本案要求以下临时申请的权益：
(1)美国临时申请no.62/105,702；
(2)美国临时申请no.62/141,716；
(3)美国临时申请no.62/174,476；以及
(4)美国临时申请no.62/180,300。
如果本申请与所要求优先权的一个或多个案件之间的语言存在任何矛盾或不一致而可能影响本案权利要求的解释时，本案中的权利要求应解释为与本案的语言相一致。
本发明涉及电子显示器，更具体地，涉及旨在同时显示多个不同图像的电子显示器。
背景技术：
自古以来，人们创作图片。在古时候，图片特指诸如在表面上绘画或绘制的静态图片。在现代，摄影提供了通过技术工具创作图片的能力，电影摄影提供了创作动态图片的能力，首先是黑白色的，后来是彩色的。近年来，诸如计算机显示器、电视机和投影机的电子显示器已经成为用于显示动态图片的最常见的设备。
除了极少数例外情况，无论观看者的位置如何，电子显示器生成的图片会被感知为是相同的。实际上，大量的技术工作一直致力于实现具有宽视角和最小图片退化的显示器，即使是观看者从与最佳视角非常不同的方向观看显示器。然而，存在这样的情况，人们希望具有当从不同角度观看时显示不同图片的显示器。这种显示器被称为多视图显示器。对于静态图片，尽管图片质量有限，并且受其它重要限制，但是能够实现这种效果的技术已经用了很长一段时间。
图1示出了现有技术中所谓的光栅(lenticular)图片100。光栅图片提供静态图片的多视图功能。它被实现为观看者130可以将其握于他/她手中的图片。光栅图片包括具有纸质背衬的带凹槽的塑料片。塑料片的前部成形为使得凹槽形成柱面透镜的阵列110，如图中的细节视图115所示。纸质背衬为两个或两个以上交错图像的印制件；印制件如图1所示为交错印制件120。
在图1中，构成柱面透镜的阵列110的凹槽为水平布置。因此，光栅图片的观看者130可以围绕水平轴140转动图片，以便看到不同的图像。当沿例如转动150方向转动光栅图片时，不同的图像在光栅图片的可视表面上依次可见，每一序列图像出现时占据整个可视表面。当一个序列图像可见时，其它的序列图像不可见。
图2示出了生成交错印制件120的过程。在该实例中，其目标为，最终的光栅图片将显示两个不同的序列图像，一个为大写字母“a”，另一个为大写字母“b”。
这两幅图像中的每一幅都被分割处理成大量的水平条纹，然后将条纹间隔删除。在图2中，字母“a”的处理结果如第一图像210-1所示。尽管大量的白色条纹消除了其一部分，字母“a”的大致轮廓仍清晰可辨。字母“b”的相同处理结果如第二图像210-2所示。同样，字母b的轮廓清晰可辨。
两幅处理图像之间存在重要的区别：在字母“b”的情况下，被删除的条纹与处理字母“a”时被删除的条纹是不同的；相反，他们为交替条纹。因此，两幅图像可通过一幅图像的条纹与另一图像的条纹之间的拟合(交错并联)而组合。其结果在图2中示出为交错图像220，其可以被印刷在纸面上以生成用于光栅图片的交错印制件120。
光栅图片的功能是基于一种现象，这种现象可以通过几何光学来解释：在任何视角下，柱面透镜仅显示来自底层印制图像的一组窄水平条纹。显示的条纹组取决于视角，当视角发生变化时，它会发生变化。通过围绕水平轴140转动光栅图片，观看者130可以使光栅图片显示来自底层印制的不同条纹组。当显示的条纹组落在字母“a”的条纹上时，观看者将看到一个字母“a”；相反，当改变视角使得显示的条纹组落在字母“b”的条纹上时，观看者将看到一个字母“b”。在这两种情况下，不会看到其它字母，因为柱面透镜没有其它可见的条纹。
图2所示的交错处理可以针对两个以上的图像进行实施。例如，光栅图片可以显示三个不同的图像，每个在不同的视角下显示。为了实现这种光栅图片，三幅图像中的每一幅被分割成相等尺寸的条纹，但是仅保留每一第三条纹。然后将三组保留条纹组合成单个交错印制件。
对于按计划进行操作的光栅图片，印制件相对于透镜阵列的对准和缩放必须是精确的。当然，柱面透镜必须与条纹仔细对准，否则不同的图像可能会在图片的不同部分同时变得可见。此外，条纹的间距，相对于柱面透镜的间距，必须精确地计算和实施。图1示出了从观看者眼睛到图片表面的视角在图片的不同部分是不同的，并且差异的确切程度取决于观看者和图片之间的距离。因此，条纹的间距需要与柱面透镜的间距稍有不同，它取决于期望的观看距离。
由于这些原因，很难生成具有多个不同图像的光栅图片，并且难以达到与常规图像相当的图像质量。因此，光栅图片在新颖性方面和专门应用方面尚未取得进展。实现必要的精确对准的问题仍然是更广泛使用光栅图片和其它类型的多视图显示器的重要障碍。
图3示出了双视图光栅图片的现有技术应用。供公众观看的海报300被实现为具有水平柱面透镜的光栅图片。该海报在公共场所展示，成年人和儿童都可能在场。该海报的目的旨在向成年人显示信息，该信息可能不适合少年儿童。因为少年儿童一般比成年人矮，他们看海报的视角与成年人的视角不同。如图3所示，与成年人320相比，儿童310可观看到不同的海报视图。
可以调整海报300的光栅图片，以将一幅图像对高于某一高度的被推定为成年人的个体显示，而较矮的儿童将看到不同的图像。为了使海报正常工作并达到期望的目的，在制作海报之前，必须先准确地了解一些参数。所需的参数包括：要从一幅图像转换为另一幅图像的观看者高度阈值、观看者与海报之间的距离以及待安装海报的地面上方高度。需要以良好的精确度知道这些参数和其它参数，并且安装区域必须使得这些参数不会从观看者到观看者显着变化。这些是重要的限制因素，它们也是这种类型的多视图图片不常见的原因。
图4示出了多视图光栅图片的另一现有技术应用。该图示出了立体光栅图片的工作原理。从上方看，在图中的左侧，观看者头部410正在观看立体光栅图片400。图中示出了观看者的左眼420和右眼430。观看者的左眼从一个与右眼视角稍有不同的角度观看图片。
与前面图中的光栅图片不同，光栅图片400中的柱面透镜垂直对准而不是水平对准，当然，交错印制件上的多个图像与垂直条纹而不是水平条纹交错。因此，当观看者相对于图片水平移动时，不同的图像变得依次可见。
观看者的左眼和右眼相对于彼此从水平移动的不同位置观看光栅图片400；并且可以选择光栅图片的参数，使得两只眼睛看到不同的图像。当两幅不同的图像为左右眼睛在观看原始图片对象时所看到的图像时，就会达到期望的立体效果。
图5示出了现有技术中的透镜阵列，其中各个透镜为球面透镜而不是柱面透镜。
图6示出了典型图像投影机的工作原理。该图示适用于从胶片投射图像的老式电影放映机和幻灯放映机，也适用于现代电子投影机。在所有这些情况下，投影到屏幕上的图像始于发光的明亮图像，如图所示的明亮图像610。在胶片用于图像的情况下，光来自胶片后面的明亮灯泡，并且胶片用作滤光器，其选择性地使在图像的不同部分通过不同颜色和强度的光。在某些现代投影机中使用类似的技术，其中滤光器可以为lcd模块或一些其它类型的电子滤光器，而不是胶片。或者，明亮图像可以由诸如发光二极管的亮源阵列或者由将来自单独源的光反射的数字微镜装置产生。
术语“像素”被广泛地应用于图像和图像处理。它是“图像元素”的缩写，它表示显示器的最小成像单元。具体地，诸如明亮图像610的图像通常由大量像素组成，其中每个像素在宽范围的方向上发光。每个像素发射特定颜色和强度的光，使得所有像素的集合形成为被人眼感知为图像的图案。
如图6所示的投影机中，由像素发射的某些光由透镜620聚集。在该图中，两个像素高亮显示为像素630-1和像素630-2。如该图所示，例如，由像素630-1发出并由透镜620聚集的光640-1。调整透镜使得从像素聚集的光聚焦成光束650-1，其焦点在距离一定距离的投影屏幕上(屏幕未在图中明确显示)。当光束650-1到达屏幕时，其在屏幕上产生亮点。该点的颜色和亮度与明亮图像610中像素630-1的颜色和亮度相同。像素630-2发出的光640-2也由透镜620以类似的方式进行处理，使得它也在屏幕上产生其颜色和亮度与像素630-2的颜色和亮度相同的亮点。明亮图像610的所有像素以类似的方式在屏幕上生成亮点。屏幕上所有亮点的集合形成投影图像。
在典型的投影机中，需要很少的调整就能在屏幕上实现清晰的投影图像。通常，只需要针对投影机与屏幕的特定距离调整透镜的焦点。调整焦点后，屏幕上的图像对于所有观看者同样清晰。诸如常规电视机和计算机显示器的显示器根本无需调整。相比之下，多视图显示器需要进行大量的调整。如上所述，即使是简单的光栅图片也依赖于相对于柱面透镜阵列的交错印制件的精确对准和精确定位。更一般地，多视图显示器需要对观看者相对于显示器的位置进行特定的调整。当可能存在多个观看者位置时，所需的调整量可能很大，并且需要对多视图显示器进行校准，以实现必要的调整。具有校准过程简单的，或者是自动的，或者两者兼有的多视图显示器，这将是有益的。
技术实现要素：
