专利名称：静止画面的动态显示方法
技术领域：
本发明涉及一种动态广告的显示方法，特别是一种静止画面的动态显示方法，该方法特别适合使在地铁列车上以较高速度运动的人清晰地看到地铁隧道壁上呈现出的动画广告片。
背景技术：
基于窄缝成像原理，1989年英国人提出的一种在观众和装置之间相对运动的情况下显示动画图像的方法，该方法于1999年被美国人做了改进并投入到地铁环境的应用中(中国专利申请号00815682.4[对运动的观众显示多组图象的装置])。该方法的实质内容是将每一个帧画面按一定比例横向压缩并放置于一个矩形箱体中，在画面正中的所对的箱壁上开一个透明窄缝，人在一定距离垂直于窄缝方向以一定速度运动的时候可以在缝前感受到横向放大的原压缩画面的视觉映像，因为原画面是经过横向压缩的，经这个过程产生的放大作用可以使原画面得到一定程度的还原；将多个这样的箱体顺序排列在观众预定运动路线的侧面，当观众以一定速度在它们前面通过的时候，观众将逐一感受到每一个箱体所呈现的视觉映像，当每个映像的内容都是按顺序排列并比前一个画面稍微变化的时候，便使观众感受到类似电影一样的动态画面效果。这种方案不需要光源之外的其他光机电装置，与其它公知方案相比大大降低了装置的复杂性和造价，并可以达到一定程度的观看效果。分析这种简单的对窄缝成像原理的应用方案其实际效果必然存在以下缺陷为了减轻闪烁感，该方案尽量增加同时出现在人眼观看范围内的窄缝条数，具体措施只是简单的采用相对较大的窄缝宽度和缩小每个箱体的横向尺寸，并将每个箱体紧密排列在一起。这样做带来的问题不仅是增加了制作更高压缩比例帧画面的困难，同时也不能解决明亮时间占空比与保证图像细节的正常展现需要窄缝宽度要窄的矛盾。因为这个矛盾的存在，该方案不能实现图像细节的高质量展现。该方案存在的另外一个缺陷是每个单独箱体内的压缩帧画面内容都是一个独立的帧画面，并且相邻光源置于光阑板之后帧画面的内容是稍有不同的。因此同时在人眼观看范围内出现多条窄缝，而每条窄缝内的内容都是属于内容各不相同的帧画面，这样人眼就会同时看到多个不同帧画面的部分内容，会使人有画面错乱的感觉，画面的连续感差，严重影响人对动态画面的观看质量。
发明内容
本发明是为了解决上述装置存在的不能实现图像细节的高质量展现和同时看到多个不同帧画面的部分内容致使感觉画面错乱的技术问题，而提供一种画面清晰、稳定的静止画面的动态显示方法。
本发明的显示方法包括以下组成从一张预期显示的完整帧画面内截取的、连续的多个等高、等宽单元压缩画面按顺序横向单列于一平面构成一个压缩画面组，对应压缩画面组及两侧各延展0.5倍的长度范围内设置位于压缩画面组前侧的一级光阑板和位于一级光阑板与压缩画面组之间的二级光阑板，一级光阑板和二级光阑板所设平行等距的一级窄缝光阑及二级窄缝光阑的个数与所对应的压缩画面组的单元压缩画面个数相等，同一光阑板内的窄缝光阑之间的距离小于所对应的压缩画面组的单元压缩画面宽度，一级、二级光阑板上的一级、二级窄缝光阑一一对应组成一个光阑组，每一个光阑组都与一个单元压缩画面相对应，由所述压缩画面组和相应的一级光阑板、二级光阑板及光源构成单帧画面显示单元，由所述多个单帧画面显示单元依次沿运动方向横向排列构成连续静止画面的动态显示装置。
本发明的显示方法还可以采取以下技术措施所述压缩画面组由3至150个单元压缩画面构成。
所述一级光阑板上的一级窄缝光阑缝宽为0.6～5毫米，长度至少等于单元压缩画面高度。
所述二级光阑板上的二级窄缝光阑，其宽度大于一级窄缝光阑小于单元压缩画面宽度。
所述一级、二级光阑板其纵轴线在压缩画面组平面内投影与压缩画面组纵轴线重合。
所述动态显示装置至少由20个单帧画面显示单元横向排列构成，各单帧画面显示单元可以设置间隔。
