专利名称：裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动立体成像显示技术领域(Autostereoscopic Displas)，具体涉及到一种裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置。
背景技术：
立体成像的方法与原理有多种，例如人们用两台摄影机模仿人的 左右眼对同一景物同时拍摄电影，然后把两部电影同步放映在一个银幕 上，观众只要戴上特殊的偏振光眼镜，就可以看到立体电影；在电视机 或电脑的显示器上令电子扫瞄线的奇数帧幅显示左眼图，偶数帧幅显示 右眼图，观众戴上一个光闸眼镜，让左眼镜片同步于奇数帧幅打开，让 右眼镜片同步于偶数帧幅打开就可以看到立体图像；还有一种让观看者 戴上头盔式的眼镜，左右镜片各是一个微型显示器，左边放映左眼图， 右边放映右眼图，因此会使人感觉如同进入一个有立体感的虚拟环境之 中。最近十几年，还新出現了一种称为裸眼可视立体图像显示法。就是 不用配戴特殊的工具(例如上述的眼镜和头盔)就可以观看到立体图像。 裸眼可视立体图像显示方法中的基本原理是利用一张特殊的图片，在这 张特殊的图片上所有奇数线列用来表示一幅右眼图，所有偶数线列用来 表示一幅左眼图，在某个设定的位置上透过光栅，右眼正好能看到图上 的所有奇数行列，左眼正好能看到图上的所有偶数行列，也即是右眼正 好看到右眼图、左眼正好看到左眼图，这样我们就能够直观地看到一个 立体图像。但是以上的技术要么是需要借助一些特殊设备，要么观察者 必须呆在同一个地方，不能随意活动，这也引起了诸多不便。本发明提 出的裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置正好可以弥补以上的不足。发明内容针对以上的不足，本发明的目的是利用液晶电视制作不用配戴特殊 眼镜就可以观看到立体图像的显示装置，观看者可以自由移动，从不同 的方向上可以看到立体图像的不同侧面，不会引起眼睛生理性疲劳和损 害。本发明的目的通过下述技术方案实现一种裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置、它包括PC主机和图像 屏，其特征在于，它还包括光栅屏和双屏卡，其中光栅屏设置在图像屏 前方，双屏卡设置于PC主机内，图像屏和光栅屏分别与双屏卡相连接。所述图像屏是各种液晶电视机。所述双屏卡是电脑图形卡，能同步把两帧图像分别显示在两个显示 屏上。所述光栅屏是液晶电视机用的液晶模块。 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果(1) 本装置产生的立体图像是一种具有阔视野、无需戴特殊眼镜、 可以多人同时观看、具有高解像度的立体图像；(2) 本装置产生的立体图像是一种观看者从不同的角度上可以看到 不同侧面形象的图像； (3) 本装置产生的立体图像能让观看者眼睛的会聚角和焦距是自然 配合的，不会引起眼睛酸痛和晕眩感觉；(4) 本装置可以应用于广告和娱乐场所和立体电视，还可以用于科学研究、医学观察、工程探测等广泛领域。
图1是裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置的结构示意图；图2(a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)是液晶光栅屏构成原理图；图3(a)、 (b)是区域投影法的原理图；图4是投影点坐标的计算原理图；图5是复现立体图像的原理图；图6是产生多个记录单元的算法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明 的实施方式不限于此。实施例；如图1所示，本裸眼可视液晶门光栅立体图像显示装置，包括PC主 机l ， PC主机1内设置有双屏卡，图像屏2，图像屏2前方设置有光栅 屏3，图像屏2和光栅屏3分别与双屏卡相连接；双屏卡是通用的电脑图 形处理卡，能把两帧图形同步显示在光栅屏和图像屏上。本裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置的工作过程是(1)通过三维物体扫描仪器或人工设计，获取立体图像的三维模型