多视图显示器能够向不同的观看者显示不同的图像。基于观看者相对于多视图显示器的位置，每位观看者在观看多视图显示器的显示表面时将看到不同的图像，并且不会看到其他观看者所看到的图像。这与常规显示器是相反的，常规显示器对所有观看者均显示相同的图像，而不管观看者相对于显示器的位置如何。
在典型的常规显示器中，可视图像由像素的集合形成(词语“像素”为“图像元素”的缩写)。每个像素响应于电激励而发光。像素的亮度取决于激励的程度。每个像素在所有方向发射光，使得所有观看者以相同的方式感知像素，而不管观看者的位置如何。
相反，在多视图显示器中，图像由多视图像素的集合形成。多视图像素不仅可以控制亮度，还可以控制发射光的空间分布。具体地，可以命令多视图像素，例如，但不限于，以特定方向发光，而不是其它方向发光；或者可以命令独立调节在不同方向发射的光的亮度。发射的光的其它参数也可以针对不同的发射方向独立调节。
为了更容易地呈现本发明的实施例，在本公开中定义了词语“细光束”。如下面更详细地定义，细光束为可以被单独控制的发射光的元素。具体地，细光束为由多视图像素在一定方向范围内发射的光，其通常是很窄的，其中可以独立于在其它方向上发射的光来控制总体发射的光。
图7-9示出了多视图显示器和多视图像素的设计和功能。具体地，图8示出了如何设计多视图像素来发射多个细光束。单个细光束发射的精确方向取决于多视图像素的位置和方向。当制造多视图显示器时，在理论上，可以精确地调整其多视图像素相对于彼此和相对于多视图显示器的主体的位置和方向。然而，这在实践中是难以实现的，而且，即使进行了非常精确的调整，也存在无法避免的与多视图显示器的安装方式有关的以及与使用环境的几何形状有关的不确定性。
由于上述不确定性，在制造多视图显示器之后校准多视图显示器是有利的。校准可以在工厂进行，也可以在现场进行。通过本发明的实施例实现的校准是一种生成多视图显示器的观看空间中的位置与细光束之间的关系表的方法。当多视图显示器的用户希望向位于特定位置的观看者显示特定的图像时，该表指示应该使用哪些细光束。
根据本发明的说明性实施例，在安装多视图显示器之后，操作人员将摄像机携带到要观看图像的特定位置。摄像机对准多视图显示器的显示表面。摄像机记录由多视图显示器显示的序列图像，而多视图显示器显示一系列校准图案。
图像处理器处理记录图像的序列以最终提取从该位置可见的细光束列表。理想情况下，该列表包含多视图显示器中的每个多视图像素的细光束。然后，操作人员将摄像机移动到第二位置并重复该过程以最终从该第二位置提取可见细光束的列表。然后，再次重复该过程，直到所有感兴趣的位置被覆盖。
在本发明的某些实施例中，使用数学方法来得出也许不能被摄像机图像充分捕获的多视图像素的细光束列表的部分。另外，在某些实施例中，使用数学方法来得出未被操作人员用摄像机覆盖的位置的细光束列表。这种数学方法的可用性减少了完成校准所需的时间。
上述的简要概述总结了本发明的某些实施例的某些特征。应当理解，本发明的许多变型是可能的，并且本发明的保护范围由结合本说明书的全文和附图的本公开所附的权利要求限定。
附图说明
图1示出了多视图光栅图片的结构和用法；
图2示出了从两幅不同的图像制作交错印制件的过程；
图3示出了双视图光栅图片的现有技术应用，儿童和成年人在看海报时会看到不同的图像；
图4示出了立体光栅图片；
图5示出了现有技术中的球面透镜的透镜阵列；
图6示出了典型的图像投影机的工作原理；
图7示出了多视图显示器的功能；
图8示出了多视图像素的说明性实施例；
图9示出了多个多视图像素如何组合在一起作为阵列以形成多视图显示器。
图10示出了在剧院中细光束对准的需要；
图11示出了多视图显示器的显示表面的一部分；
图12示出了多视图显示器的显示表面的一部分，其中像素被布置为同心圆；
图13示出了剧院的座位图；
图14示出了通过摄像机在剧院中进行细光束校准的场景；
图15为可应用于图14场景的校准处理的一部分的流程图；
图16示出了基于摄像机的定位系统。
具体实施方式
图7示出了多视图显示器的功能。在该图中，三位观看者710-1、710-2和710-3同时观看多视图显示器700。三位观看者位于可以观看到多视图显示器的三个不同位置。三位观看者中的每一位在多视图显示器的显示表面上观看到不同的图像。三位观看者看到的三幅不同的图像在图中显示为图像720-1、720-2和720-3。具体地，观看者710-1看到在白色背景上的红色字母“r”，观看者710-2看到在白色背景上的绿色字母“g”，以及观看者710-3看到在白色背景上的蓝色字母“b”。
对于三位观看者中的每一位，观看显示器的体验类似于观看诸如标准电视机的常规显示器，但每位观看者在多视图显示器的显示表面上看到不同的图像。每位观看者可能甚至不知道其他观看者看到不同的图像。在下文中，术语“观看空间”将用于指观看者体验多视图显示功能的可能位置的范围。
多视图显示器700的功能基于多视图显示器的各个多视图像素的功能。图700中将一个这样的多视图像素示出为多视图像素730。通过与常规显示器中的常规像素的功能相比，可以最好地理解多视图像素的功能。常规像素仅仅为在所有发射方向上发出特定类型的光的光源。例如，在常规的电视机中，像素通常用电激励发光材料来实现。发出的光通常为三原色中的一种。发光材料在各个方向上均匀发出彩色光。
在如图7所示的场景中，如果显示器为常规显示器，则每个常规像素发出的光将以相同的颜色和大致相同的亮度到达三位观看者的眼睛。所有三位观看者将在显示表面上看到相同的图像，其为发光的常规像素的集合。
与常规像素相比，多视图像素730能够沿不同方向发出不同的光。在每个方向上，特定类型的光以窄光束发出。在下文中，这样的窄光束将被称为“细光束(beamlet)”。图7示出了三条细光束740-1、740-2和740-3，其中细光束740-1对准观看者710-1的眼睛，细光束740-2对准观看者710-2的眼睛，以及细光束740-3对准观看者710-3的眼睛。
在图7的说明性示例中，为了避免混乱，细光束被显示为具有指示细光束传播方向的带箭头的简单虚线；然而，细光束可以具有任何尺寸和形状。例如，但不限于，细光束可以具有与来自探照灯的光束相似的形状，尽管当然要小得多；但是，通常，细光束的最佳尺寸和形状取决于多视图显示器的应用、环境和结构。不同用途的多视图显示器通常具有不同的细光束尺寸和形状。也许，不同细光束尺寸和形状可以在相同的多视图显示器中一起出现，或者甚至在相同的多视图像素中一起出现。在本公开的一些附图中，在有需要的地方，明确标示了细光束的宽度，在其它附图中，其无需要明确标示细光束的宽度，使用虚线表示。
在图7的场景中，每个细光束足够宽，使得每位观看者的双眼可预期在相同的细光束内。因此，双眼预期会看到相同的光。然而，多视图显示器可以存在细光束足够小的情况，使得不同的细光束到达观看者的两个不同的眼睛。
在图7的说明性示例中，三个细光束740-1、740-2和740-3各自携带对应于每位观看者假定看到的图像的亮度的光。例如，如上所述，观看者710-2看到在白色背景上的绿色字母“g”，而观看者710-3看到在白色背景上的蓝色字母“b”。相应地，存在显示表面的区域，其中观看者710-2假定看到白色，而观看者710-3假定看到蓝色。如果多视图像素730位于一个这样的区域中，则细光束740-2将携带白光，而细光束740-3将携带蓝色光。如常规显示器一样，观看者将图像视为各种颜色和亮度的像素的集合。通过多视图显示器，多视图像素在不同方向上发射不同细光束的能力使得不同观看者能够将相同的多视图像素感知为具有不同颜色和不同亮度，使得每位观看者将多视图像素的集合视为不同的图像。
图8示出了多视图像素730的可能的说明性实施例。多视图像素包括像素图案810，其类似于图2的交错图像220。在图8中，像素图案810为以20×20阵列排列的400个常规像素的矩形。它使多视图像素能够发射多达400个不同的细光束。每个细光束起始于像素图案810中的像素。
透镜830实现像素图案810中的像素到细光束的转换。具体地，像素820-2为被转换成细光束740-2的像素。如上所述，假定细光束740-2携带白光。因此，像素820-2为常规像素，其包括能够在适当电激励下发射白光的材料。在图8的说明性实施例中，像素820-2受电激励并在所有方向上发射白光。透镜830聚集发出的白光的相当大部分并将其准直成细光束740-2。类似地，像素820-3为被转换成细光束740-3的像素，并且其被假定携带蓝光。相应地，像素820-3为常规像素，其包括能够发射蓝光的材料。在图8的说明性实施例中，像素820-3在所有方向上发射蓝光。透镜830聚集发出的蓝光的相当大部分并将其准直成细光束740-3。
