用于捕捉和观察图像的装置和方法

用于捕捉和观察图像的装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种双面观察面板以及一种捕捉和显示图像的方法。双面观察面板包括第一观察面板和第二观察面板。可以通过控制装置控制第一观察面板和第二观察面板以捕捉图像和显示图像。第一观察面板和第二观察面板彼此以背对背的关系对准布置。在一种方法中，通过第一观察面板捕捉第一图像，通过第二观察面板捕捉第二图像。在第二观察面板上显示捕捉到的第一图像，在第一观察面板上显示捕捉到的第二图像。第一观察面板的观察方向与第二观察面板的观察方向相反。
【专利说明】用于捕捉和观察图像的装置和方法
[0001]本申请是题为“用于捕捉和观察图像的装置和方法”的中国发明专利申请N0.200980128335.9 的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种图像捕捉和显示装置。
【背景技术】
[0003]已知的图像捕捉和显示装置能够捕捉图像，然后将该图像显示在显示面板(display panel)上。这些装置通常被称为观察显示器(Display That Sees) (DTS)。这些DTS例如可以模拟反光镜。DTS捕捉DTS前方的物体的图像，然后将所捕捉的图像显示在DTS上。实际上，DTS前方的物体的图像被DTS捕捉，然后通过在DTS上显示所捕捉的图像被“反映”回DTS上。不过，与实际的反光镜不同的是，DTS是用电子方式捕捉DTS前方的图像，再用电子方式对其进行显示。这一点是非常有益的，因为可以对电子方式捕捉和显示的图像进行处理，从而能够对电子图像进行修改。当然，如果使用反光镜是无法进行这种电子修改的。
[0004]尽管目前已知DTS可以用来捕捉和显示DTS前方的图像，但该技术尚未实现全面应用。因此，需要能够更加全面地利用DTS技术的能力的改进系统和方法。

【发明内容】

[0005]在本发明的装置的一个实施例中，提供一种双面观察面板。该双面观察面板包括第一观察面板和第二观察面板，所述第一观察面板能够被控制以捕捉图像和显示图像，所述第二观察面板也能够被控制以捕捉图像和显示图像。所述第一观察面板和所述第二观察面板彼此以背对背的关系对准布置。提供用于控制所述第一观察面板和所述第二观察面板的控制装置。
[0006]在本发明的方法的一个实施例中，通过第一观察面板捕捉第一图像，通过第二观察面板捕捉第二图像。在所述第二观察面板上显示捕捉到的第一图像，在所述第一观察面板上显示捕捉到的第二图像。所述第一观察面板的观察方向与所述第二观察面板的第二观察方向相反。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]图1显示了可用于本发明的装置和方法的观察面板的第一实施例。
[0008]图2显示了可用于本发明的装置和方法的观察面板的第二实施例。
[0009]图3显示了根据本发明的原理的双面观察面板的第一实施例。
[0010]图4显示了根据本发明的原理的双面观察面板的第二实施例。
[0011]图5显示了根据本发明的原理的双面观察面板的第三实施例。【具体实施方式】
[0012]图1显示了可用于本发明的装置和方法的观察面板的第一实施例。在描述根据本发明的原理的用于捕捉和显示图像的双面观察面板和方法之前，首先描述观察面板。
