专利名称：三维图像显示系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种图像显示系统，尤其涉及一种三维图像显示系统，具体地说， 涉及一种裸视三维图像显示系统，又称自由立体显示系统。
背景技术：
众所周知，现实世界是真正的三维立体世界，而现有的显示设备绝大多数都只能显示二维信息，并不能给人以深度感觉。为了使显示的场景和物体具有深度感觉(也就是 3D)，人们在各方面进行了尝试。3D成像是靠人两眼的视觉差产生的，人的两眼之间一般会有8厘米左右的距离，要让人看到3D影像，必须让左眼和右眼看到不同的影像，两副画面实际有一段小差距，也就是模拟实际人眼观看时的情况，这样的才能有立体感觉。比较早出现以及比较成熟的3D显示技术，是利用立体眼镜，S卩，拍摄立体图像时就是用两个镜头一左一右，得到模拟的左右眼所看到的画面，然后左边镜头的影像画面经过一个横偏振片过滤，得到横偏振光，右边镜头的影像画面经过一个纵偏振片过滤，得到纵偏振光。立体眼镜的左眼和右眼分别装上横偏振片和纵偏振片，横偏振光只能通过横偏振片，纵偏振光只能通过纵偏振片，这样就保证了左边镜头拍摄的东西只能进入左眼，右边镜头拍摄到的东西只能进入右眼，于是左右眼分别看到模拟的影响画面，视网膜得到立体画面。然而，这种方式的缺点是很难完全真实的还原彩色信息，可能会有一定色偏，对那些只在一个眼睛成像的点无法色彩还原，另外，长时间佩戴此种眼镜可能会觉得头晕和眼球干涩。另外，由于光线只能有部分进入眼睛，画面亮度大大降低。还有一种立体显示方法，则是头盔式显示器(Head-Mounted Display，HMD)，其基本原理是在每只眼睛前面分别放置一个显示屏，两个显示屏分别同时显示双眼各自应该看到的图像，当两只眼睛看见包含有位差的图像，3D感觉便产生了。现在HMD的种类很多， 根据不同的需要，有单目的、双目的；有全投入式的；也有半投入式的。但是HMD存在着许多缺点例如佩戴HMD观察，必然减少观察显示试验的娱乐，舒适和自然；人眼如此近距离聚焦容易感到疲劳；屏幕成像太小，必须尽可能放大以达到和人眼所见视野相一致；而且HMD 的造价也比较昂贵等。针对上述3D显示技术的诸多缺点，最近又研究出一种新型的3D显示技术，观察者不需要佩戴任何观察仪器就可以直接看见3D图像，由于不需要佩戴任何辅助工具的自由立体显示方式，又称“裸眼式3D技术”。这种技术按实现方法分主要有透镜法和光栅法两种。光栅法也被称为光屏障式3D技术或视差障栅技术，其原理和偏振式3D较为类似，。视差屏障技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、一个偏振膜和一个高分子液晶层，利用一个液晶层和一层偏振膜制造出一系列的旋光方向成90°的垂直条纹。这些条纹宽几十微米，通过这些条纹的光就形成了垂直的细条栅模式。在立体显示模式时，哪只眼睛能看到液晶显示屏上的哪些像素就由这些视差障栅来控制。应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡右眼；同理，应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡左眼。如果把液晶开关关掉，显示器就能成为普通的二维显示器。[0006]2007年4月25日公开的中国专利申请第200610136071. X号，揭示了一种光栅