本发明的有益效果和优点在于本发明由于采用多个单元压缩画面组成一个单帧画面显示单元来显示一个单帧画面，并且通过与单元压缩画面一一对应的窄缝光阑组使同一单帧画面显示单元中的每一个单元压缩画面的成像范围重叠在一起，这样，分别显示不同帧画面的各个单帧画面单元都有各自的成像范围，且非相邻的单帧画面单元的成像范围不会重叠，观看者每一时刻看到的都是同一个帧画面的内容或者后一帧画面以与观看者运动方向相反的方向平移逐渐替代前一帧画面的过程(这个过程类似于电视技术中的逐行扫描)，两个以上帧画面不会同时出现在视角范围内，有效地克服了公知技术中画面混乱的弊病，使动态画面变化过程更自然流畅。另外，本发明单元压缩画面中的画面内容只是预期提供给人观看的完整帧画面内容的一部分，其宽度与所要展现的整幅帧画面的宽度不存在公知技术中的比例对应关系，其单元压缩画面的宽度可以选择的相对较小，这有益于窄缝光阑间距选择的更小，因此可以得到更大的明亮时间占空比，而有效提高所显示画面的清晰度和细节表现力。应用本发明可以实现单帧画面显示单元的模块化设计，更有利于加工生产，也便于日常维护以及动画内容的更换。同时也因为对单帧画面显示单元的宽度有较大选取自由度，可以控制动画帧频率不至于太高，降低了对动画素材的要求，从而便于通过计算机程序快速的对图像素材进行处理得到形成动画所需的大量图像资源。本发明尤其适宜地铁环境中的应用，也可以延伸到向其它领域诸如火车、轻轨、快速路及电梯等环境，也可以应用到其它具备相对运动的场合。
附图1 本发明的显示方法示意图。
附图2 单帧画面显示单元实施例结构局部剖面示意图。
附图3 图2A-A视图。
附图4 图2显示原理图。
附图5 排列的多个单帧画面显示单元显示原理图。
附图6 Wn/So＝1/2情况下排列的多个单帧画面显示单元显示原理图。
附图7 本发明显示方法主要参数设计原理图。
图中标号1单帧画面显示单元，2观看者及运动方向，4背板，5单元压缩画面，6支架，7光源，8二级光阑板，9一级光阑板，10遮光罩。
具体实施例方式
本发明提供的向在固定路线上以可预测的速度运动观看者显示动态画面的装置的实施方案如图1所示，由50个单帧画面显示单元逐一等高横向与观看者运动方向平行排列于观看者运动路线侧面，每个单帧画面显示单元到观看者运动路线的距离(即观看者到单帧画面单元的距离Dm)多数情况是由实际应用环境决定的也可能是综合多种因素自由选取的，每两个相邻单帧画面显示单元之间设有间隔或不设间隔。
如图2、3、5所示单帧画面显示单元，背板4表面横向单列铺设压缩画面组，构成压缩画面组的单元压缩画面5等高、等宽并按动作渐变的顺序排列，背板前侧设有平行于背板的一级光阑板9，它们之间的距离Db决定着本发明所述装置的几何厚度，多数情况下受限于实际应用环境。另外一个限制Db的因素是压缩画面的加工工艺。组成该画面的最小像素点的直径存在一个极小值Dε，又因为人眼对运动景物的分辨角θm约为7.5′，当Dε/Db＞sinθm时，观看者所感受到的画面在观看者运动方向上的解析度(分辨率)将会不能满足人眼所能达到最高分辨力，不能得到到最好的图像细节的表现能力，所以在实际应用环境允许的情况下，一级光阑板与压缩画面组之间的距离Db应该不小于Dε/sinθm的值。Dm/Db可以得到单元压缩画面呈现在人眼中时的横向拉伸率，为了得到最好的还原效果，单元压缩画面的横向压缩比也由此确定为Db/Dm。
一级光阑板9设有平行等距的一级窄缝光阑，各一级窄缝光阑的个数和高度等于单元压缩画面5的个数和高度。关于一级窄缝光阑的窄缝宽度，如果窄缝过宽会影响图像细节的表现能力，而窄缝过窄将导致光的衍射。理论上大于光线波长800倍的窄缝所形成的衍射效应才不会影响到人眼的观看效果，可见光的波长范围在380～750纳米之间，因此窄缝宽度应该大于0.6毫米。同时又因为人眼分辨角约为θs＝1.5′，小于这个张角内的图像细节是人眼不能分辨的，所以窄缝的宽度小于(Dm-Db)sinθs对提高图像细节的分辨力没有意义。