专利名称：头盔式无闪烁多制式全兼容立体电视技术的制作方法
利用头盔式电视技术可以制作成头盔式视频显示器，它可以象眼镜一样方便地配戴在观察者的头部，而且可以给观察者提供更大的视场、较高的清晰度和更加逼真的临场感，其应用领域涉及到仿真、军事、航空、航天、娱乐、旅游和教育等诸多方面，具有极大的市场潜力，因此受到各国科研部门和生产厂家越来越广范的重视。
本发明涉及一种无闪烁、多制式、全兼容的头盔式立体电视技术。它可以兼容地接收多种制式的平面彩色全电视图像信号和时分式多制式立体彩色全电视图像信号，可以通过两只独立的彩色液晶显示元件显示平面彩色电视图象和时分式彩色立体电视图像。由于采用了模数转换电路、隔场存贮数字奇数场图像信号和隔场存贮偶数场图象信号、连续读出数字奇数场图像信号形成数字奇数场图像序列和连续读出数字偶数场图像信号形成数字偶数场图像序列、分别将上述信号送入两只彩色液晶显示元件的驱动电路、驱动两只彩色液晶显示元件分别显示左眼图象信号和右眼图象信号。由于液晶显示元件的显示频率为每只眼分配50HZ或60HZ，因此无论观看平面图像还是立体图像均无闪烁。此外本发明还采用了双眼会聚的光学成像系统，因此有利于双眼单视和减轻视疲劳。本发明采用了眼镜式和头盔式两种结构，因此更加便于配戴和携带。
下面结合附图对本发明进行更为详细的说明。
图1.是本发明的原理框图。其中1是SVCD、CVD、VCD或DVD小型视频播放装置，3是视频VHS或其它录放像设备，它们提供平面全电视彩色图像信号或时分式彩色全电视图像信号。2是视频解码电路，它将视频信号解码后形成亮度信号和色度信号，这两组视频信号分别被送入模数转换器4，它分别对经2输入的两组亮度信号和色度信号进行模数转换，形成数字亮度信号和两组数字色度信号。转换后的这两组数字亮度信号和数字色度信号又分别被以奇数场写使能和偶数场写使能写入场存贮器5和6，其中5中含有的两只场存贮器，分别存贮奇数场数字亮度图象信号和奇数场数字色度信号，而6中含有的两只场存贮器，分别存贮偶数场数字亮度图象信号和偶数场数字色度信号。7是读写信号发生器，它发出读写信号和读写使能信号，实现上述写使能控制。由7发出的读信号将存贮在场存贮器5中的奇数场数字亮度图像信号和奇数场数字色度图象信号以场频频率连续读出，形成一个数字奇数场序列亮度图像信号和序列色度图像信号。同时将存贮在场存贮器6中的偶数场数字亮度信号和存贮在场存贮器6中的偶数场数字色度图像信号也以场频频率连续读出，形成一个偶数场数字序列亮度图像信号和序列色度信号。数字奇数场序列亮度图像信号和序列色度图像信号被送入数模转换器9，被转换为模拟奇数场亮度信号和模拟奇数场色度信号。偶数场数字序列亮度图像信号和序列色度信号被送入数模转换器8，被转换为模拟偶数场亮度信号和模拟偶数场色度信号。8将模拟奇数场亮度信号和色度信号送入解码器和液晶显示器驱动电路12，被解出的R、G、B信号和液晶显示器驱动信号被送入液晶显示器20，20显示的奇数场彩色图像经过透镜系统14提供给观察者的左眼16。另一路数模转换器9输出偶数场模拟亮度信号和偶数场模拟色度信号，并被送入解码和液晶显示其驱动电路13，13解出R、G、B信号和液晶显示驱动信号后，驱动液晶显示器21，21显示的偶数场彩色图像经透镜系统15提供给观察者的右眼17。如果1和3所播放的是全电视彩色平面电视图像信号，则尽管液晶显示器20和21分别显示的是奇数场图像和偶数场图像，但由于该奇偶场图像不存在双目视差异，因此观察者仍然会通过透镜系统14和15看到彩色平面电视图像，该图像每一场的场频为50HZ或60HZ，超出人眼临界闪烁频率，因此不会有图像闪烁的感觉。如果1和3所播放的是全电视彩色时分立体电视图像信号，则由于液晶显示器20和21分别显示的是存在双眼视差异的奇数场图像和偶数场图像，因此观察者会通过透镜系统14和15看到彩色立体电视图像。同样由于该图像是每场50HZ或60HZ场频，超出人眼的临界闪烁频率，因此不会有图像闪烁的感觉。16和17分别代表观察者的左眼和右眼，18和19是观察者大脑视区，当观察者观察到由20和21显示的左眼图像和右眼图象时，即在观察者的大脑视区中形成立体图像。
