專利名稱：三維圖像顯示方法、三維圖像捕獲方法以及三維顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示三維圖像的方法，一種捕獲三維圖像的方法以及一種顯示三維圖像的裝置。
背景技術(shù)：
許多系統(tǒng)已知為顯示三維圖像并且可以顯示動(dòng)畫，也就是三維顯示的裝置。近年來，已經(jīng)存在特別地對(duì)于不需要使用特殊觀察專用玻璃等的平板型系統(tǒng)的增長需求。一些這種三維動(dòng)畫顯示裝置利用全息攝影原理，其難以進(jìn)入實(shí)際使用。在一種可以相對(duì)容易地顯示三維圖像的已知系統(tǒng)中，視差柵欄(也稱作光線控制元件)安裝在緊靠具有固定像素位置的直視或投影式顯示裝置，例如顯示板(顯示裝置)例如液晶顯示裝置或等離子顯示裝置之前；視差柵欄控制來自顯示板的光線使得光線指向觀察者。
視差柵欄控制光線使得不同圖像可以通過改變角度甚至在視差柵欄上的相同位置來觀察。特別地，隙縫或棱鏡片(柱面透鏡陣列)用來提供僅橫向視差(水平視差)。針孔陣列或透鏡陣列用來提供除橫向視差之外的垂直視差。使用視差柵欄的系統(tǒng)進(jìn)一步分類成雙眼系統(tǒng)，多眼系統(tǒng)，超多眼系統(tǒng)(超多眼條件增加到其上的多眼系統(tǒng))，以及集成成像系統(tǒng)(integral imaging system，下面簡(jiǎn)稱為II系統(tǒng))。這些系統(tǒng)的基本原理基本上與大約十年前發(fā)明的并且用于三維攝影的系統(tǒng)的原理相同。
集成成像系統(tǒng)(II系統(tǒng))使用三維攝影的術(shù)語來描述。因此，一些文獻(xiàn)將它稱為全影攝影術(shù)(integral photography，下面也稱作IP)。
II系統(tǒng)其特征在于具有觀察點(diǎn)位置的高自由度并且能夠容易的三維觀察。具有高分辨率的顯示裝置可以使用僅具有水平視差而不具有垂直視差的II系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱為一維II系統(tǒng)或1D-II系統(tǒng))相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)。相反地，雙眼或多眼系統(tǒng)僅提供觀察者可以三維地觀察圖像的窄范圍的觀察點(diǎn)位置，也就是窄的可視范圍。因此，不利地，該系統(tǒng)不能使得觀察者容易地看到圖像。但是，雙眼或多眼系統(tǒng)是三維圖像顯示裝置的最簡(jiǎn)配置。該系統(tǒng)也具有使得顯示圖像容易創(chuàng)建的優(yōu)點(diǎn)。
通常，II系統(tǒng)和棱鏡片(LS)系統(tǒng)之間的差別在于像素存在于其上的平面，也就是圖像平面或焦平面。但是，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，特別是具有大量像素，圖像平面和焦平面之間的差至多為0.1mm甚至沒有任何像差。因此，因精確度的限制而難以區(qū)分圖像平面和焦平面。因精確度的限制同樣難以確定光線是否會(huì)聚在視距處。術(shù)語II系統(tǒng)，如在本說明書中使用的，意思是不涉及基于圖像平面上和焦平面上像素位置的差別但是使用標(biāo)準(zhǔn)三維圖像在視距處可見的任意(連續(xù))橫向(基本上水平)觀察點(diǎn)位置的系統(tǒng)。此外，術(shù)語多眼系統(tǒng)意思是不等價(jià)于LS系統(tǒng)(不需要光線的會(huì)聚)并且在視距處標(biāo)準(zhǔn)三維圖像使用其在基于眼基距確定的橫向觀察點(diǎn)位置處可見的系統(tǒng)。
使用II系統(tǒng)或多眼系統(tǒng)，視距通常有限。因此，顯示圖像被創(chuàng)建使得在該視距處透視投影圖像實(shí)際可見。使用僅提供水平視差而不提供垂直視差的II系統(tǒng)，如果視差柵欄的水平間距是視差柵欄垂直間距的整數(shù)倍，一組平行光線產(chǎn)生(下面稱作平行光線II)。此外，平行光線II系統(tǒng)通過將視差合成圖像顯示在顯示表面上來提供正確投影的三維圖像，其中視差合成圖像通過將視差分量圖像分割成與各個(gè)像素陣列相對(duì)應(yīng)的片斷，視差分量圖像在垂直方向上在指定視距處透視投影并在水平方向上正射投影，然后適當(dāng)?shù)嘏帕羞@些片斷而獲得。
難以實(shí)現(xiàn)通過改變投影方法以及垂直方向與水平方向之間的投影中心距離來攝影圖像的圖像捕獲裝置，因?yàn)樘貏e地，正射投影需要具有與主體相同大小的照相機(jī)或透鏡。因此，為了通過圖像捕獲來獲得正射投影數(shù)據(jù)，將透視投影圖像捕獲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成分割并排列的圖像數(shù)據(jù)是可行的。另外例如，使用EPI(極上表面)內(nèi)插圖像數(shù)據(jù)的方法是已知的。
使用II系統(tǒng)，如J.Opt.Soc.Am.A vol.15，p.2059(1998)中公開的，三維圖像顯示裝置的前側(cè)和后側(cè)可再現(xiàn)范圍相對(duì)狹窄；典型的值大約為每個(gè)方向10cm。但是，為了消除對(duì)待顯示物體位置的限制，必須增加三維圖像顯示裝置的前側(cè)和后側(cè)可再現(xiàn)范圍的自由度。綜合透視投影圖像以形成三維圖像的一些多眼系統(tǒng)顯示透視投影三維圖像，其中前側(cè)和后側(cè)被強(qiáng)調(diào)(在后側(cè)方向上被壓縮并且接近照相機(jī)具有零位的三維圖像)。但是，使用將正射投影圖像形成三維圖像的平行光線II系統(tǒng)，沒有三維圖像例如上述那些被創(chuàng)建并且沒有創(chuàng)建這種圖像的方法被發(fā)現(xiàn)。
平行光線II系統(tǒng)有利地提供比雙眼系統(tǒng)容易看到的圖像。但是，平行光線II系統(tǒng)使用根據(jù)投影方法或分割和排列方法的復(fù)雜圖像格式。雙眼和多眼系統(tǒng)執(zhí)行三維圖像的最簡(jiǎn)單顯示因此使用簡(jiǎn)單的圖像格式。對(duì)于實(shí)際攝影，按照原狀將使用在水平方向上排列的兩個(gè)照相機(jī)捕獲的視差分量圖像相結(jié)合是可能的。因?yàn)橐恍﹥?nèi)容為雙眼系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，平行光線II系統(tǒng)的顯示裝置可以期望地處理透視投影雙像圖像格式，也就是期望地具有向上兼容性。為了處理該格式，內(nèi)插雙眼數(shù)據(jù)以對(duì)II系統(tǒng)顯示容易看到的圖像是可能的。但是，難以基于雙眼系統(tǒng)的少量，也就是兩個(gè)視差分量圖像來內(nèi)插或外插視差分量圖像的大量實(shí)例。沒有已知的方法使得平行光線II系統(tǒng)的顯示裝置能夠基本上按照原狀顯示雙眼數(shù)據(jù)。