图8中的多视图像素730的表示旨在表示多视图显示器700中的所有多视图像素以及其它多视图显示器中的相似多视图像素。因此，本公开将参考多视图像素的“像素图案810”或“透镜830”而不是多视图像素730，以便参考其它多视图像素的等效结构。
图8中呈现的多视图像素730的表示类似于图6中呈现的图像投影原理的图示。实际上，多视图像素的功能与图像投影机的功能类似，具有一些重要的区别：
区别1：图像投影机通常用于将图像投影到屏幕上以供观看。希望投影图像尽可能地尖锐。因此，调整投影机的透镜以获得最佳对焦。在多视图像素中，这种调整将导致细光束在焦距处非常小。这通常并不是所期望的，因为细光束的最佳尺寸取决于提供给观看者所期望的多视图体验。例如，但不限于，如果在房间特定区域中的所有观看者假定都看到相同的图像，则可以通过与房间的该区域一样大的细光束来实现。另外，理想对焦的投影机在屏幕上产生不重叠的点。相比之下，相邻细光束可能期望存在有某些重叠，以避免观看空间中的间隙。
区别2：图像投影机通常具有不重叠的不同颜色的像素。通常，每个像素仅发出三元色中的一种。相应地，投影图像由不重叠的点组成，其中每个点为这些颜色中的一种。实现了全色调色板的视觉感知，因为从远处看，单个点不能被人眼所分辨，并且三原色一起混合成一种被感知的颜色，这种被感知的颜色取决于原色的相对强度。相比之下，多视图像素的细光束可能需要能够携带可能颜色的全调色板。例如，由于图像720-2的背景为白色，细光束740-2被假定为携带白光。为了使图像720-2的背景为任何颜色，细光束740-2应该能够携带任何颜色的光。因此，在图8的说明性实施例中，像素820-2应该能够发射任何颜色的光。
在替代的实施例中，细光束可能尺寸足够大以具有大量重叠，使得在观看空间中的每个位置处，来自同一多视图像素或邻近多视图像素的三个或更多个细光束同时可见。在这种实施例中，由于可以调节重叠细光束的相对强度以产生期望的颜色感知，因此可以为单色(单一颜色)细光束。
区别3：图像投影机必须发出足够亮的光线以在屏幕上形成可见的图像。实际上，走到投影机面前看着投影机的人通常会感觉亮度令人厌烦和反感。相比之下，多视图显示器的观看者直接观看由多视图像素发出的光。发出的光必须足够明亮，以使其可见，但不会明亮至令人反感。因此，如果将多视图像素用作投影机，则可以预期其太过微弱。所产生的投影图像在正常照明环境中可能视觉上几乎难以检测。
图9示出了多个多视图像素如何组合在一起作为阵列以形成多视图显示器。在常规显示器中，通常使用相邻像素的规则(通常为矩形)阵列来形成图像。在根据图9的说明性示例的多视图显示器中，多视图像素也被布置成矩形阵列，图中示出了其一部分。多视图像素的像素图案810并置成矩形阵列，并且透镜830分别放置在相关联的像素图案的前面，使得它们也被布置成矩形阵列。
多视图显示器的观看者，例如，观看者720-1，观看透镜阵列，从每个透镜看到一个细光束。换句话说，每个透镜呈现为圆盘，其从该多视图像素发出到达观看者的细光束。从远处看，光盘的集合被感知为图像，与从远处观看时，常规显示器的常规像素的集合被感知为图像的方式大致相同。或者，多视图显示器可用于将数字或字符显示为点的图案，其中每个圆盘为一点。
在图9中，透镜830被示为浮置在空间中；未示出用于透镜的支撑结构。在实践中，透镜可以被支撑，例如，但不限于，深色片材，其除了机械支撑之外，还可以提供深色背景并且可以阻挡来自像素图案810的杂散光。从远处看，来自像素图案810的光继而仅通过穿过透镜的细光束到达观看者的眼睛。观看者会将透镜看作是深色片材的深色背景上的照明圆盘。为了更好地示出像素图案810的布置，在图9中未示出用于透镜的机械支撑件。
在电子显示器中，像素通常被布置为矩形阵列。为了使图像适于显示，图像通常被“光栅化”，意味着图像被细分成与像素阵列的几何形状相匹配的多个小矩形。每个小矩形的平均颜色和亮度决定了对应像素的颜色和亮度。在现代电子显示器中，像素阵列中的像素利用极佳的精度来进行定位，使得可以基于阵列的标称几何形状来计算出小矩形与像素之间的对应关系，而无需预先知道将用于显示图像的显示单元的特定额外参数。对于大多数常规显示器，也无需预先知道显示器将如何安装以及在何处安装。
对于诸如多视图像素730的多视图像素，可以合理地预期像素图案810可以制成为例如但不限于常规像素的矩形阵列，其具有上述常规显示器可行的相同精度。这可以预期所产生细光束的图案，其中可以从像素图案810的几何形状精确导出细光束的相对几何形状。然而，这可能并不容易实现。细光束的几何形状会被透镜830中的任何缺陷所改变，并且最重要的是，当它们到达观看空间中的位置时，细光束的图案显然取决于观看空间本身的几何形状以及多视图像素相对于观看空间的位置和方向。
尽管图9将不同的多视图像素示出为彼此相同且方向一致，但是在实践中，多视图显示器可能期望具有不同类型的多视图像素。另外，最有可能的是，多视图像素在显示表面的不同区域中以不同的方向定向是有利的。例如，靠近显示表面中心的多视图像素可以被定向为使得它们的细光束相对于显示表面的平面对称向外传播，而靠近显示表面边缘的多视图像素可以被定向为使得细光束更多地朝向显示器的中心传播。这样做可以实现观看空间的最佳覆盖。这种差异定向可通过改变放置在平坦表面上的各个多视图像素的方向来实现，或者可通过使显示表面弯曲来实现。(具有曲面显示的常规显示器变得越来越普遍。)在其他情况下，例如，在用于不规则表面和其它类似应用的自定义多视图显示的情况下，多视图像素的方向可能是以非常不标准的配置，其可能难以预先表征。在所有这种情况下，可能难以预先知道每个多视图像素的精确方向。本发明的实施例可有利地提供一种用于学习所有多视图像素的所有细光束的方向的校准方法。
图10示出了例如在剧院中出现的使用多视图显示器对不同座位显示不同图像的情况。该图示出了多视图像素1010，其为多视图显示器的一部分。完整的多视图显示器没有在图片中明确显示，以避免混乱。该图示出了由多视图像素发出的某些细光束，如细光束1020-1、1020-2、1020-3和1020-4。该图还示出了剧院的某些座位，如座位1030-1、1030-2、1030-3和1030-4。在该图中，从座位1030-1可看到细光束1020-1，从座位1030-2可看到细光束1020-2，从座位1030-3可看到细光束1020-3，从座位1030-4可看到细光束1020-4。
原则上，如果知道多视图像素1010相对于座位的确切位置和方向，则可以使用几何计算来得出多视图像素1010的像素图案810中的哪些像素对应于不同的细光束。在实践中，这是难以完成的，因为它需要非常精确地安装多视图显示器。另外，多视图显示器在安装之后的位置的任何改变，或座位安排的任何改变，将需要重新计算。本发明的实施例提供了可以在安装多视图显示器之后实施的校准技术，以便容易且准确地获得细光束与观看空间中的位置之间的关系。
本发明的实施例可用于生成多视图显示器的观看空间中的位置与多视图显示器的多视图像素的细光束之间的关系的表格。通常，显示像素被布置为矩形阵列，为识别各个像素提供了一种自然方案。图11中示出了用于多视图显示器1110的这种方法。
图11示出了多视图显示器1110的显示表面的一部分。具体地，其示出了多视图显示器的左上角1120，多视图显示器的顶部边缘1130和多视图显示器的左边缘1140。该图还示出了显示器左上角附近的若干个多视图像素。每个像素由其透镜830的描绘来表示，这是观看多视图显示器时观看者所看到的。其中一个多视图像素被明确标记为多视图像素1150。从显示器的左上角计算，其位于像素组中的第五行和第九列。基于其位置，多视图像素可以被标识为多视图像素(9，5)。由于该标识方案基于多视图像素的几何位置，所以该标识方案可以说是基于几何学的。
使用基于几何学的标识方案是有利的，因为不同像素的相对位置可以基于知道它们的标识符来计算得出。例如，多视图像素(9，5)无疑与多视图像素(9，4)相邻；但是，例如，也容易显示多视图像素(7，4)正好为多视图像素(9，5)和多视图像素(5，3)之间的中部。后一个结论，例如，可通过应用插值数学方法来实现。
通常，在本领域中，许多已知的数学方法用于表征通过可量化的方式已知其位置、方向、或两者皆知的多个对象的相对位置、相对方向和其它相互几何关系。在下文中，术语“几何坐标”将用于指代与对象或实体的几何位置、方向或该两者相关的位置或方向的可量化标识符。在图11中的多视图显示器1110的实例中，多视图像素通过符合几何坐标定义的行列号来标识。实际上，行数和列数实质上为多视图像素的笛卡尔坐标。如何利用笛卡尔坐标得出已知笛卡尔坐标的对象之间的几何关系，是本领域的公知常识。
除了插值数学方法之外，在本领域中，用于从几何坐标得出几何关系的许多其它数学方法是公知的。例如，但不限于，此类数学方法包括线性插值；线性外推法；非线性插值；非线性外推法；泰勒级数近似；参考坐标系线性变化；参考坐标系非线性变化；二次、球状和/或指数模型；和三角变换，以及许多其他方法。