[0013]图1显示了观察面板或图像捕捉和显示装置10的实施例，其也可被称为观察显示器(DTS)。如图所示，DTSlO装在机箱12中。使用电子运动图像摄影机14来捕捉位于DTS前方的对象24的图像。所捕捉的图像可以是诸如照片之类的静态图像，或者也可以是诸如电影剪辑之类的动态图像。使用数字图像投影器16将摄影机14所捕捉的图像投影到光阀投影屏22上，光阀投影屏22可以在透明状态和磨砂状态(frosted state)之间进行电子切换并且可选地包括触摸屏23。光阀投影屏22位于摄影机14和投影器16的共同光轴20上。光阀投影屏22处于透明状态时可以使电子摄影机14透过投影屏捕捉对象24的图像，处于磨砂状态时可以用来显示数字图像投影器16所捕捉的图像。
[0014]光阀投影屏22例如可包括在电流通过时改变状态的液晶薄膜。在“断电”状态下，材料是“磨砂的”，适合于背面投影。在“通电”状态下，材料是透明的，适合于摄影机透过材料来“观看”。可以提供光21以照亮对象24。
[0015]通过与运动图像摄影机14的输出和数字投影器16的输入相连的计算机26 (例如标准微处理器或个人计算机)来实现图像捕捉和显示装置的控制以及数字图像处理。计算机26既充当控制器又充当图像处理计算机。应理解的是，可以设置分别的控制器和数字图像处理电子装置。提供数控驱动器28以驱动光阀投影屏22在其透明状态和磨砂状态之间来回切换。
[0016]在操作当中，计算机26首先通过向驱动器28发送信号将光阀投影屏22切换至其透明状态，以给该屏通电，然后从摄影机14捕捉图像，再次通过发送至驱动器28的信号关掉该屏将光阀投影屏22切换至其磨砂状态，使其磨砂化，然后使用数字图像投影器16将之前捕捉到的图像投影到光阀投影屏22上。然后将该循环每秒钟重复15至30个或者更多的完整周期，以使显示器看起来是光滑的和“无闪烁的”。在显示之前，计算机26可以使用已知的图像处理技术对捕捉到的图像进行处理。例如，图像可以像哈哈镜中一样产生几何失真。或者，可以使用已知的蓝屏技术添加背景，也可以修整色彩，或者还可以数字化地添加预先存储的图像元素，例如胡子、帽子、眼镜等等。此外，可在对象的图像上添加衣服，例如为了显示对象例如作为服装模特时穿着这套衣服看起来如何。可以通过计算机26来控制这些不同的处理技术，通过诸如所捕捉的图像之类的内部输入，或者通过诸如声音或触摸输入之类的外部输入，或者通过所捕捉的图像的对象的移动所实现的输入，可以指导这些特殊技术的应用。
[0017]Manico等人在2006年5月9日授权的美国专利N0.7，042，486中公开了图1的图像捕捉和显示装置10的其他特征，该案的全文以引用的方式并入本文。
[0018]图2显示了可用于本发明的装置和方法的观察面板的第二实施例。为了便于提及，对图2的与图1的部件相同的部件使用了相似的附图标记。从图2中可以看出，图像捕捉和显示装置(DTS) 10也可以装在机箱12中。设置有电子摄影机14和显示面板15。显示面板15可以在第一状态和第二状态之间电子切换。在DTS的该实施例中，显示面板15例如可包括当有电流通过时改变状态的有机发光二极管(OLED)的阵列。在“断电”状态(透明状态)下，材料是基本透明的，适合于透过材料来观看。在“通电”状态下，显示面板15显示图像以供位于显示面板15前方的人(观察者)24观察。可以在显示面板15上设置可选的触摸屏23。触摸屏23可以具有设置在显示面板15周围的红外发射机和探测器的阵列，或者是设置在显示面板15上的透明压敏面板。显示面板15相对于共同光轴20定位成当显示面板15处于透明状态时，允许电子摄影机14透过显示面板15捕捉对象24的图像，且数字显示面板15显示图像以供个人(用户)24沿观察轴观察。与图1的实施例类似，图2的DTS包括计算机26和数控驱动器28。
[0019]2005年2月3日公布的由Fredlund等人提交的美国申请公布N0.US2005 /0024489中公开了图2的实施例，该案的全文以引用的方式并入本文。除了上述实施例之夕卜，美国专利申请公布N0.US2005 / 0024489还公开了也能够用于本发明的装置和方法的DTS的其他实施例。例如，显示面板15可由液晶显示器(IXD)构成而不是由OLED构成。