数据，并输入PC主机中的双屏卡。三维物体扫描仪器包括激光三维物体 扫描器、医疗设备X-CT、脂I、 B超声波仪、工程测量仪器。人工设计是 指使用图形软件包括3DS MAX、 MAYA等进行立体图像制作，立体图像的 三维模型数据包括表示物体表面形状的所有点的三维坐标及其颜色、灰 度；(2)利用PC主机内的双屏卡在光栅屏上显示一个光栅图，该光栅 图由可以透光的垂直于地面方向的直线组成(称为光栅线阵)。光栅线 阵的几何性质可以用光栅数据B[G(M)， PH(I)]来描述，其中G (M)表示 光栅线阵的密度、PH(I)表示光栅线阵的相位，M表示光栅线阵在X方向 上的线间相隔的点素数目，I表示在X方向上光栅线阵整体被平移的点素 数目。图2 (a)表示光栅屏上每隔5个点素显示一条光栅线时的情形，此 时透光线间的距离M二5、 1=0，其光栅线阵的密度为G(5)，光栅线阵的相 位为PH(0);图2 (b))表示光栅屏上每隔5个点素显示一条光栅线时 的情形，其光栅线阵的密度为G(5)，但是光栅线阵被整体向右方平移了 一个点素距离，光栅线阵的相位为PH(1);图2 (c))表示光栅屏上每 隔5个点素显示一条光栅线时的情形，但是光栅线阵被整体向右方平移 了两个点素距离，光栅点阵的密度为G (5)，光栅点阵的相位为PH (2， 0);图2 (d))表示光栅屏上每隔5个点素显示一条光栅线时的情形， 但是透光点阵被整体向右方平移了三个点素数距离，光栅点阵的密度表 示为G(5)，光栅点阵的相位为PH(3)。图2 (e))表示光栅屏上每隔5 个点素显示一条光栅线时的情形，但是透光点阵被整体向右方平移了四 个点素数距离，光栅点阵的密度表示为G(5)，光栅点阵的相位为PH(4)。 (3)如图3 (a)所示，把一个立体图像6透过光栅屏5的每一条光栅 线投影到图像屏2上，但是如果不加限制地把立体图像对着每个光栅孔 进行投影，投影图将会在图像屏2上互相重叠，不能产生正确的图像。 需要利用区域投影法来才能产生正确的图像如图3(b)所示，区域投影法就是相对光栅屏上的光栅线，PC主机在 图像屏2上划分出记录区间a、 b、 c、 d、 e、 f......，在光栅屏5前方划分出相应的投影空间A、 B、 C、 D、 E、 F......，记录区间是以光栅屏上打开的光栅线为中心线，在图像屏上以相邻光栅线间距T为宽度划定的 矩形，投影空间是指处在光栅屏前方，以光栅线为顶点的三棱柱形空间。 处于A投影空间内的立体图像6的三维模型数据点都能透过光栅线投影 在相应的a记录区间里，处于B投影空间内的立体图像6的三维模型数 据点都能透过光栅线投影在相应的b记录区间里，其余类推。PC主机逐 点计算每个三维模型数据点穿过光栅线后在图像屏2的投影点参数，记 录下投影点的座标(Xb、 Yb)及其对应的颜色Col、灰度L，从而把上述立 体图像分区间记录下来，得到连续视差图像数据W[Xb， Yb， L， Col]。如图4(a)和图4 (b)所示，投影点的座标(Xb、 Yb)的计算原理为 首先假定空间中有一个光点A， A光点产生在图像屏上的投影点的Xb 值可以由下方程式表示Xb=X3-(Xa-X3)*ZO/(Za-ZO)，其中Xa:点A的X坐标；X3:编号3的光栅线的X坐标；Za:点A到图像屏的距离；Z0:光栅屏和图像屏之间的距离；Xb:点A在图像屏上投影点的X坐标。A光点在图像屏上的投影点的Yb :Yb=YaYa:点A的Y坐标；通过PC控制液晶光栅屏得到光栅图B[G(M)、 PH(I)]。然后采用区 域投影法对应光栅图B,把立体图像分区间计算，得到连续视差图像数 据W[Xb， Yb， L， Col]，并得到连续视差图W。光栅图B和连续视差图 W组成立体图像的记录单元R，记为R(W[Xb， Yb， L， Col]、 B[G(M)、(4) 如图5所示，把一个记录单元R输入PC主机，通过双屏卡把 记录单元R中的一幅连续视差图W显示在图像屏2上，把记录单元中一 幅光栅图B显示在光栅屏3上，图像屏2的光源7把记录区a、 b、 c、 d、 e、 f的图像透过光栅屏3上的光栅线映射到光栅屏前的空间中，观看者8 在光栅屏前面就可以看到一个复现在空间的立体图像6。