图12示出了多视图显示器1210的显示表面的一部分，其中多视图像素被布置为同心圆。该图示出了如何使用几何坐标标识这种显示器中的多视图像素。连续同心圆可以用整数从图案的中心以0开始编号，图案的中心可看作是半径为0的圆。然后，每个多视图像素都可以用其所在的圆的号码以及其在该圆上的角位置来标识，该圆上的角位置，例如，从显示器的顶部1220顺时针方向测量。
例如，在该图中，其中一个多视图像素被明确标记为多视图像素1250。其位于5号圆圈上。沿圆的角位置距显示器的顶部114°。因此，该多视图像素可被标识为多视图像素(5，114)。这种标识位置的方法被本领域技术人员理解为极坐标的形式，其为根据上述定义的几何坐标。一种用极坐标数学推导标识对象之间几何关系的简便方法，包括把这些坐标转换成笛卡尔坐标。这种转换为参考坐标系的非线性变换的实例。
尽管大多数显示器中的像素被布置为几何阵列，其中存在通过几何坐标标识像素的自然方法，但是可以设想在这种标识可能不可行的情况下的显示器。例如，旨在描绘夜空及其星座的显示器可能只有在星星出现的位置才有像素。每个星星由一个像素表示是合理的。天象仪就是这种显示器的实例。通过这样的夜空显示器，像素可能会被标识为专有名词，如天狼星、老人星、半人马座阿尔法、大角星、织女星、五车二。当然，这种标识为非几何坐标。
可以设想一种这样的夜空显示器，其中需要多视图功能。例如，可能希望让观看者在房间的不同地方看到不同的星座。对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例以应用于多视图显示器，使其中多视图像素通过除几何坐标之外的手段来标识，将是显而易见的。
另外，对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例以用于其他类型的多视图显示器，该多视图显示器的多视图像素被布置为其它图案，将是显而易见的。在这种其它类型的多视图显示器中，多视图像素的布置可以为几何图案，其中多视图像素可以由一个或多个几何坐标来标识，或者可以为某种其它图案。
再次参照图8，如已经指出的，多视图像素730的像素图案810为布置成20×20矩形阵列的具有400个像素的矩形。因此，通过像素图案内的像素的列数和行数来标识像素图案810中的像素是方便的。因为多视图像素730的每个细光束起源于像素图案810中的像素，所以使用相同的数字对来标识相关的细光束也是方便的。
在整个多视图显示器内的特定细光束的完全标识需要包括发射细光束的多视图像素的标识。例如，多视图显示器1110中的细光束可通过一组四个数字被完全标识，其中前两个数字为多视图像素的行数和列数，并且接下来的两个数字为细光束起源的多视图像素的像素图案810中的像素的行数和列数。例如，由多视图像素1150发出的细光束可以被标识为(9，5，7，14)，如果其起源于多视图像素1150的像素图案810的行14和列7中的像素。
对于本领域技术人员，前面段落中阐述的四数字细光束标识方案中的所有四个数字均为几何坐标，将是显而易见的。在多视图显示器的许多实施例中，细光束类似于窄光束，例如，由激光器发射的光束(尽管细光束可能不那么亮)。因此，用在三维空间中表征直线的方式来表征它们可能是方便的，即通过两个空间坐标和两个角坐标。这种坐标的通用名称是垂直和水平截距以及仰角和方位角。其它类型的坐标也是可能的，并且许多其它坐标系为本领域公知常识。
因为上面定义的四数字细光束识别方案中的四个数字均为几何坐标，对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何通过数学方法将这四数字组转换成例如截距、仰角和方位角、或任何其它类型的坐标，反之亦然，将是显而易见的。实际上，前面段落中提到的任何类型的坐标都可以用作几何坐标的替代标识方案。可以使用本领域熟知的数学方法将一种这样的方案转换成另一种这样的方案。
可以有一种标识方案，其中某些坐标为几何坐标，某些则不是。例如，但不限于，可以有一种多视图显示器，其中每个多视图像素以两水平行发射细光束，两水平行被标识为“顶行”和“底行”，而行之间没有任何已知或隐含的几何关系。如图3所示，这样的显示器可用于例如向成年人和儿童显示不同的图像。然而，每行细光束可以包括细光束的水平序列，其中细光束是规则间隔的，以便向例如经过多视图显示器的观看者显示不同的图像，使得观看者在其旁边走过时看到变化的图像。
在这种显示器中，一个标识细光束的坐标可以采用两个可能的值“顶部”或“底部”中的一个，而另一个坐标可以为在水平细光束序列中的标识细光束的数字。显然，第一坐标不是几何坐标，而第二坐标是几何坐标。可以通过数学方法使用第二坐标来得出像素之间的某些关系，但是可能存在某些依靠第一坐标的关系，这些关系无法通过数学推导得出。
对于多视图显示器的观看空间中的位置也存在标识方案的需要。这是因为，当多视图显示器的操作者想要指定不同图像的可见位置时，需要有供操作者标识这些位置的方案。对于多视图像素和细光束，几何坐标和非几何坐标之间的区别已经在前面几段中讨论了。这种区别也适用于观看空间。例如，在书店中使用的多视图显示器，可以用诸如小说、科幻、旅行、幽默、烹饪等名称来标识观看位置。显然，这样的标识符为非几何坐标。然而，在其它情况下，可以方便地指定具有二维或三维空间坐标的位置，当然，这些空间坐标本质上为几何坐标。在某些情况下，可能会有几何坐标的自然选择。下图中示出了一个这样的情况。
图13示出了剧院的座位图。座位被细分为五个区段，在每个区段中，各个座位由一个指定该行的字母和该行中的座位号码来标识。因此，座标标识符可以为三元组(3，g，8)，其中三元组的第一元素为区段号，第二元素是行字母，第三元素为座位号。例如，由图13中的三元组(3，g，8)标识的座位被标记为座位1130。
在前面提到的标识方案中，三元组的三个要素为三个坐标。三个坐标中的某些可能为几何坐标，其它可能则不是。特别地，如果五个区段之间没有特定的几何关系存在或已知，则表示该区段的第一个坐标必须被视为非几何坐标。然而，在每个区段内，有一个明确限定的座位几何图案。大多数座位都被布置为具有明确限定几何参数的几何阵列。
对于作为特定区段内的几何图案的一部分的座位，第二和第三坐标为几何坐标。尽管第二个坐标为字母，但它是一个几何坐标，因为这个字母只是行号的替代方式。通常在剧院中使用字母表示行号，是为了避免观众混淆，但是每个连续字母只是替换字母序列中的对应数字，因此，如果座位阵列的图案被明确限定，则可以将其视为几何坐标。
事实上，座位标识符中的字母可以被认为是几何坐标，乃是公知常识。例如，同组成员的观众，他们希望在剧院中邻近而坐，可能会要求具有相邻字母标识符并且座位号码彼此靠近的座位。这种要求往往是由观众提出的，因为他们知道这些座位将会彼此接近。
几何坐标是有利的，因为它们允许通过利用数学方法，可以扩展已知的关系并实现未知关系的估计。例如，对于图13的剧院，可以知道，被标识为(9，5，7，14)的细光束对于被标识为(3，g，8)的座位是可见的。正如已经所指出的，该细光束起源于多视图像素1150，多视图像素1150由坐标对(9，5)标识。
当然，由坐标对(8，5)标识的多视图像素与多视图像素1150相邻。如果不知道多视图像素(8，5)中哪个细光束在座位(3，g，8)是可见，依据经验猜测仍然是可能的。最可能的是，多视图像素(8，5)与其邻近的多视图像素(9，5)足够相似，来自像素(8，5)的等效细光束也可能在座位(3，g，8)处可见。换句话说，从多视图像素(8，5)发出在座位(3，g，8)处可见的细光束可能为细光束(8，5，7，14)，其中最后两坐标具有与细光束(9，5，7，14)相同的值。
通过数学方法估计关系的能力对简化校准程序是非常有利的。如果精确知道多视图像素相对于彼此以及相对于多视图显示的位置和方向，是特别有利的。当制造多视图显示器时，可以精确确定这样的位置和方向。当安装多视图显示器时，在许多情况下也可以精确确定其相对于期望的观看空间的位置和方位。有了这样的信息，可用的数学方法比上述的简单示例更加高级。例如，但不限于，可以利用三角函数和相关公式来实现关系的精确估计。
对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何使用数学方法，例如上述呈现或命名的示例性的数学方法或其他数学方法来估计多视图像素、细光束和观看空间的位置之间的关系，其中这种关系可以为从由多视图像素、细光束和观看空间的位置组成的组中选择的任意数量的实体之间的关系，将是显而易见的。