如上所述，平行光線II系統(tǒng)的常規(guī)三維圖像顯示裝置不能適當(dāng)?shù)靥幚矶喾N圖像格式的內(nèi)容，特別是通過透視投影獲得的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種三維圖像顯示裝置，其可以顯示雙眼或多眼系統(tǒng)等的透視投影圖像，并且可以顯示在后側(cè)方向上壓縮的三維圖像或者在前側(cè)和后側(cè)上在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)的三維圖像。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種三維圖像顯示裝置，包括顯示模塊，包括具有垂直方向和水平方向的顯示表面，其中每個(gè)具有預(yù)先確定寬度的像素以行和列排列；視差柵欄，安裝在顯示模塊的前面并且具有每個(gè)基本上線性地延伸且以等于像素預(yù)先確定寬度整數(shù)倍的水平間距排列的光學(xué)孔徑，光學(xué)孔徑如此控制來自像素的光線以便在顯示表面上定義每個(gè)具有依賴于觀察參考視距確定的寬度的單元圖像；第一處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與正常顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像；以及第二處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像，其中主體圖像在深度方向上壓縮并且在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)。
該三維顯示裝置還包括第三處理部分，其配置以將視差分量圖像分割成與多眼兼容模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給多個(gè)相鄰列作為相同視差信息并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有多個(gè)觀察點(diǎn)的三維圖像。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種在三維圖像顯示裝置上顯示三維圖像的方法，其中三維圖像顯示裝置包括顯示模塊，包括具有垂直方向和水平方向的顯示表面，其中每個(gè)具有預(yù)先確定寬度的像素以行和列排列；視差柵欄，安裝在顯示模塊的前面并且具有每個(gè)基本上線性地延伸且以等于像素預(yù)先確定寬度整數(shù)倍的水平間距排列的光學(xué)孔徑，光學(xué)孔徑控制來自像素的光線，并且在顯示表面上定義每個(gè)具有依賴于觀察參考視距確定的寬度的單元圖像；以及第一處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與正常顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像；顯示三維圖像的所述方法包括將視差分量圖像分割成與各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，將每列分配給單元圖像的相應(yīng)預(yù)先確定范圍，并且在顯示模塊上顯示列以顯示具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像，其中主體圖像使用壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式在深度方向上壓縮并且在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)，其中基于攝影參考條件，即每個(gè)視差分量的透視投影攝影的水平間隔依賴于像素經(jīng)由視距處視差柵欄投影的位置的水平間隔而確定，廣角投影處理通過將攝影位置和投影平面之間的距離設(shè)置為基于參考條件的視距的q倍長并且將每個(gè)視差分量的透視投影攝影的水平間隔設(shè)置為參考條件的至多b/q來執(zhí)行，以便在深度方向上以因子b壓縮主體。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種在三維圖像顯示裝置上顯示三維圖像的方法，其中三維圖像顯示裝置包括顯示模塊，包括具有垂直方向和水平方向的顯示表面，其中每個(gè)具有預(yù)先確定寬度的像素以行和列排列；視差柵欄，安裝在顯示模塊的前面并且具有每個(gè)基本上線性地延伸且以等于像素預(yù)先確定寬度整數(shù)倍的水平間距排列的光學(xué)孔徑，光學(xué)孔徑控制來自像素的光線，并且在顯示表面上定義每個(gè)具有依賴于觀察參考視距確定的寬度的單元圖像；以及第一處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與正常顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像；顯示三維圖像的所述方法包括將視差分量圖像分割成與各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，將每列分配給單元圖像的相應(yīng)預(yù)先確定范圍，并且在三維圖像顯示裝置的顯示模塊上顯示列以顯示具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像，其中主體圖像使用壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式在深度方向上壓縮并且在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)，其中基于攝影參考條件，即每個(gè)視差分量的透視投影攝影的水平間隔依賴于像素經(jīng)由視距處視差柵欄投影的位置的水平間隔而確定，廣角投影處理通過將攝影位置和主體的注視點(diǎn)之間的距離設(shè)置為基于參考條件的視距的q倍長并且將每個(gè)視差分量的透視投影攝影的水平間隔設(shè)置為參考條件的至多b/q來執(zhí)行，以便在深度方向上以因子b壓縮主體。