[0020]本发明不限于用于本发明的DTS的任何特定实施例。在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可以使用多种已知的或预期的DTS。只需DTS能够捕捉图像并且显示所捕捉的图像即可。
[0021]此外，图1和图2的DTS的示意性实施例不一定是按比例绘制的。例如，整个DTS可以只有几厘米宽，摄影机和投影器具有微型化的设计，以便能够设置在DTS内，因此DTS具有很窄的横截面，例如一块玻璃或镜子的横截面。因此，数字图像捕捉装置和投影装置可以集成到第一观察面板和第二观察面板的每一个中，例如2008年5月8日公布的由Cok等人提交的美国专利申请公布N0.2008 / 0106628中便是如此，该案的全文以引用的方式并入本文。另外，计算机和驱动器也可以是微型化的，以便可以设置在DTS内，或者甚至可以设置在DTS外部且与DTS内的摄影机和投影器电连接。因此，本发明不限于DTS的部件的任何特定的物理结构。
[0022]图3显示了根据本发明的原理的双面观察面板100的第一实施例。双面观察面板100包括第一观察面板110或第一 DTS，以及包括第二观察面板120或第二 DTS。如上文所述，第一观察面板110和第二观察面板120两者都是可控的，以便既捕捉图像又显示图像。因此，第一观察面板110和第二观察面板120均可以由DTS的公开实施例或预期实施例构成。
[0023]可以理解的是，可以使用第一观察面板110来捕捉位于第一观察面板110前方的图像。双箭头表示与第一观察面板110有关的观察方向。因此，可以通过第一观察面板110来捕捉第一观察面板110前方(第一观察面板110的左侧)的物体，捕捉到的图像可以显示在第一观察面板Iio朝向前方的表面上(第一观察面板110的朝向左侧的表面上)。
[0024]类似地，第二观察面板120可以捕捉位于第二观察面板120前方(第二观察面板120的右侧)的图像。然后，第二观察面板120能够将捕捉到的图像投影到第二观察面板120的前侧(朝右的那一侧)。
[0025]从图3可以看出，根据本发明的原理，第一观察面板110和第二观察面板120彼此以背对背的关系对准布置。对准布置指的是第一观察面板110的用于捕捉和观察的光轴与第二观察面板120的用于捕捉和观察的光轴对准。下文将更详细地讨论本发明的对准特征。在图3的实施例中，各个观察面板的背部彼此靠近，从而每个观察面板的显示屏彼此相背并且面向相反的方向。因此，第一观察面板110的显示屏面向左，而第二观察面板120的显示屏面向右。如上文所述，第一观察面板和第二观察面板两者都能够被控制以捕捉图像和显示图像，包括可控装置以控制第一观察面板和第二观察面板。
[0026]根据本发明的原理，以彼此背对背的关系布置DTSllO和DTS120为DTS技术的应用提供了更多的可能性。使用本发明的配置，一个DTS不仅可以捕捉DTS前方的图像以及在该DTS的观察面板上显示图像，而且该DTS还可以将捕捉到的图像提供给第二 DTS以显示到这个朝向相反的DTS的观察面板上。以这种方式，在DTS的一侧观察DTS的观察者实际上可以“看到”由对面的DTS在另一侧的DTS上捕捉的图像，对面的DTS将对面的图像提供给观察者所观察的DTS。
[0027]例如，第一观察面板110能够捕捉第一观察面板110前方的图像。然后，第一观察面板110不仅能够在其显示面板上显示捕捉到的图像，而且还能够将捕捉到的图像提供给第二观察面板120以显示到第二观察面板的显示面板上。第二观察面板120能够以类似的方式工作。因此，可以理解，在双面观察面板110的一侧捕捉到的图像可以被提供到双面观察面板的对面。