虽然数学方法使得关系的估计成为可能，但是当与精确知道位置和方向相结合时，这种估计并不总是可能或足以使得多视图显示器能够根据需要进行操作。例如，如果在图13的剧院中相对于五个区段中的每一个以精确知道的位置和方向高精度安装多视图显示器；如果多视图像素的位置和方向相对于多视图显示器被高精度已知；并且如果细光束的方向相对于它们相关联的多视图像素也是非常精确已知，则可能仅使用数学方法来精确得出哪些细光束在观看空间中的哪个位置是可见的。
在实践中，即使并非不可能，所要求的精度水平也是难以实现的。另外，在几何坐标不可用的情况下，数学方法无法提供完整的解决方案。因此，多视图显示器的现场校准预期为有利的。本发明的实施例提供了大大增强多视图显示器的现场校准的简便性和有效性的方法。
图14示出了在剧院中使用多视图显示器700的场景。该图示出了根据本发明的说明性实施例的校准方法的一部分。校准方法的目的是校准多视图显示器。校准方法的目标之一是找出坐在剧院座位1410上的假想剧院顾客有哪些细光束是可见的。为此，便携式摄像机1420被放置在剧院座位1420附近，位于假想剧院顾客的眼睛所在的预期位置。便携式摄像机对准多视图显示器700。
在这种场景下，细光束740-2可以由假想剧院顾客可见。在剧院中，多视图显示器700由多视图显示控制器1430控制，并通过通信链路1460与处理器1440进行通信。处理器1440通过通信链路1460从多视图显示控制器1430接收信息，并且还通过通信链路1470从便携式摄像机1420接收信息。处理器1440能够处理所接收的信息，并且能够将处理结果存储到存储介质1450中。
图15为根据本发明的说明性实施例的校准方法的一部分的流程图1500，其适用于图14的场景。
在任务1510中，处理器1440接收座位1410的标识。例如，该标识可以由操作人员通过连接到处理器的键盘、或者通过便携式无线终端、或者通过某种其它方式提供。
在任务1520中，将便携式摄像机1420放置在座位1410附近。例如，如果剧院顾客坐在座位1420上，操作人员可手持便携式摄像机，在剧院顾客的眼睛附近的位置。操作人员将便携式摄像机对准多视图显示器。
在任务1530中，多视图显示控制器1430选择多视图显示的多视图像素。例如，其选择多视图像素730。然后，控制器选择所选多视图像素的细光束。例如，其选择细光束740-1。
在任务1540中，控制器向处理器1440传送所选定的细光束的身份。例如，可通过包括唯一地标识细光束的四个几何坐标的标识来传送身份。控制器还使所选择的细光束闪光开关(flashonandoff)，而多视图像素的所有其它细光束以及所有其它多视图像素的所有其它细光束，仍然保持为暗。
在任务1550中，在细光束闪光开关的同时，处理器从便携式摄像机收集由便携式摄像机记录的一个或多个图像。如果所选定的细光束由便携式摄像机可见，则某些图像将在多视图像素730在图像中可见的地方检测到亮点，否则，所有图像将显示暗的多视图像素730。当细光束打开时在所收集的图像中是否存在亮点是任务1550的所需结果。
在任务1560中，测试任务1550的结果。如果没有检测到闪光的细光束，则意味细光束从剧院座位1410不可见。无需对该细光束作进一步的动作。然而，如果检测到闪光的细光束，则处理器执行任务1570，其中所选定细光束从剧院座位1410可见的事实被记录到存储介质1450中。例如，但不限于，存储介质1450可以为磁盘驱动器、闪存驱动器、闪存模块或ram、磁带或光存储器、或能够存储这信息的任何其它存储介质。在上述的实例中，选定细光束740-1，图14显示，该细光束在剧院座位1410处是不可见的。因此，不会检测到闪光，并且跳过任务1570。
在任务1580中，执行测试以确定是否存在还没有被选定的用于闪光开关的细光束。细光束可能存在于多视图像素730中，或者细光束可能存在于其它多视图像素中。如果没有细光束存在，则任务完成。否则，选择其余的其中一个细光束。例如，细光束740-2保持闪光开关，并且在细光束740-1之后被选定。
如果细光束在剩余细光束中被选定，则流程将再次执行任务1540。在该实例中，当选定细光束740-2，再次执行任务1550时，多视图像素730被检测为由便携式摄像机记录的图像中的闪光亮点。因此，执行任务1570，并且将从影院座位1410对细光束740-2可见的事实记录在存储介质中。
当流程图1500到达结束时，多视图显示器700的所有多视图像素中的所有细光束将通过打开和关闭它们来检查。存储介质1450将包含从剧院座位1420可见的所有细光束的完整列表。然后可以为另一个剧院座位重复该任务顺序，直到所有剧院座位均被访问。此时，存储介质1450将包含从剧院中的每个座位可见的所有细光束的完整列表组。此后，剧院可以使用多视图显示器，将不同的图像对坐在不同座位上的不同剧院顾客显示。为此，针对每个座位，查询存储介质1450中的对应列表，并且该列表中的细光束被配置为显示相关图像的像素。对此下文还作出了更详细的描述。
某些细光束可能出现在不同座位的多个列表中。通常，当这种情况发生时，是因为一个潜在的剧院顾客的头部位置处于细光束的路径，该细光束如被另一个潜在的顾客所观看。在这种情况下，一种检测哪些座位被占用和哪些座位没有被占用的手段，对于剧院来说是有利的。例如，如果一座位被占用，但是其前面的座位没有被占用，则可以有从该被占用座位可见的细光束，否则其路径将被空闲座位的占用者的头部阻挡。在这种情况下，如果多视图显示控制器知道哪些座位是没有被占用的，则可以简单地忽略空闲座位的细光束列表。
至此，主要在校准多视图显示器的上下文中，已经对多视图显示控制器1430的功能进行了描述。校准之后，作为正常操作的一部分，控制器管理多视图功能的实现。例如，但不限于，可以在剧院中使用多视图显示器来显示字幕，并且不同的观看者可能希望看到不同语言的字幕。在该实例中，多视图显示器可包括被布置为显示字母数字字符的字段形状的多个多视图像素。这种显示器在本领域中被称为字段显示器。
根据当前的实例，如果座位h11中的观看者已经选择观看法语字幕，则多视图显示控制器可以为座位h11接收法语文本字符串以及显示该文本字符串的命令。为此，控制器然后将查询存储介质1450以获得从座位h11可见的细光束的列表。查询可以通过处理器1440作为媒介，或直接通过直接通信链路进行。
所需的细光束列表在存储介质1450中可能可用或可能不可用。如果为否，控制器可以利用这个事实：座位h11的标识为几何坐标的形式，并且可以向存储介质1450查询从座位h11附近的一个或多个座位可见的细光束列表。然后，控制器可以使用数学方法从相邻座位的可用列表中得出座位h11的所需列表。控制器还可以使用数学方法来得出未包括在可用列表中的细光束的可见性信息。最终，控制器取得了从座位h11.11.h可见的所有多视图像素的全部细光束列表。
通过这样可用的列表，然后，控制器可以决定获取关于座位h11前面的一个或多个座位的占用信息。例如，在座位图1300中，这样的座位可包括座位g10和g11。如果这些座位中的一个或两个被占用，则控制器可以再次利用几何坐标，并且可以计算尽管从座位h11可见但可能由于座位g10和g11的占用者的存在而被阻挡的细光束列表。这些细光束很可能是那些占用者所可见的。如果这些占用者也选择法语观看字幕，则无需特别的动作；但是，如果这些占用者选择使用不同的语言观看字幕，则控制器必须决定是否应该使用那些可能被阻挡的细光束来为h11中的观看者显示字幕，或者为g10和g11中的观看者显示字幕。同样，几何与数学方法可以结合座位占用者的细光束阻挡模型来使用，以实现对观看者的细光束的最佳分配。
最终，多视图显示控制器1430生成由h11中的观看者可见并且不被其他观看者或其他障碍物阻挡的细光束的列表。然后，控制器以熟知的方式将要显示的法语文本转换为要打开或关闭的字段图案。要打开或关闭的每个字段对应于多视图显示器中的字段形状多视图像素。对于每个这样的多视图像素，如果存在源自出现在对于座位h11为可见且未被阻挡的细光束列表中的该多视图像素的细光束，则控制器根据待显示字段的图案的指定来命令多视图显示器打开或关闭细光束。
上述操作的结果是，座位h11中的观看者在多视图显示器的显示表面上看到或明或暗的字段图案，并且该图案形成所需的法语字幕.11并且不被其他观看者所阻挡。
再次参照图14，对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，便携式摄像机1420的功能也可以由除摄像机外的其它类型的光检测器执行，只要当细光束740-2被打开和关闭时，光检测器具有足够的灵敏度来检测多视图像素730的开-关闪光，将是显而易见的。