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種三維圖像顯示裝置，包括顯示模塊，包括具有垂直方向和水平方向的顯示表面，其中每個(gè)具有預(yù)先確定寬度的像素以行和列排列；視差柵欄，安裝在顯示模塊的前面并且具有每個(gè)基本上線性地延伸且以等于像素預(yù)先確定寬度整數(shù)倍的水平間距排列的光學(xué)孔徑，光學(xué)孔徑控制來自像素的光線，并且在顯示表面上定義每個(gè)具有依賴于觀察參考視距確定的寬度的單元圖像；第一處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與正常顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像；以及第二處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與多眼兼容模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給多個(gè)相鄰列作為相同視差信息并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有多個(gè)觀察點(diǎn)的三維圖像。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示裝置中模式轉(zhuǎn)換處理的流程圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示裝置中模式轉(zhuǎn)換處理的框圖；圖3是顯示圖1和2中所示三維圖像顯示裝置的模式比較的圖；圖4是顯示圖3中所示三維圖像顯示裝置的視差圖像排列表以及根據(jù)比較實(shí)例的三維圖像顯示裝置的視差圖像排列表的表格；圖5A和5B是顯示使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示裝置和方法投影視差分量圖像的方法的透視圖；圖6A，6B和6C是顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示裝置和方法中投影視差分量圖像的方法以及與投影方法相關(guān)的捕獲三維圖像的方法的平面圖；圖7是說明在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案捕獲三維圖像的方法中照相機(jī)位置之間參考間隔的平面圖；圖8A和8B是顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示方法和裝置以及圖像顯示方法中前側(cè)和后側(cè)方向上的壓縮比與照相機(jī)位置之間的適當(dāng)間隔之間的關(guān)系的圖；圖9A和9B是示意地顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示方法和裝置以及圖像顯示方法中在正常模式與壓縮和強(qiáng)調(diào)模式之間連續(xù)轉(zhuǎn)換的方法的圖；圖10A和10B是顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示裝置以及圖像顯示方法中雙眼和多眼模式中視差圖像排列的表格；圖11A和11B是示意地顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示裝置中提供的視差柵欄的實(shí)例的透視圖；圖12是示意地顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示裝置的透視圖；
圖13A，13B和13C是顯示圖12中所示三維圖像顯示裝置中的單元圖像間距Pe，視差柵欄間距Ps，視差柵欄間隙d，視距L，以及可視范圍寬度W之間關(guān)系的示意圖；圖14A，14B和14C是示意地顯示在圖12中所示三維圖像顯示裝置的正常顯示模式中，投影視差分量圖像的方法以及在視差合成圖像中分割地排列視差分量圖像的方法的示意圖；圖15是顯示在圖12中所示三維圖像顯示裝置的正常顯示模式中以及壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中，視差分量圖分割地排列在視差合成圖像中的實(shí)例的表格；圖16是顯示在圖15中所示三維圖像顯示裝置中，一個(gè)視差分量圖像所需的數(shù)據(jù)范圍的實(shí)例以及視差分量圖像分割地排列在視差合成圖像中的實(shí)例的圖；圖17是顯示在與圖12中所示三維圖像顯示裝置具有相同視差實(shí)例數(shù)的普通多眼三維顯示裝置中，視差分量圖像分割地排列在視差合成圖像中的實(shí)例的表格；圖18是示意地顯示在圖12中所示三維圖像顯示裝置的部分中，像素和單元圖像與根據(jù)平行光線一維集成成像系統(tǒng)的視差柵欄之間位置關(guān)系的透視圖；圖19是示意地顯示在圖18中所示三維圖像顯示裝置的部分中，在正常顯示模式中以及在壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中，像素陣列和視差圖像排列的正視圖；圖20是示意地顯示在與圖19中所示部分不同的圖18中所示三維圖像顯示裝置的部分中，在正常顯示模式中以及在壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中，像素陣列和視差圖像排列的正視圖；圖21是示意地顯示在與圖19中所示部分相同的圖18中所示三維圖像顯示裝置的部分中，在雙眼和多眼兼容顯示模式中像素陣列和視差圖像排列的正視圖；圖22是示意地顯示在與圖20中所示部分相同的圖18中所示三維圖像顯示裝置的部分中，在雙眼和多眼兼容顯示模式中像素陣列和視差圖像排列的正視圖；圖23是示意地顯示在圖12中所示三維圖像顯示裝置中，像素和單元圖像與根據(jù)平行光線一維集成成像系統(tǒng)的視差柵欄之間位置關(guān)系的示意圖；圖24是示意地顯示在圖12中所示三維圖像顯示裝置中，像素和單元圖像與根據(jù)平行光線一維集成成像系統(tǒng)的視差柵欄之間位置關(guān)系的示意圖；圖25是示意地顯示在圖12中所示三維圖像顯示裝置中根據(jù)平行光線一維集成成像系統(tǒng)在視差合成圖像(顯示表面)中重新排列視差分量圖像的方法的示意圖；圖26是示意地顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案捕獲三維圖像的方法以及投影平面與主體之間位置關(guān)系的平面圖；以及圖27A和27B是顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案捕獲三維圖像的方法中在攝影之前執(zhí)行的處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，將給出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示裝置和方法的詳細(xì)描述。
