根据权利要求4所述的自适应追踪式立体显示装置，其特征在于：所述立体显示模 块包括显示面板和光线导向面板，所述显示面板用于显示立体视差图像，所述光线导向面 板将立体视差图像的光线导向预定的空间位置。
6. 根据权利要求1所述的自适应追踪式立体显示装置，其特征在于：所述头部追踪模 块为摄像头、声波探测装置、红外线探测装置中的一种。
7. 根据权利要求1所述的自适应追踪式立体显示装置，其特征在于：获取的观看者的 空间位置信息包括观看者的数量和观看者的位置信息。
8. -种跟踪式立体显示方法，包括步骤： 获取多个观看者的空间位置信息； 根据获取的观看者的空间位置信息，对立体视差图像进行处理； 显示处理后的立体视差图像，并将所述立体视差图像投射到预定的空间位置。
9. 根据权利要求8所述的跟踪式立体显示方法，其特征在于：所述对立体视差图像进 行处理的步骤包括对多幅立体视差图像周期性排列进行的重新排列。
10. 根据权利要求9所述的跟踪式立体显示方法，其特征在于：还包括预先存储的观看 者空间位置信息和立体视差图像周期性排列方式的对应关系做对比的步骤。
11. 根据权利要求10所述的跟踪式立体显示方法，其特征在于：在所述立体视差图像 进行处理中，根据查找的当前观看者的空间位置信息与立体视差图像周期性排列方式的对 应关系对立体视差图像进行处理。
12. 根据权利要求8所述的跟踪式立体显示方法，其特征在于：通过一头部追踪模块获 取观看者的空间位置信息，通过一图像处理模块对立体视差图像进行处理，通过一立体显 示模块显示立体视差图像。
【文档编号】G02B27/22GK104155767SQ201410325661
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】刘美鸿, 张涛 申请人:深圳市亿思达显示科技有限公司