法立体图像显示设备，该设备包括驱动具有第一和第二显示单元并且同时显示具有不同可识别视角的第一和第二图像的显示板，以及与显示板对应排列用于拦截或者传送光的阻挡物。首先，在不显示图像的第一时间段期间，将与第一图像对应的第一数据信号写在第一显示单元上，而将与第二图像对应的第二数据信号写在第二显示单元上。随后，在第二时间段期间，通过在第二时间段期间驱动阻挡物变为第一格式从而阻挡物传送光来显示第一和第二图像。然后，在不显示图像的第三时间段期间，将第二数据信号写在第一显示单元上而将第一数据信号写在第二显示单元上。最后，在第四时间段期间，通过驱动阻挡物变为与第一格式不同的第二格式从而阻挡物传送光来显示第一和第二图像。以此提供左右眼的画面从而合成立体图像。这种技术通过阻挡物与显示板的同步切换，可以提供与2D图像相同分辨率的3D图像。然而，这种技术，如果观察者的位置改变，眼睛所得到的画面就会有偏差，进而得到的图像不清晰。为了保证清晰，观察者的位置需约束在较小的范围之内，即，3D视角较窄。2011年6月15日公开的中国专利申请第201010593615. 1号，揭示了一种3D显示系统，该系统包括控制主机、切换装置、光栅面板、平面面板；光栅面板内侧与平面面板有第一间距，光栅面板外侧为观察者所在；控制主机向切换装置发送切换至裸眼立体显示状态的信号或切换至全透明状态的信号，切换装置根据前一切换信号，分别向光栅面板和平面面板发送方波信号和裸眼立体视频信号，平面面板配合狭缝光栅条纹显示裸眼立体视频信号指示的立体视频信息，使观察者眼睛产生立体视频感觉。该技术可实现2D、3D画面的切换，但是，3D分辨率较分辨率大幅降低。本实用新型则提供一种新的三维图像显示系统用以改善或解决上述的问题。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种3D视角宽且3D显示分辨率等同于2D 显示分辨率的三维图像显示系统。本实用新型通过这样的技术方案解决上述的技术问题提供一种三维图像显示系统，其包括显示面板、光栅电极以及控制显示面板显示切换和光栅电极遮挡切换的控制器，该系统进一步包括头部跟踪系统，光栅电极分设为若干单元，每一单元分设成若干组，所述显示面板根据控制器的控制信号以及对应光栅电极的分组显示图像的左右图像点，光栅电极根据控制器的控制信号与显示面板同时切换遮挡与显示图像，并通过遮挡将左右图像点分别送至观察者左右眼。作为一种改进，头部跟踪系统包括摄像头与处理芯片。作为一种改进，光栅电极与显示面板之间预留一定距离。作为一种改进，光栅电极的每一单元分设成6组。作为一种改进，定义一周期，该周期内再定义成前后两个半周期，前半周期内，显示面板对应光栅电极的分组，显示出不同状态下的左右分列的图像，而光栅电极则将其中之一状态的偶数列左画面送至观察者的左眼，而将另一状态的奇数列右画面送至观察者的右眼；后半周期内，显示面板与光栅电极同时切换，显示面板对应光栅电极的分组，显示出不同状态下的右左分列的图像，，而光栅电极则将其中之一状态的奇数列左画面送至观察者的左眼，而将另一状态的偶数列右画面送至观察者的右眼。作为一种改进，光栅电极的缝宽为两列，开口率为33%。与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点光栅电极采用分组设计的方式， 利用头部跟踪系统获取观察者位置，再根据位置调整光栅缝的位置使观察者获取正确的图象，从而实现宽3D视角显示，另外3D显示时光栅电极与显示面板画面同步快速切换，前半周期左、右眼分别看到偶、奇列，后半周期左、右眼分别看到奇、偶列，并未损失画面，从而实现全分辨率3D显示。
图1为本实用新型三维图像显示系统的架构示意图。图2是本实用新型是三维图像显示系统的光栅电极的分组示意图。图3a和图北分别是光栅电极在前后两个半个周期内遮挡效果图。图4是本实用新型在前后两个半个周期内显示画面的示意图。图fe是状态一下前后两个半个周期内的光栅显示示意图。图恥是状态二下前后两个半个周期内的光栅显示示意图。图6是本实用新型的三维图像显示系统的观察者移动位置后光栅电极在前后两个半个周期内遮挡效果图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式