一个记录单元R所能显示的立体图像的精度主要决定于光栅线阵的 密度G(M)， G(M)中的数字M越大，光栅线阵的密度就越小，复现的立 体图像的精度越差。相反则反之。(5) 为提高立体图像的精度，需运用多组记录显示法显示立体图像。 如图6所示，在PC主机中的双屏卡中，通过设定p个相位不同的光栅点 阵而产生p个记录单元R，例如取p^5产生5个记录单元R，各个光 栅线阵的密度是相同的，分别是Gl(5)G2(5) G3(5) G4(5) G5(5)但是各个光栅线阵的相位是不相同，分别为 PHl(O) PH2(1) PH3(2) PH4(3) PH5(4) 从而得出5个相位不同光栅图B:B1[G1(5)、 PHl(O)] B2[G2(5)、 PH2(1)] B3[G3(5)、 PH3(2)J B4[G4(5)、 PH4(3)] B5[G5(5)、 PH5(4)]对应5个光栅图得出5个相应的连续视差图W:W1[X，Y，L，Col]W2[X，Y，L，Col]W3[X，Y，L，Col]W4[X,Y，L，Col]W5[X，Y，L，Col]5个光栅图B和5个连续视差图W分别组成5个记录单元R，其包括记录R1(W1[X，Y，L，Col]、B1[G1(5)、PH聰记录R2(W2[X，Y，L，Col]、B2[G2(5)、PH2(1)]}记录R3(W3[X，Y，L，Col]、B3[G3(5)、PH3(2)]}记录R4(W4[X，Y，L，Col]、B4[G4(5)、PH4(3)]}记录R5(W4[X，Y，L，Col]、B4[G4(5)、PH4(4)]}PC主机通过双屏卡将5个记录单元R按照排列序号高速显示，即5 个记录单元的光栅图Bl， B2,B3，B4,B5和连续视差图W1，W2,W3,W4,W5
按照排列序号同步地分别显示在光栅屏和图像屏上，当每个记录单元R
显示的时间《0.02秒时，利用眼睛的残留视觉效应，5个记录单元R生 成的立体图像互相补充，观看者就可以在光栅屏前面看到精度和光栅屏 解像度相同的立体图像。
如果记录单元数目为p，则需要每个记录单元R显示的时间《0.1/p 秒，也就是要求本显示装置的图像屏和光栅屏的帧频率高于p/0. 1Hz,观 看者才能在光栅屏前面看到精度和光栅屏解像度相同的立体图像。
如上所述，便可较好地实现发明。
权利要求
1、一种裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置、它包括PC主机和图像屏，其特征在于，它还包括光栅屏和双屏卡，其中光栅屏设置在图像屏前方，双屏卡设置于PC主机内，图像屏和光栅屏分别与双屏卡相连接。
2、 根据权利要求1所述的裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置，其 特征在于，所述图像屏是各种液晶电视机。
3、 根据权利要求1所述的裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置，其 特征在于，所述双屏卡是电脑图形卡，能同步把两帧图像分别显示在两 个显示屏上。
4、 根据权利要求1所述的裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置，其 特征在于，所述光栅屏是液晶电视机用的液晶模块。
全文摘要
本发明公开了一种裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置，它属于自动立体成像显示技术领域。裸眼可视液晶光栅立体图像显示装置包括PC主机、图像屏，PC主机内设置有双屏卡，图像屏前方设置有液晶快门光栅屏，图像屏和光筛屏分别与双屏卡相连接。通过本发明，观看立体图像不用佩戴特殊眼镜或头盔，且可自由移动从不同方向观看立体图像不同侧面，不会引起眼睛疲劳，本装置可以应用于广告和娱乐场所和立体电视，还可以用于科学研究、医学观察、工程探测等广泛领域。
文档编号H04N13/04GK101159881SQ200710031280
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者佟 刘, 伟 孙, 张昭虹 申请人:中山大学