专利名称：一种实用的具有嵌入式播放器的自由立体显示终端的制作方法
一种实用的具有嵌入式播放器的自由立体显示终端自由立体显示终端是一种不用戴特殊眼镜就可以观看立体影像 的装置，问世以来，已经广泛应用于广告传媒领域。这种装置，有的 是通过在平板显示器上安装狭缝光栅实现的，也有的是在平板显示器 上安装柱镜板实现的。图像文件是特殊制作的，是由按照一定规律制 作的多视点图像编码形成的。观察者通过光栅或柱镜板观看这种立体 图像，由于光栅的遮挡或柱镜的折射作用，使得观察者的左眼和右眼 看到具有不同视差的图像，因此形成立体视觉。一台计算机成为这种自由立体显示终端的播放器，它通常由硬件 和软件两部分构成。由于计算机的体积较大，同自由立体显示终端之 间又有许多连接线，因此给使用、调试和安装带来诸多不便。用户不断提出对具有嵌入式播放器功能的自由立体显示终端的 产品要求，不少厂商也在积极开发研制，但至今没有实用的具有嵌入 式播放功能的自由立体显示终端问世。本发明提出了一种实用的具有嵌入式播放器的自由立体显示终 端。该终端包括了嵌入式计算机自由立体图像播放功能和自由立体图 像显示功能，并达到完全实用化的水平。下面结合附图对本发明做详细说明。
图1是一种具有嵌入式播放器的自由立体显示终端的整体框图。
1是嵌入式计算机主板，具有全数字DVI视频信号播放功能，2是可热插拔USB接口键盘，3是可热插拔USB接口鼠标，4是可热插 拔的光盘驱动器，5是可热插拔的USB移动硬盘，6是有线或无线网 络数据传输装置，7是供电电源，8是自由立体图像显示终端，9是 自由立体图像。其中l、 7、 8是完全一体化的，而其它部分均是可移 动的，比如在调试设备时，将键盘2和鼠标3接入，调试完毕后，即 可拔掉。为了方便用户，当然也可以采用无线键盘和无线鼠标。4、 5、 6都是读入各种图像数据用的，有时为了更换生级驱动程序，也可以 直接从U盘读入。通过6可以实现远程控制，也可以实现无线上网远 程控制。图像数据可以直接通过6远程无线输入计算机1中，也可以 用6实现对1的远程启动和各种控制。10是一条全数字视频信号传 输ft，它把一组DVI信号传输到自由立体显示,端的图像输入接口。 8是自由立体图像显示终端，由液晶或等离子显示器、背光光源、驱 动电路、立体图像光栅或立体图像柱镜板构成。图2是对这种具有嵌入式播放器的自由立体显示终端的补充说 明。8是自由立体显示终端，嵌入式计算机已经安装在其中。11是供 给8的电源。在自由立体显示终端的一侧，有4个USB接口和一个网 络接口。其中2接鼠标，3接键盘，4接可移动光盘，5接可移动硬 盘，6是网络接口。图3是这种具有嵌入式播放器的自由立体显示终端的内部结构 图。19是具有嵌入式播放器的自由立体显示终端，ll是为该终端供 电的电源，12是专门为平板自由立体显示器驱动电路和背光光源电
路供电的电源电路，13是驱动平板自由立体显示器背光光源的驱动 电路，16是平板自由立体显示器件的驱动信号接口， 15是专门为嵌 入式计算机主板供电的电源，其中圆形的部分是冷却风扇，l是嵌入式计算机主板，17是为该主板散热的风扇，18是该主板上的显卡输 出的全数字自由立体图像信号，由DVI接口或HDMI接口输出，接入 平板自由立体电视终端的DVI输入端或HDMI输入端，2、 3、 4、 5、 是嵌入式计算机主板的外接4个USB接口，分别接外接鼠标、键盘、 光驱、移动硬盘，6是网络接口，可以有线或无线上网通讯。图4是对这种具有嵌入式播放器的自由立体显示终端的立体显 示部分的说明。