。请参图1，为本实用新型三维图像显示系统10的系统架构示意图，该三维图像显示系统10包括头部跟踪系统11、控制器12、显示面板13以及光栅电极14。其中，头部跟踪系统11用以获取观察者相对于显示系统的位置，S卩，获取观察者相对光栅电极14的相对空间坐标，头部跟踪系统11主要可包括摄像头以及处理芯片；控制器12根据头部跟踪系统11获取的空间坐标信息，发送控制信号至显示面板13和光栅电极 14 ；显示面板13用以显示图像信息，并根据控制器12的控制信号显示状态一跟状态二的画面信息，状态一跟状态二的画面信息对应于光栅电极14的分组；光栅电极14主要用于遮挡左右眼画面信息，即，应该由左眼看到的图像显示在显示面板13上时，光栅电极14不透明的条纹会遮挡右眼，同理，应该由右眼看到的图像显示在显示面板13上时，光栅电极14不透明的条纹会遮挡左眼。显示面板13与光栅电极14组成了狭缝式光栅立体显示器。请参图2，所示为光栅电极14的分组方式，本实施方式中，光栅电极14的每一单元分成6组，根据显示面板的大小(分辨率或尺寸)，光栅电极被分成若干单元，本实施方式中被分成U1-U4四个单元。每一单元的画面切换及光栅电极的遮挡相同。本实施方式的以下内容将以其中之一单元作为示例讲述。请参图3a和图北，定义一个周期，每一周期光栅电极14与显示面板13的遮挡与显示与下一周期的相同，而每一周期，又分成前半周期和后半周期，图3a即为前半周期的光栅电极14的遮挡效果图，而图北即为后半周期的光栅电极14的遮挡效果图。请参图3a， 在前半周期内，通过光栅电极14的遮挡，使得观察者左眼El得到的图像来自于光栅电极14 的每一单元的偶数列，而观察者右眼Er得到的图像来自于光栅电极14的每一单元的奇数列；在后半周期内，通过光栅电极14的切换与遮挡，使得观察者左眼El得到的图像来自于光栅电极14的每一单元的奇数列，而观察者右眼Er得到的图像来自于光栅电极14的每一单元的偶数列，每一组，即一个单元内的奇偶列得到的图像定义为图像点。实际上，前后两个半个周期内，从光栅电极14得到的图像是分别对应于状态一的图像和状态二的图像，如果显示的是视频，则状态一与状态二即是组成动画的前后帧，而如果是静态图片，状态一与状态二可能完全相同，也可能是组成象素的原基色RGB。对于左眼El看到的状态一的图像点，定义为Li，而看到的状态二的图像点为L2，对于右眼Er看到的状态一的图像点，定义为 R1，而看到的状态二的图像点为R2。因此，在一个周期内，左眼El先后看到了状态一和状态二图像点Ll和L2，右眼Er先后看到了状态一和状态二图像点Rl和R2。因为周期定义较短，近似于左眼同时看到状态一和状态二图像点Ll和L2，右眼Er同时看到了状态一和状态二图像点Rl和R2。请参图4，所示为本实用新型在前后两个半个周期内显示画面的示意图，其中，显示面板画面是指显示面板13显示出来的画面，而左眼画面和右眼画面则是经过光栅电极 14遮挡后得到的画面。在前半周期，对应光栅电极14的分组，显示面板画面显示出状态一跟状态二左右画面，在本实施方式中，画面布局为从光栅电极14的第一组至第六组，分别显示Rl、L2、RU L2、RU L2，此时通过光栅电极14的遮挡，左眼El获得的图像点为偶数列的L2，同时，右眼Er获得的图像点为奇数列的Rl ；后半周期，显示面板画面与光栅电极14 的遮挡同时切换，对应光栅电极14的分组，显示面板画面显示出状态一跟状态二的左右画面，画面布局为从光栅电极14的第一组至第六组，分别显示Li、R2、Li、R2、Li、R2，此时通过光栅电极14的遮挡，左眼El获得的图像点为奇数列的Li，同时，右眼Er获得的图像点为偶数列的R2。因此，在整个周期完成后，左眼El近似同时看到了状态一和状态二的左图像，而右眼Er近似同时看到了状态一和状态二的右图像，两者结合，则产生了立体图像。请参图fe和图恥，所示为状态一、二下前后两个半个周期内的光栅显示示意图， 本实施方式中，光栅电极14分为6组，缝宽为2列，这样开口率约为33%，有6个可调位置。 实际应用中光栅分组也可以为别的数目。请参图6，为观察者移动位置后，光栅电极在前后两个半个周期内遮挡效果图。