如在說明書中使用的術(shù)語“列”指水平方向上像素的最小單位列。該列指普通液晶顯示裝置中的子像素行，其中每個(gè)像素分割成在水平方向上排列的三種顏色(R，G和B)的子像素。
首先，參考圖1和2，將給出在三維圖像顯示裝置中的三種模式中顯示三維圖像的過程的描述。圖1和2顯示適用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維圖像顯示裝置和方法的流程圖和框圖。
圖1中所示的流程圖顯示平行光線II系統(tǒng)的顯示模塊(顯示器)可以在(a)正常顯示模式，(b)壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式，以及(c)雙眼和多眼兼容顯示模式的任意一種中顯示三維圖像的過程。
圖2中所示的框圖與圖1中所示的流程圖相對(duì)應(yīng)。圖2顯示可以在(a)正常顯示模式，(b)壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式，以及(c)雙眼和多眼兼容顯示模式的任意一種中顯示三維圖像的顯示裝置的構(gòu)造。
如圖3和4中的表格中所示，在正常顯示模式中，II系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)(基于平行光線II系統(tǒng)創(chuàng)建并且指示在水平方向上正射投影和在垂直方向上透視投影的視差分量圖像的視差分量圖像數(shù)據(jù))根據(jù)II系統(tǒng)的視差圖像排列表分布在II系統(tǒng)的顯示模塊中以顯示三維圖像。在壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中，下面的數(shù)據(jù)根據(jù)II系統(tǒng)的視差圖像排列表分布在II系統(tǒng)的顯示模塊中以顯示前側(cè)和后側(cè)被壓縮且垂直和水平方向被強(qiáng)調(diào)(零位接近照相機(jī))的三維圖像具有大量視差實(shí)例的多眼數(shù)據(jù)和指示在水平和垂直方向上透視投影的視差分量圖像的視差分量圖像數(shù)據(jù)。在雙眼和多眼兼容顯示模式中，具有少量視差實(shí)例的多眼數(shù)據(jù)根據(jù)多眼兼容視差圖像排列表分布在II系統(tǒng)的顯示模塊中以顯示三維圖像。如已經(jīng)描述的，術(shù)語II系統(tǒng)，如在說明書中使用的，意思是在視距處，標(biāo)準(zhǔn)三維圖像在任意(連續(xù))橫向(基本上水平)觀察點(diǎn)位置處可見。術(shù)語雙眼和多眼系統(tǒng)意思是在視距處，標(biāo)準(zhǔn)三維圖像在基于眼基距確定的橫向觀察點(diǎn)位置處可見(該觀察點(diǎn)位置包括多個(gè)觀察點(diǎn)并且是離散的)。
視差排列表顯示視差分量圖像如何排列于在顯示表面上顯示的視差合成圖像(由大量單元圖像組成)的單元圖像中。II系統(tǒng)視差圖像排列表在顯示表面上的相同視差數(shù)據(jù)(視差分量圖像，也就是在單個(gè)照相機(jī)位置投影的圖像)的排列范圍或間隔以及占據(jù)每個(gè)單元圖像的列數(shù)方面不同于多眼兼容視差圖像排列表，如圖4中所示。但是，使用II系統(tǒng)視差圖像排列和多眼兼容視差圖像排列，單元圖像具有共同的位置和寬度(只要觀察參考視距固定)；唯一的差別是在單元圖像中重新排列視差分量圖像的方法。如果隙縫或棱鏡中的光學(xué)孔徑形狀類似縱條紋，行具有相同的視差排列(但是，如果濾色鏡陣列依賴于行而變化，僅顏色分量變化)。因此，將視差分量圖像分割成與各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷并且在視差合成圖像中排列片斷的過程可以在一列上(在所有行上)集體執(zhí)行。如果光學(xué)孔徑具有傾斜或其它復(fù)雜形狀或者像素以三角陣列排列在顯示表面上，視差排列依賴于行而變化。但是，相同的視差排列用于光學(xué)孔徑的水平位置以及像素位置具有相同垂直位置關(guān)系的行。因此，將視差分量圖像分割成與各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷并且在視差合成圖像中排列片斷的過程可以在具有相同垂直位置關(guān)系的行上集體執(zhí)行。這樣，視差排列表確定將在顯示模塊331的垂直方向上排列的像素行以及將在顯示模塊331的水平方向上排列的列。視差分量圖像數(shù)據(jù)分布地排列在確定的像素行和列中。
圖4顯示作為比較實(shí)例的普通多眼系統(tǒng)三維顯示裝置的視差排列表。根據(jù)比較實(shí)例的硬件構(gòu)造(視差柵欄間距和像素寬度之間的關(guān)系)以及單元圖像的位置和寬度與根據(jù)本發(fā)明的不同。
如圖1中的流程圖和圖2中的框圖中所示，三維圖像的圖像信號(hào)(3D圖像信號(hào))由信號(hào)源101開始輸入，如步驟S11中所示。然后，裝置首先確定包含在該圖像信號(hào)中的圖像數(shù)據(jù)是否是具有少量視差實(shí)例的雙眼或多眼圖像數(shù)據(jù)(確定部分102和步驟S12)。3D圖像信號(hào)通過以一定格式綜合構(gòu)成一幀顯示圖像的視差分量圖像而獲得。該格式可以用于確定。如果包含在圖像信號(hào)中的圖像數(shù)據(jù)是具有少量視差實(shí)例的雙眼或多眼圖像數(shù)據(jù)，多眼圖像處理部分105處理圖像數(shù)據(jù)(步驟S13)并且根據(jù)多眼兼容排列表分布視差分量圖像(步驟S13c)。顯示模塊331然后顯示圖像(步驟S21)。特別地，如隨后詳細(xì)描述的，相同的視差分量圖像為多個(gè)圖像列組而提供。黑色或預(yù)先確定顏色的顯示在提供有相同視差分量圖像的列組中的列中提供。對(duì)于由隙縫或棱鏡的水平間距確定的水平分辨率不同于由顯示模塊的垂直像素間距確定的最大垂直分辨率的II顯示裝置，如果輸入的雙眼或多眼數(shù)據(jù)的水平和垂直分辨率不同于II顯示裝置，分辨率根據(jù)需要轉(zhuǎn)換(步驟S13a和S13b)?；谝暡罘至繄D像數(shù)據(jù)的排列，視差合成圖像二維地顯示在顯示模塊331中。視差合成圖像然后經(jīng)過視差柵欄以使得觀察者能夠根據(jù)裝置前面的多眼系統(tǒng)觀察三維圖像。多眼數(shù)據(jù)中視差實(shí)例數(shù)大還是小意味著它是否是由為II顯示固有設(shè)計(jì)的三維顯示裝置提供的II顯示中視差實(shí)例數(shù)(視差柵欄水平間距/(子)像素水平間距)的至少大約一半。如果多眼數(shù)據(jù)中視差實(shí)例數(shù)為II顯示中的至少大約一半，允許基于視差內(nèi)插的多個(gè)觀察點(diǎn)的使用相對(duì)容易。因此，內(nèi)插的II視差排列表適合用于壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中。相反地，雙眼和多眼兼容顯示模式的使用不適當(dāng)，因?yàn)檫@可能引起明顯的垂直帶狀的區(qū)域分離。如果多眼數(shù)據(jù)中視差實(shí)例數(shù)不為II顯示中的至少大約一半，雙眼和多眼兼容顯示模式適當(dāng)，因?yàn)樵试S基于視差內(nèi)插的多個(gè)觀察點(diǎn)的使用是困難的。