前面段落中描述的说明性校准方法在生成用于存储在存储介质1450中的细光束的所需列表中是有效的；然而，本发明的其它实施例是可能的，其中校准过程更快。具体地，当便携式摄像机1420对准多视图显示器700时，便携式摄像机可以记录不仅仅是多视图像素730的图像。通常，图像还记录其它多视图像素。也许，整个多视图显示可能被成像。如果除了多视图像素730之外的其它多视图像素的细光束与多视图像素730的细光束同时闪光开关，便携式摄像机可以将它们各个分辨，只要便携式摄像机具有足够的分辨率。
在这样的其它实施例中，多视图显示控制器1430可以向处理器传送在不同的多视图像素中同时闪光开关的所有细光束的列表。然后，处理器可以采用公知的图像处理技术来识别由便携式照相机记录的图像中哪一个多视图像素正在闪光开关。对于这些多视图像素，处理器然后可以在存储介质中记录闪光的细光束在座位1410处可见的事实。
如果几何坐标可用于细光束和/或多视图像素的标识，则处理器可能能够对从座位1410可见的细光束进行估计，即使对于某些多视图像素，其细光束没有闪光开关。取决于细光束和多视图像素的相对位置和方向的已知精确度，这些估计可以足够精确以便在无需作进一步处理的情况下存储到存储介质1450中。否则，通过将选定的细光束的范围仅限制如下细光束，即这些细光束被估计从表征的剧院座位可见的，所述估计可提高流程图1500的速度。
尽管图14仅示出了一个便携式摄像机1410，但对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，其中同时使用多个便携式摄像机来同时表征多个剧院座位，将是显而易见的。在这样的实施例中，处理器可通过等效于通信链路1470的多个通信链路从所有便携式摄像机接收信息。
尽管图14中示出的处理器1440为单个处理器，但对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，将处理器1440的功能进行不同的实施，例如，但不限于，该处理器可通过多个处理器、或通过一个或多个虚拟处理器、或通过云处理、或通过本领域已知的其它合适的处理技术来实施(这里仅列举几种可能性)，将是显而易见的。
图14示出了通信链路1460，用于向处理器传送正在闪光关开的细光束的身份。示出的通信链路为分开独立的通信链路。然而，对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，其中以其它方式来实现通信链路，将是显而易见的。例如，但不限于，可通过选定细光束的闪光开-关图案来实现通信链路。在这样的实施例中，在任务1540中，例如，但不限于，通过使选定细光束以选定细光束的唯一闪光图案来将第二细光束的身份传送到处理器1440。
当处理器检测到由便携式摄像机记录的图像中的开关闪光时，它可以检查闪光图案并通过本领域的公知技术对其进行解码以获得其中包含的任何信息。例如，闪光图案可以为幅移键控(ask)位的非归零(nrz)数字序列。多视图显示控制器可控制闪光图案，并将其编码成需要传送给处理器的任何信息，包括例如细光束的标识。
通过细光束闪光图案传送细光束标识和其它信息的能力在本发明的许多实施例中是有利的。在某些这样的实施例中，可同时闪光开关同一多视图像素的多个细光束。每个细光束可以以与其它细光束不同的唯一的图案进行闪光。便携式摄像机只能检测到便携式摄像机可见的细光束，并且闪光图案使细光束的标识能够被检测。闪光图案在本领域中是已知的，其适于这种识别；例如，但不限于，可以使用所谓的格雷码图案。在美国专利n.7,001,023提出了一些这样的图案。本领域已知的其它图案也可能是合适的，例如，最大长度序列和其它移位寄存器序列。即使在来自特定多视图像素的多于一个的细光束由便携式摄像机可见的情况下，某些类型的图案也能够标识细光束。
在流程图1500的任务1510中，处理器1140接收座位1410的标识。流程图没有指定标识来自哪里或者如何生成。如上所述，该标识可由操作人员提供。通常，本发明的实施例也可以用于除剧院之外的环境中。在这样的环境中，在与任务1510等同的任务中，处理器接收多视图显示器的观看空间中观看位置的标识。该标识可能再次由操作人员提供；然而，存在其它的可能性。例如，但不限于，便携式摄像机可以配备有用于估计其自身位置的定位能力。结合摄像机和定位功能对于所谓的智能手机是常见的。当通过智能手机摄像头拍摄图片时，拍摄图片的位置通常包含在存储照片的数据文件中。在任务1550中，当处理器从便携式摄像机收集图像时，那些图像可包括关于便携式摄像机记录图像时所在的位置信息。
如果便携式摄像机配备了定位能力，则这种能力需要对多视图显示的目标具有足够的精确性。例如，在图14的场景中，定位能力可能需要足够精确以辨别便携式摄像机是否位于座位的中心，而不是两个座位之间。本领域许多已知的定位技术，可以达到所需的精度。例如，但不限于，可以使用基于超声波的系统，其中将超声波装置放置在剧院的参考点处，使得便携式摄像机可以基于超声信号估计其相对于参考点的位置。在这种情况下，需要将通过定位能力确定的位置转换为剧院座位标识。通常，由定位能力提供的位置估计基于几何坐标。如前所述，剧院座位号码也是一种几何坐标的形式，如何使用数学方法将一种类型的几何坐标转换为另一种类型，是本领域的公知常识。
图16示出了用于在剧院中定位便携式摄像机1620的定位系统1600。该系统基于在剧院内的固定位置的三个固定式摄像机1610-1、1610-2和1610-3。选择的这些位置使得多视图显示器700的期望观看空间由足够多的固定式摄像机可见，并且具有足够的清晰度，可通过图像处理精确重构便携式摄像机1620的位置。三个固定式摄像机记录观看空间的图像，并分别通过通信链路1640-1、1640-2和1640-3将图像传送到图像处理器1630。图像处理器处理图像以生成便携式相机1620的位置估计；该位置估计通过通信链路1650传送到处理器1440。
在图16的定位系统中，便携式摄像机1620配备有闪光灯1660。闪光灯使图像处理器更容易将便携式照相机1620定位在由三个固定式摄像机记录的图像中。此外，闪光灯还可以提供便携式摄像机1620和图像处理器之间的通信链路。例如，但不限于，闪光灯可以以闪光图案闪光，该图案传达关于其身份、其状态、其当前活动的信息或可能对通信有用的任何其他信息；因此，例如，便携式摄像机1620可以指示何时开始在特定位置记录图像；这样的信息可通过图像处理器进行解码。图像处理器还可以将这样的信息转送到处理器1440或多视图显示控制器1430，继而启动细光束的闪光。
尽管图16示出了用于实现定位功能的多个固定式摄像机，对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，其中使用更多或更少的固定式摄像机，将是显而易见的。具体地，在图16中示出的两个固定式摄像机1610-1和1610-2，为安装在多视图显示器700附近。在制造时，这两个固定式摄像机可以固定在多视图显示器上，并且相对于多视图显示器的两个固定式摄像机的位置和方向之间的几何关系，可以在多视图显示器出厂前在工厂中进行表征。然后，在剧院安装多视图显示器之后，这两个摄像机可用于相对于多视图显示器标识观看空间中的位置，而无需对这两个固定式摄像机进行现场校准。如果需要，可以使用额外的固定式摄像机，如固定式摄像机1610-3，来提高定位精度。
两个固定式摄像机1610-1和1610-2可足以精确定位，因为可通过称为立体摄影的技术以熟知的方式对这两幅图像进行结合。图像处理器可采用这种技术来得出深度信息；即，计算便携式摄像机1620的三维位置，其中包括从多视图显示器到摄像机的距离大小。这种距离大小通常被称为“深度”。包括多个摄像机的用于实现立体摄影的摄像机系统通常被称为立体摄像机，并且该多个摄像机可以为各个独立的摄像机，如图16所示，或者可以为容纳在单个单元中的摄像机。
除了立体摄影之外，用于深度测量的其它基于摄像机的技术，在本领域中是已知的。对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，其中使用其它类型的深度感知摄像机或其它图像捕获设备或系统或其它定位系统，将是显而易见的。例如，但不限于，可以使用飞行时间摄像机、结构光扫描仪、全球定位系统、室内定位系统和/或高度计，这里仅列举几个例子。
在图16中，定位系统包括多个固定式摄像机。然而，本发明的实施例也可能是使用单个非深度感知固定式摄像机进行位置确定。在所处环境为位置标识提供其它线索的情况下，单个非深度感知的固定式摄像机可能就足够了。例如，在剧院中，由位于多视图显示器附近并对准座位的固定式摄像机记录的图像预期能够清楚地显示座位本身。然后，图像处理器可以从这样的图像中标识放置便携式摄像机1620的座位，而无需要深度信息。存在许多其它这样的情况，其中简单的二维图像可足以通过使用其它可用信息来标识便携式摄像机1620的位置。例如，但不限于，如果便携式摄像机1620的实际物理尺寸对于图像处理器是已知的，则记录图像中的便携式摄像机1620的表观尺寸提供了其与固定式摄像机的距离的线索。