20是平板显示器的背光光源，13是该背光光源的驱 动电信号，21是平板显示器，可以是液晶显示器，也可以是等离子 显示器，16是该平板显示器件的图像驱动电路，22是立体成像光栅 或立体成像柱镜板。在13的驱动下，20开始发光，该光线经过平板 显示器件21投射到观察者的眼中，21在16的辨动下，每个像素的 光透过率根据所显示图像的明暗情况而发生变化，这样背光光源的光 强通过这些像素时也会发生强弱的变化，使得观察者可以看到明暗变 化的图像，此外，每个像素都是由红、绿、兰，三个子像像素构成的， 它们在亮度上的不同组合，又构成了每个像素的彩色。在平板显示器 件21中，显示单元是像素，每个像素由三个子像素构成，它们是红 子像素23、绿子像素24、蓝子像素25。图中只画出一个像素，实际 情况是每个平板显示器件都有几百万个像素，t比如一个分辨率为 1366X768的平板显示器件，其像素总数为1049088个。22是立体成
像光栅，或立体成像柱镜板，28是光栅的狭缝，或者是柱镜板的柱镜。如果用23反映右眼的一个图像子像素，用24反映左眼的一个图 像子像素，则由于立体成像光栅22的作用，自23和24发出的光线 经过28后，会分别到达观察者的右眼和左眼，因而使得观察者看到 一个立体图像像素，无数个这样的立体图像像素就会构成一副完整的 立体图像。22和21之间有一个距离29，它可以保证观察者在一个 确定的观察距离内看到最好的立体图像。图5说明这种具有嵌入式播放器的自由立体显示终端的立体图 像的编码方式。30， 31， 32， 34是以一定固定间距35放置的摄像机， 可以是视频摄像机，也可是计算机图像处理软件中的虚拟摄像机。29 是被拍摄的目标，全部摄像机都要会聚到被拍摄目标的同一个点上。 这些摄像机的数量是不确定的，如果摄像机的数目多一些，那么获得 的自由立体图像的视角就大一些，图像的立体效果就更平滑一些，如 同我们水平移动我们的头部观看景物一样如果移动的步长很小，看 到的图像就非常连续平滑，如果跳跃式的移动，我们看到的图像当然 就会不连续，也无法平滑。但是如果摄像机设置,的多了，对显示分辨 率的要求也就高了，考虑到性价比，在现有的平板显示器的显示分辨 率下， 一般可以取的摄像机数目为2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9。摄像 机如果取的数目多于9个以上，则即便采用高清分辨率的平板显示器 (1920X1080)，也只能获得约800X600的立体图像效果。36、 37、 38、 39、 40是摄像机拍摄到的景物的图像，这些图像 由于每个摄像机之间存在距离35，因此存在图像的水平视差异，这
是形成立体图像的根本元素。注意这些图像都是由无数个像素构成 的，而每个像素又是由红子像素、绿子像素、蓝子像素构成的。这样 的图像序列可以是不同数目，我们在此为方便说明，采用5个摄像机。 图6说明了这些具有视差的图像是如何被合成为一幅立体图像的。36、 37、 38、 39、 40是相隔一定距离35同时拍摄到的一组图像， 因为摄像机具有一定的间距，因此这些图像存在视差异。这些图像都 是由像素来反映的，假设水平像素有1280个，垂直像素有1024个， 每一幅图像含有像素总数为1310720个。其中每个像素由水平排列的 三个子像素构成，因此水平方向上共有3840个子像素，垂直方向上 共有1024个子像素。总子像素数为3932160个。我们分别将36、 37、38、 39、 40中的第1列的子像素提取出来，水平排列成51。用同样 的方法，将36、 37、 38、 39、 40中的第2列、第3列、直至第3840 列的子像素提取出来，依照51的方式排列，最终形成一幅新图像52。 