在步驟S12中，如果圖像數(shù)據(jù)是具有大量視差實(shí)例的多眼圖像數(shù)據(jù)或者為II系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，確定部分102在步驟S16中確定圖像數(shù)據(jù)是將以壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式顯示還是透視投影多眼數(shù)據(jù)。如果兩種情況都不成立，例如，如果圖像數(shù)據(jù)為II系統(tǒng)而設(shè)計(jì)并且使用II系統(tǒng)正常顯示，那么正常處理部分103在步驟S17中執(zhí)行正常處理。確定部分在步驟S17a中確定II系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)是否需要內(nèi)插。所需視差實(shí)例數(shù)基于平行光束II系統(tǒng)顯示裝置的構(gòu)造(視差柵欄水平間距為列間距的多少倍大)和估計(jì)視距來確定。如果需要內(nèi)插或重新確定大小，例如，如果輸入數(shù)據(jù)中的視差實(shí)例數(shù)小于固有所需值，內(nèi)插或外插的視差分量圖像信息基于相鄰視差而獲得以創(chuàng)建具有內(nèi)插或外插視差分量的圖像數(shù)據(jù)(步驟S17b)。作為選擇，對(duì)于由隙縫或棱鏡的水平間距確定的水平分辨率不同于由顯示模塊的垂直像素間距確定的最大垂直分辨率的II顯示裝置，如果輸入的II數(shù)據(jù)的水平和垂直分辨率不同于II顯示裝置，分辨率根據(jù)需要轉(zhuǎn)換(步驟S17c和S17d)。隨后，視差分量圖像根據(jù)1D-II排列表分布(步驟S17e)。視差合成圖像然后顯示在顯示模塊331中(步驟S21)。結(jié)果，三維圖像經(jīng)由視差柵欄形成以便具有從裝置的前側(cè)方向(相對(duì)于裝置較接近觀察者的區(qū)域)到后側(cè)方向(位于裝置后面并且與觀察者相對(duì)的區(qū)域)的連續(xù)視差。三維圖像由觀察者觀察。
在步驟S16中，如果圖像數(shù)據(jù)必須以壓縮和強(qiáng)調(diào)模式顯示或者是透視投影多眼數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)處理部分104如步驟S18中所示執(zhí)行壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示處理。這里，當(dāng)主體具有防止在攝影期間實(shí)際獲得的主體圖像清晰地顯示在位于裝置前面且在視距上延伸的空間中或者位于裝置后面的空間中的這種前側(cè)和后側(cè)時(shí)，如隨后描述的，壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示是必需的。在這種情況下，與主體圖像相對(duì)應(yīng)的透視投影視差分量圖像數(shù)據(jù)被內(nèi)插并且具有根據(jù)需要轉(zhuǎn)換的分辨率，使得照相機(jī)間隔(攝影間隔)小于相應(yīng)的參考條件并且使得主體像在使用廣角透鏡的情況下一樣被攝影。數(shù)據(jù)從而轉(zhuǎn)換成適合于壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示的圖像數(shù)據(jù)(步驟S18a～S18e)。轉(zhuǎn)換的視差分量圖像根據(jù)1D-II排列表分布(步驟S18f)。視差合成圖像顯示在顯示模塊331中(步驟S21)。結(jié)果，三維圖像清晰地觀察，其已經(jīng)在到裝置的前側(cè)和后側(cè)限制距離內(nèi)的區(qū)域內(nèi)壓縮并且其已經(jīng)在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)。當(dāng)壓縮比在壓縮和強(qiáng)調(diào)處理中最大化時(shí)，圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成不顯示主體后側(cè)方向的平面數(shù)據(jù)(二維數(shù)據(jù))。如果這種轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)提供給顯示模塊331，三維圖像不顯示而僅簡(jiǎn)單的二維圖像(二維投影的圖像)被顯示。在這種情況下，壓縮和強(qiáng)調(diào)處理不僅包括縱向上主體圖像的壓縮而且包括到二維圖像的轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換使用基本上一個(gè)視差分量圖像作為全部視差分量圖像。
在輸入到裝置的圖像數(shù)據(jù)中，步驟S11中所示的三維圖像信號(hào)可能伴隨有可以被參考的主體上的對(duì)象數(shù)據(jù)或位置數(shù)據(jù)(步驟S19)。在這種情況下，對(duì)象的范圍根據(jù)對(duì)象將顯示的方向來檢測(cè)。關(guān)于范圍的數(shù)據(jù)被提取。存在范圍信息傳輸?shù)讲襟ES16和S18中的處理(步驟S20)。
在上面的處理中，步驟S12中雙眼和多眼數(shù)據(jù)的確定基于數(shù)據(jù)的屬性或格式。但是，確定可能使用模式開關(guān)111由模式選擇指令預(yù)先指定(步驟S22)。例如，如果圖像在實(shí)際攝影期間顯示，攝影者可以指定雙眼和多眼數(shù)據(jù)的使用。作為選擇，如果三維圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在介質(zhì)中，當(dāng)介質(zhì)安裝在驅(qū)動(dòng)設(shè)備中時(shí)，模式轉(zhuǎn)換信號(hào)可以產(chǎn)生。這消除對(duì)步驟S12中確定的需要。