[0028]本发明的该特征具有多种有益的用途。例如，可以使用双面观察面板110作为窗玻璃(window pane)工作。在图3中，当第二观察面板120捕捉右侧的图像并将其提供给第一观察面板110以在左侧显示时，双面观察面板100左侧的观察者能够看到双面观察面板100右侧的物体。实际上，双面观察面板100左侧的观察者“透视”双面观察面板100以看到双面观察面板100对面的情形。这在考虑能够提供窗的功能时具有特殊的用途，但避免了使用窗玻璃时涉及到的缺点，例如，窗的易碎性，缺乏物理安全性和隐私等等。
[0029]进一步根据本发明的原理，不仅可以将从双面观察面板100的一侧捕捉的图像投影到双面观察面板对面，而且还可以通过双面观察面板的电子装置来处理投影的图像，从而可以根据使用双面观察面板的任何特殊应用的需要来控制显示给观察者的图像。例如，可以在投影的图像上提供附加场景，出于安全的目的可以提供虚假图像，可以对图像进行处理以改变其特点。
[0030]图4和图5显示了本发明的双面观察面板的更多的实施例。在图4中，双面观察面板200又包括如上文所述工作的第一观察面板210和第二观察面板220。但是，在该实施例中，在第一观察面板和第二观察面板的朝向外侧的表面上设置有外部保护面板215和225。这些保护面板215和225通常是透明的，从而既可以捕捉图像又可以将图像显示在观察面板上，不过，保护面板的强度足够大，以防止观察面板受到例如物理破坏、压力、环境影响等等。另外，面板可以具有额外的或替代性的作用，例如渐变以提供着色效果，包括静态图像等等。
[0031]类似地，在图5的实施例中，在第一观察面板310和第二观察面板320之间设置有中间面板330。该中间面板330可以具有与图像捕捉或显示无关的多种目的，例如安全、隔热、隔音、屏蔽辐射或其他保护性的目的，例如在两个观察面板之间提供非穿透性的屏障，或者简单地提供不应被看到的空间。在使用双面观察面板300作为商店橱窗(store frontwindow)的应用中，例如，中间面板除了正常的窗玻璃所能提供的功能之外还可以提供额外的物理安全。该实施例可以涉及诸如美国国防部相关的“窗口”或执法部门的“窗口”之类的其他应用。但是，即使具有这种加强的安全特征，如上文所述，双面观察面板300仍然能够提供与窗玻璃相同的功能，从而双面观察面板300左侧的人可以看见双面观察面板300右侧发生的情况，类似地，双面观察面板300右侧的观察者可以看到双面观察面板300左侧发生的情况。
[0032]可以理解，如上文在几个实施例的情形中所讨论的，双面观察面板能够为进一步利用DTS技术提供了多种可能。如上文所述，可以使用双面观察面板作为窗的替代品。“窗”可用于包括安全、广告、娱乐以及装饰用途在内的多种目的，这在下文中将进一步简述。
[0033]进一步关于安全性，DTS上显示的图像可以是从在DTS的对面捕捉的图像变化而来的图像，或者显示的图像也可以是虚假图像。以这种方式，观察者认为他/她看到的是“窗”的对面正在发生的情况，但是，观察者实际上只看到了双面观察面板的对面实际发生的情况的虚假图像或者是经过处理的图像。
[0034]本发明的双面观察面板还可以具有广告方面的用途。例如，如果观察者望向实际上是双面观察面板的商店“橱窗”，双面观察面板还可以捕捉观察者的图像并且处理该图像，从而将其以改动状态向观察者投影回来。改动状态例如可以是使用观察者的图像作为模特，其中已对观察者的图像进行了处理，以将该图像与“商店橱窗”上还显示的物体一同显示。因此，可以显示“虚拟模特”，商店橱窗中展示的待售服装可被投影到观察者的图像(即虚拟模特)上。这种虚拟模特可以实时显示。另外在这种情况下，双面观察面板对面的观察者，例如“商店”内的店主可以观察“橱窗”顾客。