图16所示的定位系统1600能够进行三维定位：通过使用多个固定式摄像机，它可以估计针对便携式摄像机1620的位置的全组三个几何坐标。然而，仅能够进行二维定位的较有限的定位系统在本发明的许多实施例中也是有效的。例如，但不限于，如果在图16所示的剧院中只可用一个固定式摄像机1610-1，该相机的视野仍然可以足够宽以覆盖剧院中的所有座位。当便携式摄像机1620被放置在特定座位附近时，由固定式摄像机1610-1记录的图像仍然足以标识便携式摄像机所放置的座位，并且该座位标识可以被传送到处理器1440，以完成校准任务，正如在三维定位可用的情况中。
在前一段的实例中，二维定位足够的原因在于感兴趣的观看空间本质上是二维的。基于这个理由，由适当放置的常规摄像机记录的二维图像可足以区分观看空间的位置，并且可以提供对感兴趣位置的充分标识。
可以进一步推理扩展到观看空间为一维的情况。例如，但不限于，针对漫步穿过长走廊的观看者的多视图显示器，可被配置为沿走廊的不同位置显示不同的图像。这种多视图显示器的定位系统可通过所谓的滚轮测量装置来实现，该测量装置仅测量从走廊开始的一维距离。
尽管图14和图16中示出的固定和便携式摄像机为常规的摄像机，但是对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，使用各种替代图像捕获设备执行本文公开的那些摄像机的功能，是显而易见的。例如，但不限于，便携式摄像机1420和1620可以为具有内置摄像机的所谓智能手机或平板电脑。这样的设备可能是方便的，因为除了摄像机之外，它们还提供其它有利功能，例如，数据处理、无线通信、人机界面、光源和发光显示器，这里仅列举几个例子。例如，可以通过许多这样的设备中提供的用于闪光摄影的光源来实现闪光灯1660；并且发光显示器可用于显示在由固定式摄像机记录的图像中可检测的图案。这种检测到的图案可用作深度估计的辅助，并且图案和闪光均可用于将信息传送到图像处理器。然后，图像处理器可将该信息转送到任何适当的目的地。
尽管图16示出的便携式摄像机1620为具有闪光灯，但本发明的替代实施例可能为，便携式摄像机1620不具有闪光灯。例如，但不限于，如果环境光线充足，并且便携式摄像机1620在由固定式摄像机记录的图像中容易标识，则可以不需要闪光灯。
其它替代实施例也可能是，仅使用闪光灯本身，代替便携式摄像机1620，而无需附接到其上的便携式摄像机。具体地，例如，但不限于，如前面所提到的，在制造时，所述两个固定式摄像机1610-1和1610-2可以固定在多视图显示器上，并且相对于多视图显示器的两个固定式摄像机的位置和方向之间的几何关系，可以在多视图显示器出厂前在工厂中进行表征。此外，在工厂中，相对于这两个固定式摄像机，多视图像素和细光束的几何形状可以在多视图显示器出厂之前进行表征。这种表征可作为随多视图显示器出厂的附件，例如，为打印文档，或者更好的，为计算机可读介质。在这种情况下，这对固定式摄像机可用于剧院，通过立体摄影相对于多视图显示器来估计闪光灯的位置。此后，可以从附随多视图显示器的表征中提取从闪光灯的位置可见的细光束列表。
尽管便携式摄像机1420的特征为形容词“便携式”，但对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，其中可将一个或多个便携式摄像机1420永久固定在需要重复校准的某些位置上，将是显而易见的。
图14和16示出了数个通信链路，并且前面的段落提供了这种通信链路的各种示例性实施例。然而，对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，其中以其它方式来实现这种通信链路以及在本公开中未明确呈现的其它通信链路，将是显而易见的。例如，但不限于，通过使用无线电波、声信号、超声波，光信号、光纤、同轴电缆、线对、lan布线等的无线或有线技术来实现通信链路，这里仅列举几个例子。另外，通信链路可以被实施为直接连接，或实施为中间实体中继信息的间接连接。也许，如果适当的话，中间实体可以修改中继信息。通信链路也可以像单个单元内，或者甚至单个集成电路内的子系统之间的电气连接或光连接一样简单。通信链路还可以通过信息存储来实现；例如，但不限于，一任务可通过将信息存储到存储介质中以供其它任务稍后检索来将信息传送到另一个任务。
如上面提到的，本发明的某些实施例可以使用光检测器而非摄像机来执行便携式摄像机1420和1620中的一个或两者的功能。这种光检测器可以被实施为合适的光检测器，即，产生响应于入射光的信号的器件，或者为耦合到另一个光检测器的反射元件。例如，反射元件可以为反射镜、或反射镜组、或所谓的回射器、或其它一些反射元件。
回射器是一种以低散射的方式将光反射回其源的器件或表面，其发散量取决于回射器的制造方式。例如，但不限于，在图16中，可以使用回射器代替便携式摄像机1620。撞击回射器的细光束的光继而将被反射回多视图显示器700，并且具有适当的发散量，反射光可以由固定式摄像机1610-1和1610-2中的一个或两者接收。
用于代替便携式摄像机1620的光检测器的这种实施例可能是有利的，例如，在必须非常频繁地进行多视图显示器的校准的情况下。例如，在某些会议室中，通常具有安装在可移动推车上的电子显示器。如果多视图显示器700在这样的房间中的可移动的推车上，则每当显示器推车移动时，特别是如果座位也是可移动时，则可能需要多视图显示器的校准。在这种情况下，可以在房间的每个座位上固定一个回射器。每当多视图显示，或一个或多个座位移动时，则可执行校准。例如，如本公开中所教导的，可以执行图15的流程图，或者可以执行等效的系列任务。
对于这种校准，两个固定摄像机1610-1和1610-2与回射器结合，执行便携式摄像机1620的功能。然而，如上所教导的，两个固定摄像机也可通过立体摄影执行定位功能。实际上，也可以根据上面所教导的替代方法进行校准，不使用便携式摄像机1620，而仅使用闪光灯。回射器可通过反射来自多视图显示器本身的光或者位于多视图显示器附近的辅助光源来执行闪光灯的功能。辅助光源可能是有利的，因为它可以比多视图显示器更加亮。可以使辅助光源以特定的闪光图案闪光，这使得固定式摄像机易于检测来自回射器的反射。
在本公开中，教导了几个任务及其变体。这些任务可以通过各种方式结合到本发明的实施例中。具体地，图15呈现了可以作为本发明的某些实施例的一部分来执行的流程图。在流程图以及本公开的其它部分中，任务是按顺序呈现的，然而，许多所呈现的任务可以以许多其它等效顺序来执行。例如，但不限于，在图15的流程图中，任务1510、1520和1530可以以任何顺序执行，而不影响校准的有效性。这是因为这三个任务中的任何一个的效果都不是另外两个任务的先决条件。
对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，在本公开中，可以改变任务的顺序次序而不影响最终的结果，将是显而易见的。在本公开所附的权利要求中，除非另有明确说明，否则应当理解，任何要求保护的任务可以以任何次序执行，除非一个任务的结果是另一任务的先决条件。
根据本发明的某些示例性实施例，多视图显示控制器可以被配置为使得多视图显示器连续地显示诸如上述格雷码图案的闪光图案。如已经提到的，这样的图案可以被配置为传送用于标识细光束和多视图像素的所有必要信息，而无需便携式摄像机的单独通信链接。
便携式摄像机还可以配置闪光灯1660，使得由闪光灯发出的闪光图案提供与固定式摄像机的通信链路。该通信链路可用于，例如，将便携式摄像机的时钟与固定式摄像机的时钟同步。实现时钟同步的许多其它方式在本领域中也是已知的，其可在这些示例性实施例中使用。
使用同步时钟，便携式摄像机和固定式摄像机可以分别记录一系列图像，其中所有图像都标记有图像被记录的时间。在记录图像时，无需对图像进行处理或额外的通信链路。当操作人员将便携式摄像机移动到观看空间中需要校准的位置时，每台摄像机简单记录一系列带有时间标记的图像。由于便携式摄像机持续记录一系列带有时间标记的图像，操作人员必须确保将便携式摄像机保持在每个位置足够长的时间，以便所有摄像机记录足够数量的图像。
对图像的必要处理可以是非实时进行的。所有摄像机记录的图像序列可被提供到处理器，该处理器使用时间标记重建来自所有摄像机的所有图像的同步。然后，处理器可通过处理由固定式摄像机记录的图像在不同时间估计便携式摄像机的位置。处理器还可以在那些时间处理由便携式摄像机记录的图像，以标识从那些位置可见的细光束。
非实时处理的优点之一是，即使在记录图像之后，也可以随时执行摄像机之间的时钟同步。如果时钟足够精确，即使在记录图像序列之后的几个小时或几天内，时钟同步仍会有效。