显然，这幅图像的水平尺寸48大出原图像5倍，但垂直尺寸49没有 变化。为了保证这幅图像在水平和垂直比率上同原图像是一样的，需 要将图52在垂直方向放大5倍，形成图42。这样48和50的比率就 同原图一样了。 42就是合成好的立体图像，如果我们将36、 37、 38、39、 40称做具有视差的序列图像，那么42就是一幅由这些序列图像 合成的立体图像。将一个狭缝光栅或柱镜板放在这幅立体图像上，就 可以看到这幅立体图像的真实的立体效果了。当然，这个狭缝光栅或 柱镜板的光学参数应该同这幅立体图像相匹配。合成上述立体图像可 以通过各种作图软件实现，也可以通过编写特殊的应用程序实现。
图7说明狭缝光栅或柱镜板的光学参数同显示立体图像之间的关系。36、 37、 38、 39、 40是以子像素显示的由五台摄像机拍摄的 序列图的显示单元；55是狭缝光栅，56是光栅的透光狭缝，57是狭 缝光栅的周期；53是观察者的左眼，54是观察者的右眼；58是狭缝 光栅到显示单元之间的距离。由于58和57之间的几何关系、以及 36和37等子像素之间的距离、以及观察者双眼之间的距离、还有观 察者到显示屏之间的距离在某个确定数值下，使得观察者的左眼53 只能看到子像素37，而右眼54只能看到子像素36。如果观察者向左 水平移动，则左眼53可能依次看到38、 39、 40;而右眼54会依次 看到37、 38、 39;这样就可以保证观察者在一定的视角内总可以看 到一对合适的视差图像，获得理想的立体视觉。如果观察者继续向左 水平运动，则视察关系相反，观察者将看到一幅反相的立体图像，在 继续向左，则立体图像乂恢复正常。前面我们已经说过，图像是用子 像素表示的，这主要是充分利用平板显示器中有限的像素数，希望用 有限的像素数，获得最大的立体图像分辨率，图7是说明如何利用倾斜光栅实现全彩色自由立体显示的。由于 利用了子像素显示每幅图像，就会使得一只眼睛看到的可能是红子像 素，而另一只眼睛看到的可能是绿子像素，无法同时看到三基色像素， 这样立体图像的颜色就出现失真。如何解决这个问题呢？如果将光栅 的狭缝倾斜成60的样子，使得观察者的一只眼睛通过狭缝看到的36 图中不仅包括红子像素，也包括第二行反映36的蓝子像素，也包括 第三行反映36的绿子像素；而观察者的另一只眼睛通过狭逢光栅，
不仅看到第一行的绿子像素，还看到了第二行的红子像素，看到了第 三行的蓝子像素。这样一来，观察者不仅可以看到立体图像，而且可 以看到全彩色的立体图像。当然，狭逢的倾斜角度和如何安置不同行 的像素对于不同序列图像的表达是不一样，可以有多种设置方式。由 于采用了倾斜光栅，不仅可以获得理想的彩色立体图像，而且可以有效的消除莫尔条纹干扰。62是反映水平像素的基线，61是倾斜光栅 的夹角。63是根据这种原理制作的倾斜狭逢光栅的一个局部。特别 需要指出的是狭逢光栅和柱镜板在立体显示上的工作原理是完全一 样的，只是柱镜板通过柱面镜可以聚集更多的光线，使得显示亮度增 加，因此我们不对柱镜板立体成像做更多的描述。图9a、图9b、图9c是一个实施例子。65是在韩国三星公司生 产的型号为400PX的液晶40英寸监视器基础上改造成的具有嵌入式 播放器的自由立体显示终端内部结构图。1是型号为COLORFUL INTELLIGENT MOTHERBOARD的计算机嵌入式主板，17是主板CPU冷 却风扇，15是计算机供电电源以及冷却风扇，64是USB接口、网络 接口和嵌入式计算机开关，66是硬盘，播放软件和需要播放的自由 立体节目存放在这个硬盘中，13是液晶显示器背光驱动电路，68是 加强支架，69是防干扰屏蔽金属网。70是该具有嵌入式播放器的自 由立体显示终端背面图，71是嵌入式计算机冷却风扇的抽风口， 72 是嵌入式计算机电源的冷却抽风口， 73是数字视频信号电缆，它将 计算机输出的立体图像信号经过这条电缆传输到液晶显示器的数字 鹏厠言^llA^， 69是USB接口、网雜口秭^m电^F关分另i膨UUSB接