图2.是一般头盔式视频显示器的平行会聚成像原理图。一般的头盔视频显示技术都采用这种双目平行成像原理设计光学成像元件的，这种做法的特点是设计简单、安装调试简便。缺点是无法形成“屏幕感”，因此无法形成立体图像“突出屏幕的感觉”，也永远无法让观众感觉的到立体图像所特有的给观众“扑面而来”的感觉。此外由于利用双目平行成像原理是违背双目单视的成像要求的，当观众观看采用平行成像原理制作的头盔式视频显示器图象时，在液晶显示器的边缘部分会出现双眼复视，特别当被显示的图像内容焦点出现在液晶显示器的边缘部分时，双目会聚图像会遇到严重的困难，为了实现双目会聚，人的双眼晶状体将出现强烈地调节、辐辏和会聚的矛盾反映，由此引发严重的视疲劳并最终导致图像无法会聚成像的结果。22和23是反映平行成像原理的两根平行的视轴。28是一个立体视野的例子，可以看出，由于采用平行成像的方法，立体视野被大大地限制了。26是平行成像原理的会聚距离，由于双目视线是平行的，所以只能会聚在无限远处。27是合成的立体图像，它只能呈现在很远的位置，无法突出被显示物体的近景。
图3.是本发明的双目会聚成像原理图。由液晶驱动电路和解码电路送来的视频信号被送入液晶显示器20和21，20和21不是平行安置的，而是形成一定的夹角，以保证左眼观察到的图像和右眼观察到的图像可以在眼前会聚。14和15是安装在液晶显示器20和21前面的透镜组，它改变了观众对于液晶显示器20和21所张开的双眼视角使液晶屏幕的尺寸被放大，同时在距离液晶显示器较远的位置24处形成成像曲面。22和23是同液晶显示器的屏幕相垂直的两条视轴，它们在距离双眼不远的地方会聚，形成会聚角26。24是由于会聚形成的两只液晶屏幕的像，由于会聚角26的影响，这个会聚屏幕已经不是一个平面而是一个曲面，但由于会聚角很小，因此这个会聚面仍然是近似平面的。由于立体视野较之平行成像法大的多，而且不会出现双眼争夺问题，所以没有双眼复视的现象，观众观看这种图像会感到更加舒适，大大降低了视疲劳。当液晶显示屏显示立体电视图象时，凡交叉视差的立体图像25将突出在会聚屏幕24之外，接近观察者的眼镜，产生“呼之欲出”的临场感觉。而非交叉视差的立体图像25会深入会聚屏幕24以内，形成深远的感觉。这样就使得这种头盔式视频显示技术更具有观赏价值。
图4.是本发明的一个实施例。50是输入的彩色全电视平面图象信号或彩色全电视时分立体电视图像信号，可以是PAL和NTSC制式的电视信号。30是彩色电视通用全制式解码电路，它将上述的视频信号解码为亮度信号和色度信号，32是模数转换电路，可由两只TCL59101构成，它将亮度信号和色度信号转换为两路数字亮度信号和数字色度信号，并送入场存贮器33和35，33中含有两只场存贮器，35中也含有两只场存贮器，它们可以由MSM518221后MSM518222组成。读写脉冲发生器31发出奇数场写使能信号使33中的两只场存贮器只存贮奇数场数字亮度图像信号和奇数场数字色度图象信号。同时读写脉冲发生器31发出偶数场写使能信号使35中的两只场存贮器只存贮偶数场数字亮度图像信号和偶数场数字色度图象信号。31又发出同输入场频一致的连续的读信号，使得33中的奇数场数字亮度图象信号和奇数场数字色度信号被连续读出，形成奇数场数字序列图象信号，并被送入数模转换器34中的一只。