另外，因为人眼对运动景物的分辨角θm约为7.5′，所以窄缝的宽度小于Db*sinθm对于提高人对所感受到的画面的分辨率也没有太大帮助。综合以上三个因素，为了得到最高的画面分辨率同时保证尽量大的明亮时间占空比，窄缝的缝宽应在0.6毫米、(Dm-Db)sinθs和Db*sinθm这三个长度量值间选取最大的一个。一些情况下，为了得到更高的明亮时间占空比或者处于加工工艺成本的限制，也可以采用更大一些的窄缝宽度，但最好不要大于(Dm-Db)sinθm，这样会明显降低画面的分辨率，因此窄缝最大宽度为5毫米为宜。
一级光阑板的一级窄缝光阑间距Wb可由观看者到单帧画面单元的距离Dm、一级光阑板到压缩画面组距离Db和单元压缩画面的宽度Wi三个参数来确定Wb＝Wi(Dm-Db)/Dm。另外一种提高明亮时间占空比方法是在不违背上述所有条件和过高单元压缩画面的横向压缩比的前提下尽量减小一级窄缝光阑的间距Wb，这样可以增加观看者在有效观看范围内同时看到的一级窄缝光阑条数，从而提高明亮时间占空比。
单元压缩画面的宽度Wi实际上间接决定了观众在距离压缩画面组为Db的距离上平行于本发明所述装置运动时完整接受到单帧画面显示单元所有单帧画面光信息所需的运动距离So，其公式为So＝Wi(Dm-Db)/Db，每个单帧画面显示单元中的单元压缩画面个数N和单元压缩画面的宽度Wi的乘积决定了单帧画面单元的宽度Wn。观看者速度和Wn的比值是动态画面中单帧画面的切换频率(即帧频率)，该频律不能小于10赫兹，要达到有很好连续感的动画效果通常要求该频率大于20赫兹。出于防止同时有分别属于两个帧画面以上的画面内容呈现到观看者的眼中的考虑，一般要将Wn/So的值控制在1/2以上，为了有效提高明亮时间占空比可以令Wn/So＝1/2(如附图7所示)。
图2中一级光阑板其纵轴线在压缩画面组平面内投影与压缩画面组纵轴线重合。一级光阑板7与压缩画面组之间设有二级光阑板5，该二级光阑板设有与一级光阑板各一级窄缝光阑一一对应的二级窄缝光阑，二级窄缝光阑的高度与一级窄缝光阑相等，宽度为5毫米。单帧画面显示模块的支架3周边设置遮光罩8，背板1、一级光阑板7和光源4均支撑于支架，光源4设在单元压缩画面组与二级光阑板之间。
由30个图1所示的单帧画面显示模块依次沿观众运动方向横向排列构成本显示装置。为便于维护和更换画面内容，各单帧画面显示模块之间设置0.2米的间隔。
二级光阑板8放置于一级光阑板和压缩画面组之间并与他们平行，其作用是防止单元压缩画面所发出的光线从不是与它一一对应的一级光阑板上的其他一级窄缝光阑中射出，为了有效实现这个作用同时也为了更好的达到对光源的采光效果，二级光阑板到压缩画面组的距离Ds应该满足Db/2＜Ds＜Db这个条件。二级光阑板内二级窄缝光阑的宽度根据公式Wi*(Db-Ds)/Db得到，二级光阑板内二级窄缝光阑间距Ws可由一级光阑板内一级窄缝光阑间距Wb、二级光阑板到压缩画面组的距离Ds、一级光阑板到压缩画面组距离Db和单元压缩画面的宽度Wi这四个参数确定Ws＝Wb+(Wi-Wb)*(Db-Ds)/Db。
光源7可以放置在压缩画面组背面或者压缩画面组与二级光阑板的上下两端，图2实施例采用后者，其作用是使压缩画面组达到足够的亮度，无论哪种采光方案都要尽量保证压缩画面组的亮度均匀。
根据窄缝成像原理，本发明所述的一个单帧画面显示单元中的每一个单元压缩画面和与其相对应的窄缝都形成一个窄缝成像结构，如图4所示。同时都有各自不同的成像角度范围(人在该角度范围内才可以看到图像信息)，其关键在于一级窄缝光阑之间的距离小于所对应的压缩画面组的单元压缩画面宽度。对于同一个单帧画面显示单元，它包含的所有窄缝成像结构的角度范围都和预定的观看者运动路线于同一路段，也就是在预定的观看者运动路线上，它们的成像范围是重叠在一起的(即有共同的So)。对于沿着预定路线运动的观看者来说，同一个单帧画面显示单元中的每一个窄缝成像结构所形成的视觉映像的位置都不是完全相同的(相邻两个间在观看着运动的方向上错开Wi的距离)，这就要求同一个单帧画面单元中的每一个单元压缩画面内容也都不能完全相同。每一个单元压缩画面的内容要根据该压缩画面所在的窄缝成像结构给沿着预定路线运动的观看者所形成的视觉映像的位置，在该单帧画面显示单元预期提供给人的完整帧画面中截取并沿观看者运动路线方向上压缩而得到。