作為選擇，步驟S16中的確定可以類似地使用模式開關(guān)111由模式選擇指令預(yù)先指定(步驟S22)。此外，可以由觀察者操作的開關(guān)可能安裝在裝置上以便手工地操作。
作為選擇，可能使用與顯示裝置獨(dú)立提供的圖像產(chǎn)生裝置，以執(zhí)行上面的處理而不需要安裝模式轉(zhuǎn)換裝置例如上述的那個(gè)作為顯示裝置的一部分。
圖5A和5B是示意地說明適用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案顯示圖像的方法的投影方法的透視圖。圖6A，6B和6C是示意地說明捕獲和投影三維圖像的方法的平面圖，該方法適用于如圖5A和5B中所示顯示圖像的方法中。圖5A顯示在正常顯示模式(固有地用于平行光線1D-II系統(tǒng)的顯示模式)中投影在垂直方向上透視投影而在水平方向上正射投影的每個(gè)視差分量圖像以便形成三維圖像的方法。圖5B顯示在壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式(對(duì)于II或多眼圖像數(shù)據(jù))中或在雙眼和多眼兼容模式中投影在垂直和水平方向上都透視投影的每個(gè)視差分量圖像以便形成三維圖像的方法。圖6A顯示圖像捕獲和投影的方法，使用該方法，每個(gè)視差分量圖像在正常顯示模式中由水平方向上的正射投影(垂直方向上透視投影)攝影和投影。圖6B顯示圖像捕獲和投影的方法，使用該方法，每個(gè)視差分量圖像由廣角透視投影攝影和投影，其中壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中照相機(jī)429的運(yùn)動(dòng)間隔設(shè)置為小于從裝置構(gòu)造中固有確定的間隔P(下面也稱作基于標(biāo)準(zhǔn)或參考條件的照相機(jī)429的位置和間隔)的值P’。圖6C顯示圖像捕獲和投影的方法，使用該方法，每個(gè)視差分量圖像由廣角透視投影攝影和投影，其中雙眼和多眼兼容模式中照相機(jī)429的運(yùn)動(dòng)間隔設(shè)置為大于標(biāo)準(zhǔn)照相機(jī)間隔P的眼基距間隔Pm。
在圖5A和5B中，參考數(shù)字421表示待攝影的主體(也為待顯示的物體圖像)。
在正常顯示模式中，投影在投影平面422(對(duì)應(yīng)于視差柵欄表面)上的主體421的投影圖像424構(gòu)成一個(gè)視差分量圖像，如圖5A中所示。這樣獲得的視差分量圖像排列在視差合成圖像中。視差合成圖像顯示在顯示表面上。當(dāng)主體421的圖像從設(shè)置在視距處的投影中心線423(參考線)觀察時(shí)，主體421的三維圖像被看到在裝置后面。在正常顯示模式中，投影圖像424對(duì)應(yīng)于主體421在垂直方向上經(jīng)受透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影的二維圖像。因此，投影圖像424的投影線425都會(huì)聚在投影中心線423。
在雙眼和多眼兼容模式中，投影在投影平面422(對(duì)應(yīng)于視差柵欄表面)上的主體421的投影圖像424類似地構(gòu)成一個(gè)視差分量圖像，如圖5B中所示。這樣獲得的視差分量圖像排列在視差合成圖像中。視差合成圖像顯示在顯示表面上。當(dāng)主體421的圖像從設(shè)置在視距處的投影中心線423(參考線；由平行排列的視差分量的投影中心點(diǎn)形成的線)觀察時(shí)，主體421的三維圖像被看到在裝置后面。在雙眼和多眼兼容模式中，圖像在垂直和水平方向上經(jīng)受透視投影。因此。投影線425都會(huì)聚在投影中心線423(參考線)上的投影中心點(diǎn)。在雙眼和多眼兼容模式中，觀察者瞳孔的一個(gè)位于投影中心線423上的投影中心點(diǎn)處。當(dāng)觀察者的另一個(gè)瞳孔位于投影中心線423上的另一個(gè)投影中心點(diǎn)時(shí)，觀察者使用雙眼觀察投影圖像對(duì)424。結(jié)果，主體421的三維圖像被看到在裝置后面。但是，因?yàn)镮I顯示的三維顯示裝置錯(cuò)誤地執(zhí)行多眼顯示，顯示期間發(fā)射的光線會(huì)聚在投影中心點(diǎn)之前而不精確地會(huì)聚在一點(diǎn)。
在壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中，投影在投影平面422(對(duì)應(yīng)于視差柵欄平面)的主體421的投影圖像構(gòu)成一個(gè)視差分量圖像，也如圖5B中所示。顯示期間視差分量圖像的排列與例如圖5A中所示投影方法的情況中相同。當(dāng)主體421的圖像從設(shè)置在視距處的投影中心線423(參考線)觀察時(shí)，三維圖像被看到在裝置后面，圖像已經(jīng)通過在主體421的后側(cè)方向上壓縮它并且在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)它而略微地變形。在壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中，圖像在投影期間在垂直和水平方向上經(jīng)受透視投影。因此，投影線425都會(huì)聚在投影中心線423(參考線)上的投影中心點(diǎn)。但是，在顯示期間，投影圖像424的投影線425都會(huì)聚在如圖5A中所示投影中心線423上而不是如圖5B中所示任意投影中心點(diǎn)。
圖5A中所示的投影圖像使用圖6A中所示的攝影方法獲取。圖5B中所示的投影圖像使用圖6B或6C中所示的攝影方法獲取。特別地，使用圖6A中所示并且對(duì)應(yīng)于平行光線1D-II系統(tǒng)的正常顯示模式的攝影方法，主體在垂直方向上使用透視投影而在水平方向上使用正射投影來攝影。使用圖6B中所示并且對(duì)應(yīng)于壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式的攝影方法以及圖6C中所示并且對(duì)應(yīng)于雙眼和多眼兼容模式的攝影方法，主體在垂直和水平方向上都使用透視投影來攝影。