[0035]在另一预期应用中，可以用双面观察面板来代替通常用来围成例如办公室隔断的墙壁。因此，墙壁仍然存在以便为占用者提供隐私和安全性，但占用者将具有更愉快的感受，要么觉得位置上没有任何墙壁，要么觉得他们是例如在角落办公室中从整面窗户向外看去，而不是望向墙壁。该效果的实现是由于如上文所述，双面观察面板对面的图像可以向双面观察面板内侧的占用者显示。或者另一选择为，办公室隔断可以在中间观察面板330中位于第一观察面板310和第二观察面板320之间，从而第一观察面板310的观察者或者第二观察面板320的观察者似乎可以透视办公室隔断。类似地，可以用双面观察面板来覆盖家里的空白娱乐屏幕(blank entertainment screen),以使屏幕区域现在看起来像是窗户，或者可以包括可以投影到双面观察面板上的任意的图像。
[0036]本发明的第一观察面板和第二观察面板以背对背的关系光学对准地布置的特征提供了更多的用途。因此，双面观察面板一侧的被捕捉并显示到双面观察面板对面的图像看起来在观察者的参照系的轴上，因为两个观察面板的光轴是对准的。如果轴没有对准，则从双面观察面板的一侧捕捉并显示到双面观察面板对面的图像看起来不像是观察者“透过”双面面板观察到的真实图像。
[0037]该光学对准还为在双面观察面板一侧捕捉和在双面观察面板的相反侧显示的图像之间提供更好的交互性。例如，通过从双面观察面板的一侧捕捉轴上图像并且在双面观察面板对面的轴上显示该图像，反之亦然，双面观察面板两侧的观察者都能够感觉到他们确实在与对面的活动互动。例如，双面观察面板的相对侧的观察者似乎能彼此互动，例如在打网球时就是这样。在一侧击球的观察者的图像在轴上显示给另一侧的观察者。于是另一侧的观察者可以击打所显示的图像上的球。然后，该图像被捕捉和显示到双面观察面板的对面以供对面的观察者进行类似的击打。
[0038]另外以这种方式，双面观察面板一侧所发生的情况可以控制双面观察面板另一侧所发生的情况。例如，对于在观察面板一侧捕捉的特殊图像，这个捕捉到的图像可以用来控制在对面捕捉或显示的图像。同样地，对于在双面观察面板一侧显示的特殊图像，这个显示的图像可以用来控制在对面捕捉或显示的图像。类似地，第一观察面板和第二观察面板可包括同样可以用来控制在双面观察面板的任一侧捕捉和显示的图像的声音和触摸传感器。另外，声音传感器还可以包括发声装置以给面板的呈现加上声音，以便加强观察面板上的图像显示。因此，对于观察面板的控制而言，由于图像被捕捉和显示，并且可以被处理，因此捕捉和显示特殊图像的控制以及该控制可如何实现(例如触摸、声音、图像捕捉、图像显示等等)存在多种可能性。这些输入可以被提供到根据处理指令响应于输入来捕捉和/或显示图像的控制装置。
[0039]虽然上文主要是针对诸如窗、显示屏、墙壁之类的大面板的情况描述了双面观察面板，但是本发明并不仅仅局限于在这些情形中使用。本发明可以在希望在双面观察面板的一侧捕捉图像并在双面观察面板对面显示捕捉到的图像的任意情况下使用。另外，本发明可以在捕捉的图像和投影的图像的控制需要实现额外的功能的任意情况下使用。例如，双面观察面板可用作通过用户对界面的操作来捕捉和显示图像的图形用户界面(⑶I)。此外通过用作⑶I，用于捕捉图像的摄影机还可以用于探测例如手/手指的位置、面部表情、嘴唇的移动、身体的位置以及运动等等，显示器可以通过诸如指针或光标之类的可由用户通过Gn来指挥的虚拟物体来提供反馈。因此，作为CTI使用时，基于CTI应用的特殊需要，用户能够提供输入和控制，而系统可以提供适当的反馈，例如图像捕捉/探测和图像显示。