本发明提供的向在固定路线上以可预测的速度运动观看者显示动态画面的装置还应具有对上述都有功能部件的支撑结构如图2中的支架6，在必要情况下还需要与外界进行光遮蔽的侧板来防止本装置的光源所发出的光线从窄缝光阑以外的部位射出。
本发明所提供装置效果好、成本低廉，工艺简单，功耗低，可靠性高，适合多种场合应用。利用本发明所提供的装置和实施方案与以往公知技术相比，可以在给定的应用环境下更合理更科学的进行实施而使动态画面显示能力得到最大幅度的发挥，能有效提高呈现在眼中的动态画面的清晰度和细节表现力，帧切换过程自然流畅，动态画面连续感好；而且因为本发明单帧画面单元模块化设计，整体可靠性提高，安装、维护以及更换画面内容更方便。
权利要求
1.静止画面的动态显示方法，其特征在于包括以下组成从一张预期显示的完整帧画面内截取的、连续的多个等高、等宽单元压缩画面按顺序横向单列于一平面构成一个压缩画面组，对应压缩画面组及两侧各延展0.5倍的长度范围内设置位于压缩画面组前侧的一级光阑板和位于一级光阑板与压缩画面组之间的二级光阑板，一级光阑板和二级光阑板所设平行等距的一级窄缝光阑及二级窄缝光阑的个数与所对应的压缩画面组的单元压缩画面个数相等，同一光阑板内的窄缝光阑之间的距离小于所对应的压缩画面组的单元压缩画面宽度，一级、二级光阑板上的一级、二级窄缝光阑一一对应组成一个光阑组，每一个光阑组都与一个单元压缩画面相对应，由所述压缩画面组和相应的一级光阑板、二级光阑板及光源构成单帧画面显示单元，由所述多个单帧画面显示单元依次沿运动方向横向排列构成连续静止画面的动态显示装置。
2.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于所述压缩画面组由3至150个单元压缩画面构成。
3.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于所述一级光阑板上的一级窄缝光阑缝宽为0.6～5毫米，长度至少等于单元压缩画面高度。
4.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于所述二级光阑板上的二级窄缝光阑，其宽度大于一级窄缝光阑小于单元压缩画面宽度。
5.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于所述一级、二级光阑板其纵轴线在压缩画面组平面内投影与压缩画面组纵轴线重合。
6.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于所述动态显示装置至少由20个单帧画面显示单元横向排列构成，各单帧画面显示单元可以设置间隔。
全文摘要
本发明提供一种画面清晰、稳定的静止画面的动态显示方法，应用窄缝成象原理，通过光阑组对画面图片显示角度范围的限制和排布，实现向以固定运动路线沿显示装置排布方向运动的观看者显示连续变化的帧图象，从而得到动画显示效果。该方法特别适合使在地铁列车上以较高速度运动的人清晰地看到地铁隧道壁上呈现出的动画广告片。
文档编号G09F19/22GK1588508SQ200410072320
公开日2005年3月2日 申请日期2004年10月12日 优先权日2004年10月12日
发明者徐克林, 李强, 王大伟, 张泽林, 张敏, 孙梅 申请人:天津中盛博创科技有限公司