圖7說明從裝置構(gòu)造中固有確定的標(biāo)準(zhǔn)(參考條件)照相機(jī)間隔P。標(biāo)準(zhǔn)(參考條件)照相機(jī)距離(投影平面與位于投影平面前面的照相機(jī)之間的距離)與觀察參考視距L相同。標(biāo)準(zhǔn)(參考條件)照相機(jī)間隔P由圖像間距Pp和相對(duì)于投影平面422的顯示屏上的觀察參考視距L，以及顯示表面與視差柵欄中每個(gè)光學(xué)孔徑之間的間隙d來確定。在這種情況下，圖7中的d假設(shè)介質(zhì)完全由空氣組成并且主光線不折射而繪制。但是，如果使用玻璃襯底或透鏡，它的折射率使得主光線折射。因此，在實(shí)際尺寸中，d具有轉(zhuǎn)換值。觀察參考視距L確定單元圖像的寬度(視差分量圖像的分割和排列表)。如果顯示模塊的屏幕大小不同于實(shí)際攝影平面(投影平面)范圍的大小，L和P與該比值成比例地增大或減小。結(jié)果是用于實(shí)際攝影的參考照相機(jī)距離和參考照相機(jī)間隔。這也適用于隨后描述的前側(cè)和后側(cè)限制距離zn和zf。如果顯示模塊的屏幕大小不同于實(shí)際攝影平面(投影平面)范圍的大小，zn和zf與該比值成比例地增大或減小。結(jié)果是用于實(shí)際攝影的限制距離。每個(gè)視差的投影和攝影的水平間隔基于像素經(jīng)由觀察參考視距處的視差柵欄投影的位置的水平間隔確定為攝影參考條件。
如果在壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中進(jìn)行設(shè)置使得圖像使用廣角透視投影在后側(cè)方向上以因子b壓縮，下面的條件是必需的。(1)主體在垂直和水平方向上使用透視投影攝影。也就是，主體使用標(biāo)準(zhǔn)透視投影照相機(jī)429以及如圖6B中所示的透視投影來攝影。(2)照相機(jī)距離L’設(shè)置為觀察參考視距(參考照相機(jī)距離)L的q(在大多數(shù)情況下，q＜1但q＞＝1是允許的)倍長。換句話說，主體421像如圖6B中所示使用廣角透鏡的情況下一樣被攝影。(3)每個(gè)視差分量的照相機(jī)間隔P’設(shè)置為小于參考照相機(jī)間隔P的q/b(P’＜＝P·q/b)。該處理抑制所顯示三維圖像的模糊和變形。(4)用來在顯示表面上排列視差分量圖像的表格基于使用觀察參考視距L計(jì)算的單元圖像的寬度來創(chuàng)建。
將給出基于這些條件的條件表達(dá)式推導(dǎo)的簡(jiǎn)單描述。為了簡(jiǎn)化條件表達(dá)式的形式，觀察參考視距(參考照相機(jī)距離)和主體前照相機(jī)的位置分別設(shè)置為1和(0，0，1)，投影平面定義為xy平面。即使在這些假設(shè)下條件表達(dá)式的一般性不會(huì)丟失。兩個(gè)透視投影照相機(jī)429將主體的坐標(biāo)(x1，y1，z1)固有地投影在投影平面上的(xr1，yr1，0)和(x11，y11，0)。但是，為了強(qiáng)調(diào)，照相機(jī)間隔和距離分別乘以a和q，(a＜q＜＝1)以將坐標(biāo)投影在(xr2，yr2，0)和(x12，y12，0)。然后，圖像被再現(xiàn)，好像它用照相機(jī)間隔P和照相機(jī)距離1投影一樣。因此，三維圖像好像在(x2，y2，z2)處。在使用透視投影照相機(jī)429(多眼)的光線再現(xiàn)的情況下，變換如下。
z2＝az1/(q-z1+az1)x2＝qx1/(q-z1+az1)y2＝qy1/(q-z1+az1)在使用正射投影照相機(jī)429(具有僅水平視差的平行光線II系統(tǒng)1D-II)的光線再現(xiàn)的情況下，變換如下。
z2＝az1/(q-z1)x2＝qx1/(q-z1)y2＝qy1(q-z1-az1)/(q-z1)II系統(tǒng)的固有前側(cè)和后側(cè)再現(xiàn)范圍由像素間距、棱鏡間距、以及光學(xué)孔徑與像素之間的有效間隙來確定(J.Opt.Soc.Am.A vol.15，p.2059(1998))。如果前側(cè)限制的z坐標(biāo)為Zn，后側(cè)限制的坐標(biāo)為zf，并且位于固有前側(cè)和后側(cè)再現(xiàn)范圍b倍大的范圍內(nèi)的物體在z方向上壓縮，那么照相機(jī)間隔可能乘以a(＜1)以便在相對(duì)于視距l(xiāng)的照相機(jī)距離q(＜＝1)處以因子b(＞1)增大前側(cè)再現(xiàn)范圍Zn0(＝Zn/L)。對(duì)于z1＝bzn0和z2＜＝zn0，在使用透視投影照相機(jī)429的光線再現(xiàn)的情況下，下面的表達(dá)式被給出。
a＜＝(q-bzn0)/(b-bzn0)在使用正射投影照相機(jī)429(平行光線1D-II)的光線再現(xiàn)的情況下，下面的表達(dá)式被給出。
a＜＝(q-bzn0)/b近似使得能夠?qū)⒈磉_(dá)式看作a＜＝q/b。也就是，沒有變形或模糊的三維圖像可以通過將照相機(jī)間隔P’比P的比值a設(shè)置為至多q/b來顯示。將照相機(jī)間隔P’減小到固有值P之下并且將P’比P的比值a從q/b朝向零而減小意味著圖像變得接近于二維圖像。將a設(shè)置為接近q/b的值意味著三維圖像可以顯示。
圖8A和8B是顯示基于上面計(jì)算的a，b，q，zn和zf(后側(cè)再現(xiàn)范圍)之間關(guān)系的圖表。在圖8A和8B中，橫坐標(biāo)軸指示后側(cè)方向壓縮比b?？v坐標(biāo)軸指示照相機(jī)間隔的系數(shù)a。粗實(shí)線指示a＝q/b。實(shí)線(1D-IP(前))顯示前側(cè)范圍的曲線。虛線(1D-IP(后))顯示后側(cè)范圍的曲線。圖8A顯示zn/L＝0.05且q＝0.3的情況。圖8B顯示zn/L＝0.05且q＝1.0的情況。如從圖8A和8B中顯然，照相機(jī)間隔(系數(shù)a)的減小增加后側(cè)限制的z坐標(biāo)zf，與前側(cè)限制的z坐標(biāo)zn相比較。例如，對(duì)于0.7m(＝L)的觀察參考視距，0.21m(＝Lq)的照相機(jī)距離，以及0.035m(＝zn＝Lzn0)的前側(cè)再現(xiàn)范圍，q＝0.3，zn0＝+0.05，和b＝2被設(shè)置(具有+0.07的前側(cè)量的圖像將被壓縮地顯示)。然后，如圖8A中虛線箭頭所示，照相機(jī)間隔可以設(shè)置在范圍a＜＝q/b＝0.15內(nèi)。如由實(shí)線箭頭所示設(shè)置a＝0.1保證模糊和變形可以在前側(cè)范圍內(nèi)抑制并且防止三維性的損失。在這種情況下，在后側(cè)方向上，后側(cè)范圍可以沒有模糊地顯示高達(dá)b＝3，也就是高達(dá)0.105m。在另一個(gè)實(shí)例中，對(duì)于0.7m(＝L)的觀察參考視距，0.7m(＝Lq)的照相機(jī)距離，以及0.035m(＝zn＝Lzn0)的前側(cè)再現(xiàn)范圍，q＝1，zn0＝+0.05，和b＝3被設(shè)置(具有+0.105m的前側(cè)量的圖像將被壓縮地顯示)。然后，如圖8B中實(shí)線箭頭所示，照相機(jī)間隔可以設(shè)置在范圍a＜＝q/b＝0.33內(nèi)。如實(shí)線箭頭所示設(shè)置a＝0.29保證模糊和變形可以在前側(cè)范圍內(nèi)抑制并且防止三維性的損失。在這種情況下，在后側(cè)方向上，后側(cè)范圍可以沒有模糊地顯示高達(dá)b＝4，也就是高達(dá)0.14m。