口键盘和USB接口鼠标。风扇是将外部的冷空气抽入机器内部在通过 机箱的上部排风孔将热空气排出。在调试完毕后，即可将键盘和鼠标 拔除。100是放置在上述平板显示器前方的光栅。该光栅是由透明条 纹和不透明条纹构成的，这些条纹完全是相互平^1的，条纹的方向同平板显示器像素的垂直方向存在夹角，这个夹角为12. 30度到12. 80 度之间，最佳为12. 50度。条纹的周期(LPI)为每英寸15. 090到15. 100 之间，最佳周期为15.095。条纹的周期沿着同条纹方向相垂直的方 向计算。110表示该光栅的高度，为530毫米，120表示该光栅的宽 度，为920毫米。180表示不透明条纹为黑色。190表示透明条纹为 白色。200表示同平板显示器中像素水平方向相平行的线，160表示 同平板显示器中像素垂直方向相平行的线，130表示光栅方向同160 之间存在的夹角，这个夹角为12. 30度到12. 80度之间，最佳为12. 50 度。170表示同光栅平行方向相垂直的线，它同光栅的夹角110为90 度，150表示透明条纹的宽度，140表示不透明条纹的宽度，它们的 比小于1: 8，沿着170的方向，条纹的周期(LPI)为每英寸15.090 到15. 100之间，最佳周期为15. 095。为了获得最佳的立体图像清晰 度，消除在垂直方向上的融像误差，透明条纹应该尽量平滑，这可以 通过提高光栅制作时的分辨率实现。光栅可以两种通过照相制版的方 法实现，其一是首先制作出来光栅胶片，然后将其同厚度为2毫米到 5毫米之间的光学玻璃通过紫外固化透明粘合剂粘合，粘合时要通过 冷压机将胶片和玻璃之间的气体完全排除，然后放置在强紫外线下照 射，使粘合剂彻底干燥。另一种方法是直接将感光胶涂布在厚度为2
毫米到5毫米之间的光学玻璃上，按照上述的光栅参数，直接在该玻 璃上曝光成像形成光栅。该光栅的尺寸要大于平板显示器的可视尺寸，水平方向为920毫米，垂直方向为530毫米。光栅中有光栅胶片的一面对着平板显示器显示图像的一面，或将光栅中有感光胶的一面对着平板显示器显示图像的一面。光栅同平板显示器的距离为10毫 米。290是平板显示器的机身，而270是该平板显示器的显示屏幕。 280是厚度300为10毫米的垫圈，该垫圈环绕该平板显示器，且有 通风孔，通风孔安置在垫圈的四角，以保证液晶屏上的热量可以从这 些通风孔散出。230是光栅板，其中有胶片或感光膜的一面220朝向 显示屏幕270。 230是光栅的玻璃面，它朝向观众。230的一面镀有 增透膜，以减轻来外界的反光且提升光栅的光透过率。在距离这种具有嵌入式播放器的自由立体竭示终端前方4米到5 米的距离内，观察者可以看到理想的立体图像，已经可以满足广告播 放自由立体图像的基本要求。
权利要求
1.一种实用的具有嵌入式播放器的自由立体显示终端。其特征是该自由立体显示终端由嵌入式计算机主板、嵌入式计算机主板电源、嵌入式计算机主板冷却风扇、嵌入式计算机主板电源冷却风扇、嵌入式DVI数据传输电缆、液晶或等离子平板显示器、立体成像狭缝光栅或立体成像柱镜、多视点自由立体图像、外接式鼠标、外接式键盘和外接式网络连接器构成。