因为有头部跟踪系统11，即使观察者移动位置，也可以通过控制器11藉由头部跟踪系统11得到的空间坐标信息来控制光栅电极14的遮挡效果(角度或列宽)，从而基本上不受观察者的位置影响，拓宽3D视角。依据本实用新型，在一个周期内，左眼和右眼获得了完整的图像信息，并未因为光栅电极的遮挡而损失画面，因此，3D显示的分辨率与光栅电极全透明时(2D显示)完全相同，另，头部跟踪系统可以使得观察者所处位置的局限变小，即，拓展了 3D视角。简单来说，本实用新型提出了一种新型三位图像显示系统，具体地可以是一种狭缝光栅式立体显示装置，光栅电极采用分组设计的方式，利用头部跟踪系统获取观察者位置，再根据位置调整光栅缝的位置使观察者获取正确的图象，从而实现宽3D视角显示，另外3D显示时光栅电极与显示面板画面同步快速切换，前半周期左、右眼分别看到偶、奇列， 后半周期左、右眼分别看到奇、偶列，并未损失画面，从而实现全分辨率3D显示。另外，为提升成像效果，显示面板与光栅电极之间需要预留一定距离，显示面板显示的画面切换以及光栅电极的遮挡切换，都可以藉由控制器来完成，[0036] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型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实用新型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1.一种三维图像显示系统，其包括显示面板、光栅电极以及控制显示面板显示切换和光栅电极遮挡切换的控制器，其特征在于该系统进一步包括头部跟踪系统，光栅电极分设为若干单元，每一单元分设成若干组，所述显示面板根据控制器的控制信号以及对应光栅电极的分组显示图像的左右图像点，光栅电极根据控制器的控制信号与显示面板同时切换遮挡与显示图像，并通过遮挡将左右图像点分别送至观察者左右眼。
2.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于头部跟踪系统包括摄像头与处理芯片。
3.根据权利要求1或2所述的三维图像显示系统，其特征在于光栅电极与显示面板之间预留一定距离。
4.根据权利要求1或2所述的三维图像显示系统，其特征在于光栅电极的每一单元分设成6组。
5.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于定义一周期，该周期内再定义成前后两个半周期，前半周期内，显示面板对应光栅电极的分组，显示出不同状态下的左右分列的图像，而光栅电极则将其中之一状态的偶数列左画面送至观察者的左眼，而将另一状态的奇数列右画面送至观察者的右眼；后半周期内，显示面板与光栅电极同时切换，显示面板对应光栅电极的分组，显示出不同状态下的右左分列的图像，，而光栅电极则将其中之一状态的奇数列左画面送至观察者的左眼，而将另一状态的偶数列右画面送至观察者的右眼。
6.根据权利要求4所述的三维图像显示系统，其特征在于光栅电极的缝宽为两列，开口率为33%。
专利摘要本实用新型关于一种三维图像显示系统，其包括显示面板、光栅电极以及控制显示面板显示切换和光栅电极遮挡切换的控制器，该系统进一步包括头部跟踪系统，光栅电极分设为若干单元，每一单元分设成若干组，所述显示面板根据控制器的控制信号以及对应光栅电极的分组显示图像的左右图像点，光栅电极根据控制器的控制信号与显示面板同时切换遮挡与显示图像，并通过遮挡将左右图像点分别送至观察者左右眼，从而实现宽3D视角显示，另外3D显示时光栅电极与显示面板画面同步快速切换，前半周期左、右眼分别看到偶、奇列，后半周期左、右眼分别看到奇、偶列，并未损失画面，从而实现全分辨率3D显示。
文档编号G02B27/22GK202168171SQ201120261180
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者张永栋, 谢佳, 陈瑞改 申请人:天马微电子股份有限公司