即使在便携式摄像机移动的同时，也可通过固定式摄像机记录的图像来连续标识便携式摄像机的位置。因此，本发明的实施例可能的是，便携式摄像机被允许从一个位置连续地移动到另一个位置，而无需停止。在这样的实施例中，可以使用众所周知的诸如以上所述的那些数学方法，以在便携式照相机移动时从由摄像机记录的图像在期望的位置处生成所需的细光束列表。
图14和图16示出了某些所示实体之间的某些通信链路；然而，对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，包括除了附图中示出的某些或全部通信链路之外的其它通信链路，或代替其中的某些或全部通信链路，将是显而易见的。本发明的实施例可通过可能以不同方式执行的各种实体之间的通信来实现期望的结果。例如，但不限于，图15的流程图的任务及其变体，可以由处理器1440协调。然后，处理器可以使用通信链路与多视图显示控制器进行通信，以命令选定细光束闪光。处理器还可以使用通信链路来命令便携式摄像机拍摄图片，或者命令闪光灯1660(如果存在)以特定图案闪光，或者传送供操作人员使用的指令或信息，如果便携式摄像机配备有适当的人机界面。为了执行某些任务，便携式摄像机1420和1620还可以与多视图显示控制器直接通信。
虽然图14和图16示出为单独实体的处理器1440、存储介质1450、便携式摄像机1420、便携式摄像机1620和图像处理器1630，但对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，其中将这些功能中的某些或全部由同一设备执行，将是显而易见的。具体地，现代便携式设备，诸如智能手机、平板电脑、便携式计算机和许多其它类似设备，包括充足的内置存储介质和强大的处理能力，该处理能力包括图像处理能力。本发明的实施例可能的是，例如，其中一个这样的便携式设备可用于执行多个功能。也许，附图中示出的所有或大部分功能可以由单个便携式设备执行。或者，可以通过例如但不限于所谓的“云”计算或虚拟处理器或虚拟机来执行某些功能，这里所提及的几种可用的可能性。
某些实施例的多视图显示器可以具有非常大量的多视图像素。透镜830可能是这种多视图像素的昂贵部件，实现低成本的愿望可能意味着透镜不能为消色差透镜，其结果是细光束的颜色将影响细光束的形状和尺寸。根据本发明的某些实施例的校准可以有效地补偿这种色差。在这样的实施例中，可能需要针对不同的颜色执行单独的校准。
细光束或其它光源的发光，本公开中通常以诸如“开关”或“闪光”的限定词来表征。此外，光的检测可以被表征为检测光或光变化的存在或不存在，或者表征为检测“开关”或“闪光”图案。然而，应当理解，光源发出的光具有多个特性，例如，但不限于亮度、颜色、光谱成分、偏振、光束形状、光束轮廓、空间相干性、时间相干性等，这里仅列举几个例子。为了本公开的目的，限定词，诸如“开关”或“闪光”或与发射或检测到的光的变化有关的其它限定词，应理解为包括这种光的任何特性的任何变化。此外，尽管限定词“开-关”的使用可能被解释为意味着诸如亮度的参数的值的完全变化，但是为了本公开的目的，这种限定词和其它涉及光的变化的限定词，相反，也可以指代亮度或其它参数的部分变化。这种部分变化在本领域中可被称为“比例”或“平滑”或“模拟”变化。
应当理解，本公开仅教导了一个或多个说明性实施例的一个或多个实例，在阅读本公开内容之后，本领域技术人员可容易设计出本发明的许多变型，本发明的保护范围由本公开所附的权利要求限定。
定义
细光束-为了本公开的目的，“细光束”被定义为由多视图显示器中的多视图像素发射的光的基本实体。这个词并不出现在标准字典中。为了本公开和相关讨论的目的，本文中创建了这个词。
在多视图像素的某些实施例中，多视图像素类似于常规图像投影机。常规的图像投影机将多个窄光束投射到投影屏幕。每个光束类似于由探照灯或灯塔发出的光束。对于常规投影机，每个投影像素都有一个这样的光束。由于这种光束的数量庞大而且通常较尺寸小，因此创建了词“细光束”来指代其中之一。
多视图像素类似于图像投影机，因为它发射多个细光束，但是细光束不旨在用于屏幕上形成图像。相反，它们旨在落在观看者的眼睛上。通常，预期的观看者是人，但是诸如摄像机的光学设备也可以与多视图显示器一起使用，并且可以设想多视图显示器的应用，其中预期的观看者可能是非人类观看者，例如，动物、摄像机或其它图像捕获实体。
在多视图像素中，可独立于其它细光束的光来控制每个细光束的光。例如，但不限于，可独立于其它细光束的光强和/或颜色来控制各个细光束的光强和/或颜色。也可以控制细光束光的其它参数，这样的其它参数包括，例如，光谱成分、偏振、细光束形状、细光束轮廓、与其它细光束的重叠、焦点、空间相干性、时间相干性等，这里仅列举几个例子。
观看多视图像素的观看者看到一个或多个细光束的光；具体地，观看者看到由多视图像素发射并落在观看者的瞳孔上的那些细光束的光。观看者将多视图像素感知为这些细光束的组合光在发光。与常规像素一样，观看多视图像素的观看者可以将多视图像素感知为具有各种形状。
显示器-为了本公开的目的，“显示器”被定义为能够生成可视图像的电子设备。具体地，显示器接受可以为数字或模拟的电信号形式的图像规格，并且根据规格生成可视图像。图像由显示器的观看者在被称为“显示表面”的物理元件上可见。
通常，显示表面包括形成可视图像的像素集合。在某些显示器中，显示器表面为显示器本身的一部分。这样的显示器的实例包括电视机、计算机显示器和数字桌面时钟等，这里仅列举几个例子。在其它显示器(例如，图像投影机)中，显示表面可以不是显示器的一部分。
在某些投影机中，严格来说，显示表面可能不是一表面。例如，可以通过将多个像素安装在建筑物的立面上，或者安装在可能未被精确形成为表面的其它建筑结构上来创建显示器。为了本公开的目的，术语“显示表面”也应理解为包括这样的结构。
多视图显示器-为了本公开的目的，“多视图显示器”被定义为能够向不同观看者显示不同图像的显示器。基于观看者相对于多视图显示器的位置，每位观看者在观看多视图显示器的显示表面时将看到不同的图像，并且不会看到其他观看者所看到的图像。这与常规显示器是相反的，常规显示器对所有观看者均显示相同的图像，而不管观看者相对于显示器的位置如何。在多视图显示器中，图像由包括多视图像素的像素集合形成。
多视图像素-为了本公开的目的，“多视图像素”被定义为“多视图显示器的最小图像形成单位”；因此，在“像素”一词的定义中所作的注释也适用于“多视图像素”。
多视图像素为在常规(非多视图显示器)使用的像素类型的更灵活版本。在典型的常规显示器中，像素响应于电激励而发光，并且像素的亮度取决于激励的程度。每个常规像素在所有方向发射光，使得所有观看者以相同的方式感知像素，而不管观看者的位置如何。
相反，多视图像素不仅可以控制亮度，还可以控制发射光的空间分布。具体地，可以命令多视图像素，例如，以特定方向发光，而不是其它方向发光；或者可以命令独立调节在不同方向发射的光的亮度。发射的光的其它参数也可以针对不同的发射方向独立调节。
像素-“像素”一词与图像和图像处理相结合为本领域的公知常识。其为“图像元素”的缩写，由美国传统词典第三版定义为“视频显示器的最小图像形成单位”。为了本说明书的目的，该定义被扩大至适用于任何类型的显示器，而不仅仅是视频显示器。例如，但不限于，该定义适用于所谓的字段显示器，其中将数字或其它字符的图像形成为字段状的集合像素。所谓的七段显示器常用于显示数字。其它显示器可以将数字和其它字符的图像生成为点状的像素阵列。在这样的显示器中，像素可能呈现为亮白色或彩色圆盘。对于特殊用途，可以有自定义形状的自定义像素。对于本领域技术人员，在阅读本公开内容之后，如何制作和使用本发明的实施例，使其中像素具有各种形状、颜色、布置和其它特征，将是显而易见的。
观看空间-为了本公开的目的，多视图显示器的“观看空间”被定义为多视图显示器的观看者可以体验多视图显示功能的可能位置的范围。具体地，多视图显示器的多视图像素可以在一定范围内的可能方向发射细光束。观看者必须在该范围内才能看到至少一个细光束；否则，该多视图像素将不能用于形成图像。为了让观看者看到覆盖多视图显示器的整个显示表面的图像，观看者必须在所有多视图像素的细光束范围内。观看空间为满足此要求的所有位置的集合。
显示器设计师通常给予观众可以观看到显示器的可能位置的目标范围。在多视图显示器中，相对于彼此定向多视图像素是有利的，使得所有细光束范围在所有这些观看者位置处重叠。通常，这很可能导致显示器表面的不同部分中的多视图像素的不同方向，并且很难预先知道所有多视图像素的相对方向。根据本发明的实施例的校准可以提供必要的方向信息，从而允许显示器设计者根据需要自由定向多视图像素。