2. 权利要求1中所述的嵌入式计算机主板，其特征是采用了 COLORFUL INTELLIGENT M0THERB0AED系列主板，该主板远离液晶 显示器背光电源安置，主板供电电源安置在液晶显示器的上端， 冷却风扇自自由立体显示终端外部抽入冷空气，自显示终端上部 排气孔排除热空气，该主板采用嵌入式全数字显卡，以DVI方式 输出数字图像信号，该信号直接输入到液晶显示器的DVI输入端 子，该嵌入式计算机具有USB鼠标接口、键盘接口和网络接口， 并全部安装在液晶显示器内部。
3. 权利要求1中所述的液晶或等离子平板显示器，其特征是具有 1366个水平像素、768个垂直像素，或1920个水平像素、1080 个垂直像素、或1920个水平像素、1200个垂直像素，该液晶显 示器具有点对点显示数字图像功能，可以通过DVI数据驱动或通 过HDMI数据驱动。
4. 权利要求1中所述的液晶显示器，其特征是韩国三星产400PX型液晶显示器。
5. 权利要求1中所述的立体成像光栅，其特征是该光栅是倾斜的， 利用倾斜光栅以获得全彩色自由立体显示并消除莫尔条纹干扰， 倾斜光栅的设计必须保证观察者在观看自由立体图像时，每只眼 睛都可以在垂直方向上看到同一幅图的三个棊色子像素，而在水 平方向上只能看到同一幅图的一个基色子像素。
6. 权利要求1中所述的光栅，其特征是该光栅是通过光栅胶片和具有增透功能的光学玻璃以紫外线凝固胶沾接而成的，胶片一面对 准平板显示屏幕，玻璃一面对准观察者。
7. 权利要求1中所述的光栅，其特征是光栅的周期为每英寸15. 090 到15. 100之间，最佳周期为15.095，光栅的倾斜角为12. 30度 至U12.80度之间，最佳为12.50度。
8. 权利要求1中所述的光栅，其特征是，该光栅同液晶屏之间存在 通风散热孔，可以保证液晶屏的热量可以通过这些散热孔散出。
9. 权利要求1中所述的外接式鼠标和外接式键盘，是具有USB接口 的鼠标和键盘，具有热插拔功能，在自由立体图像调试完毕后即 可将其拔除而不影响自由立体图像的播放。
10. 权利要求1中所述的自由立体图像，其特征在一个一定数目的序 列图像中，依次提取每幅具有不同视差异的P像的列，是以其子 像素依次提取的，而不是以一个完整像素提取的，这样可以提高 立体图像的分辨率。
11. 权利要求l中所述的自由立体图像，其特征是该图像在垂直方向要放大为序列图像数的倍数， 一保证该自由立体图像具有同序列 图像完全一样的长宽比率。
12. 权利要求1中所述的自由立体图像，如果采用倾斜光栅进行自由 立体成像，则在序列图像中提取子像素的过程中，要使得左眼透 过狭缝光栅看到的子像素在垂直方向上是由同一幅图像的红、绿、 蓝的序列子像素构成，而右眼透过狭缝光栅看到的子像素在垂直 方向上也是由同一幅图像的红、绿、蓝的序列子像素构成，但这 些子像素的三基色排列次序可以不同。
13. 权利要求1中所述的立体成像光栅和立体成像柱镜，具有完全一 样的周期，也具有完全一样的倾斜角度。
14. 权利要求1中的自由立体图像，其特征是对一定数目的序列图像的合成可以通过计算机作图软件实现，也可以编制专用计算机图 像处理程序实现。
全文摘要
一种实用的具有嵌入式播放器的自由立体显示终端。其特征是该自由立体显示终端由嵌入式计算机主板、嵌入式计算机主板电源、嵌入式计算机主板冷却风扇、嵌入式计算机主板电源冷却风扇、嵌入式DVI数据传输电缆、液晶或等离子平板显示器、立体成像狭缝光栅或立体成像柱镜、多视点自由立体图像、外接式鼠标、外接式键盘和外接式网络连接器构成。
文档编号H04N15/00GK101150742SQ20071005835
公开日2008年3月26日 申请日期2007年7月23日 优先权日2007年7月23日
发明者昌 李 申请人:天津三维成像技术有限公司