31同时又发出同输入场频一致的连续的读信号，使得35中的偶数场数字亮度图象信号和偶数场数字色度信号被连续读出，形成偶数场数字序列图象信号，并被送入数模转换器34中的另一只，数模转换器34可以由MB40978组成。34中的两只数模转换器分别将这两组反映奇数场图像和偶数场图像的数字视频信号转换为相应的两组模拟视频信号并被分别送入由两只CXA250AR构成的液晶显示器驱动电路36和37，背射光源39和40被高频电压发生器51和38点亮，为液晶显示器提供照明。液晶显示器41和42在由36和37发出的驱动信号驱动下分别为观察者的左眼和右眼提供每场50HZ或每场60HZ的彩色图像。当输入信号50是全电视平面彩色电视图象信号时，液晶显示器41和42显示无视差的彩色平面电视图像，当输入信号50是全电视时分立体彩色电视图像信号时，液晶显示器41和42显示有视差的立体电视图像。43和44是全反射镜，46和47是透镜，液晶显示屏幕经43，44和46，47将两个图像放大，经过双眼会聚后在45处形成立体图像。为了更清楚地解释上述的光学成像系统，我们用侧视图进行进一步的说明。39和40是液晶显示屏幕的背射光源，41和42是液晶显示屏幕，43和44是全反射镜，46和47是透镜，49和48是观察者的双眼。45是经过全反射镜43和44，透镜46和47形成立体图像。
权利要求
1.本发明涉及一种头盔式无闪烁多制式全兼容立体电视技术，其基本特征是，输入信号是平面彩色全电视视频信号或时分立体彩色全电视视频信号，该输入信号经模数转换器转换为数字亮度图象信号和数字色度图象信号，这两个数字信号被送入四只场存贮器，其中两只场存贮器受到写使能控制，只写入奇数场输入信号，而另两只场存贮器也受到写使能控制，只写入偶数场输入信号，存贮有奇数场数字亮度信号和奇数场数字色度信号的场存贮器被以输入信号的场频频率连续读出，形成奇数场数字亮度图象信号序列和奇数场数字色度信号序列，并被送入解码器和液晶驱动器驱动一只彩色液晶显示器显示奇数场彩色图像，通过光学成像装置提供给观察者的左眼，而存贮有偶数场数字亮度信号和偶数场数字色度信号的场存贮器也被以输入信号的场频频率连续读出，形成偶数场数字亮度图象信号序列和偶数场数字色度信号序列，并被送入另一只解码器和液晶驱动器驱动另一只彩色液晶显示器显示偶数场彩色图像，通过另一只光学成像装置提供给观察者的右眼，观察者的左眼只能看到由奇数场记录的左眼图象，而右眼只能看到由偶数场记录的右眼图像，当输入信号是平面彩色全电视视频图像信号时，观察者看到彩色平面图像，当输入信号是时分立体彩色全电视图象信号时，观察者看到彩色立体图像，两只液晶彩色显示器安装在观察者眼前，观察者像配戴眼镜一样配戴这种视频图像观赏装置，形成一种头盔式立体电视。
2.权利要求1中所述的“…两只液晶彩色显示器安装在观察者眼前…”，其基本特征是，两只液晶显示器不是平行安置的，它们形成一定的夹角，以保证观察者左眼看到的图像和右眼看到的图像可以在眼前会聚。
3.权利要求1中所述的“…光学成像装置…”，其基本特征是该光学成像装置是由全反射镜和透镜组成的。
全文摘要
本发明涉及一种无闪烁、多制式、全兼容的头盔式立体电视技术。它可以兼容地接收多种制式的平面彩色全电视图像信号和时分式立体彩色全电视图像信号,可以通过两只独立的彩色液晶显示元件显示平面彩色电视图象和无闪烁时分式彩色立体电视图像,本发明采用的双眼会聚光学成像系统和特殊设计的眼镜式和头盔式结构有利于双眼会聚、减轻视疲劳和配戴舒适。
文档编号G02B27/22GK1255024SQ9812511
公开日2000年5月31日 申请日期1998年11月24日 优先权日1998年11月24日
发明者李昌, 沈笑云, 周逸奇 申请人:天津三维显示技术有限公司