[0040]另外，双面观察面板可以结合到手机应用或任何需要从装置的一侧捕捉图像并将其显示在装置对面的手持观察设备当中。本发明不限于可结合双面观察面板的任何情况。本文所讨论的使用双面观察面板的示例仅仅是可以结合本发明的多种应用中的一少部分。本发明可用于能够预期的多种应用。
[0041]部件列表
[0042]10图像捕捉和显示装置
[0043]12 机箱
[0044]14电子运动图像摄影机
[0045]15显示面板
[0046]16数字图像投影器
[0047]20共同光轴
[0048]21 光
[0049]22光阀投影屏
[0050]23触摸屏
[0051]24 对象
[0052]26计算机
[0053]28数控驱动器
[0054]100双面观察面板
[0055]110第一观察面板
[0056]120第二观察面板
[0057]200双面观察面板
[0058]210第一观察面板
[0059]215外部保护面板[0060]220第二观察面板
[0061]225外部保护面板
[0062]300双面观察面板
[0063]310第一观察面板
[0064]320第二观察面板
[0065]330中间面板
【权利要求】
1.一种用于捕捉和显示图像的方法，包括下列步骤: 通过将具有第一图像捕捉装置和第一显示装置的第一观察面板与具有第二图像捕捉装置和第二显示装置的第二观察面板彼此以背对背的关系对准布置，以便为第一和第二图像捕捉装置以及第一和第二显示装置提供共同光轴，来光学对准和集成所述第一观察面板与所述第二观察面板，其中所述第一观察面板的第一观察方向与所述第二观察面板的第二观察方向相反； 通过所述第一图像捕捉装置捕捉第一图像； 通过所述第二图像捕捉装置捕捉第二图像，其中第一和第二图像之一或两者适于显示在第一或第二显示装置上； 改变第一和第二图像之一或两者以便提供一个或多个改变后的图像； 在第一和第二显示装置之一上显示改变后的第一图像；以及 在第一和第二显示装置的另一个上显示第二图像或改变后的第二图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中改变后的图像包括在广告环境中提供的对象。
3.根据权利要求1所述的方法，其中改变后的图像包括交互性对象。
4.根据权利要求3所述的方法，其中改变后的图像包括图形用户界面。
5.根据权利要求1所述的方法，其中改变后的图像包括虚假图像。
6.一种用于提供外观像窗的双面观察面板的方法，包括: 通过将具有第一图像捕捉装置和第一显示装置的第一观察面板与具有第二图像捕捉装置和第二显示装置的第二观察面板彼此以背对背的关系对准布置，以便为第一和第二图像捕捉装置以及第一和第二显示装置提供共同光轴，来光学对准和集成所述第一观察面板与所述第二观察面板，其中所述第一观察面板的第一观察方向与所述第二观察面板的第二观察方向相反； 通过所述第一图像捕捉装置捕捉第一图像； 通过所述第二图像捕捉装置捕捉第二图像； 改变第一图像以便提供改变后的图像； 在第二显示装置上显示改变后的图像；以及 在第一显示装置上显示第二图像。
7.根据权利要求6所述的方法，其中改变后的图像包括在广告环境中提供的对象。
8.根据权利要求6所述的方法，其中改变后的图像包括交互性对象。
9.根据权利要求8所述的方法，其中改变后的图像包括图形用户界面。
10.根据权利要求6所述的方法，其中改变后的图像包括虚假图像。
【文档编号】H04N5/30GK103841339SQ201410098967
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2009年8月4日 优先权日:2008年8月5日
【发明者】J·N·伯德, J·A·马尼克 申请人:高智83基金会有限责任公司