相對(duì)于觀察參考視距L的實(shí)際照相機(jī)距離是任意的。照相機(jī)距離與L的比率q可以等于或大于1。該條件包括零的照相機(jī)間隔P’，其對(duì)應(yīng)于具有透視投影圖像而沒有任何視差的2D顯示模式(q任意，b無限)。
上面的方法使得能夠通過直接顯示透視投影數(shù)據(jù)而不將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成水平方向上的正射投影數(shù)據(jù)來在II系統(tǒng)顯示上顯示三維圖像，且?guī)缀鯖]有變形或模糊被觀察到或者其三維性被強(qiáng)調(diào)。因?yàn)橥敢曂队皵?shù)據(jù)可以按照原狀被利用從而可以高速處理，上面的方法適合于顯示實(shí)際攝影的圖像，特別是實(shí)時(shí)地。因此，壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式總是可以被利用以顯示實(shí)際攝影的數(shù)據(jù)。
在壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中，三維性被強(qiáng)調(diào)使得前側(cè)的大小在垂直和水平方向上增大而后側(cè)的大小在垂直和水平方向上減小。放大和減小比率在垂直方向和水平方向上幾乎相等。但是，嚴(yán)格地講，在前側(cè)上，比率在水平方向上稍微大。在后側(cè)上，比率在垂直方向上稍微大。因此，變形可以通過顯示在垂直方向上以大約百分之幾到幾十放大的視差合成圖像，如果圖像包含大量前側(cè)物體，或者顯示在垂直方向上以大約百分之幾縮小的視差合成圖像，如果圖像包含僅后側(cè)物體來校正。視差合成圖像可以通過例如當(dāng)視差分量圖像創(chuàng)建時(shí)調(diào)節(jié)投影平面的大小來在垂直方向上放大或縮小，或者放大或縮小可以在圖1中S18(壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示處理)中的分辨率轉(zhuǎn)換期間執(zhí)行。參考照相機(jī)間隔也等于II三維系統(tǒng)顯示裝置的光線間隔(來自水平相鄰像素的兩個(gè)光線之間的間隔，如果光學(xué)孔徑形狀類似縱條紋)。但是，較小的光線間隔使得變形更容易防止。觀察參考視距的減小也使得變形更容易防止，因?yàn)樗鼫p小光線間隔。但是，光線間隔的減小縮小觀察者可以觀察標(biāo)準(zhǔn)三維圖像的可視范圍寬度(光線間隔和視差實(shí)例數(shù)的乘積)。因此，必須保證大約100～200mm的最小可視范圍寬度(寬度增加，如果大量串音發(fā)生)，其比眼基距稍微大；光線間隔不能設(shè)置得小于最小可視范圍寬度。對(duì)于一些應(yīng)用，投影平面的大小可能改變，使得前側(cè)限制位置處的投影平面(前投影平面)總是具有相同的大小或?qū)挾取＿@防止前側(cè)主體從屏幕中突出。但是，突出主體的大小保持不變。
圖9A和9B顯示，作為實(shí)例，如何改變照相機(jī)間隔P，照相機(jī)距離L(Lx表示水平方向且Ly表示垂直方向)，以及景深Df以便從壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式連續(xù)地轉(zhuǎn)換成正常顯示模式。虛線的左側(cè)對(duì)應(yīng)于壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式。虛線的右側(cè)對(duì)應(yīng)于正常顯示模式。箭頭代表連續(xù)轉(zhuǎn)換的臨時(shí)步驟(相反的臨時(shí)步驟也是可能的)。如果照相機(jī)間隔P在轉(zhuǎn)換模式之前不改變，圖像的變化(坐標(biāo)的明顯運(yùn)動(dòng))稍微明顯。當(dāng)具有減小的照相機(jī)間隔P(對(duì)應(yīng)于位于圖9A中虛線前面和左側(cè)的區(qū)域)的壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式被內(nèi)插以便抑制圖像的變化時(shí)，分辨率僅在該點(diǎn)增加。這看起來稍微不自然。因此，通過減小僅該點(diǎn)處照相機(jī)429的景深Df以模糊圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、自然的轉(zhuǎn)換。該方法的實(shí)例在圖9A中顯示并且適用于實(shí)際的攝影。另一種方法是使用從正射投影(無限視距處的透視投影)連續(xù)變化成透視投影(有限視距處的透視投影)的照相機(jī)429投影圖像。該方法在圖9(B)中顯示并且適用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。
圖10(a)是顯示雙眼數(shù)據(jù)排列寬度和間隔分布在具有II系統(tǒng)顯示的雙眼和多眼兼容顯示模式中的單元圖像中的實(shí)例的表格。該分布考慮到相鄰像素之間的光線間隔(形狀類似縱條紋的光學(xué)孔徑的水平相鄰像素或者與傾斜光學(xué)孔徑的相鄰視差相對(duì)應(yīng)的像素)以及眼基距而確定。但是，關(guān)于II系統(tǒng)，串音(在一個(gè)柱面透鏡中，來自相鄰像素的光線的混合)可能在相鄰像素之間發(fā)生。因此，對(duì)于雙眼和多眼兼容顯示，相同的視差分量數(shù)據(jù)必須提供給至少三列。在圖10(a)中所示表格中的實(shí)例2-1～2-13中，視差實(shí)例數(shù)、觀察參考視距，以及觀察參考視距處的相鄰視差光線間隔假設(shè)分別為18，700和17mm。相同的視差分量數(shù)據(jù)提供給三到九列。此外，為了防止與右和左側(cè)視差分量圖像的串音，可能期望在中心放置黑色(或單色)列。特別地，關(guān)于雙眼系統(tǒng)，當(dāng)位于相對(duì)端并且對(duì)應(yīng)于單元圖像邊界的多余列以黑色顯示時(shí)，相反的三維觀察有利地被防止。此外，有利地容易確定與可視范圍的偏離。黑色列具有兩種類型的寬度，因?yàn)镮I系統(tǒng)的單元圖像固有地具有兩種類型的寬度。與II系統(tǒng)三維顯示裝置的設(shè)計(jì)相結(jié)合，較小的光線間隔使得橫向視差間串音更容易對(duì)雙眼顯示而防止。觀察參考視距的減小也使得串音能夠更容易地防止，因?yàn)樗鼫p小光線間隔。圖10A中的黑色顯示部分不需要是黑色，而優(yōu)選地白色，假如原始圖像基于黑色。這些部分可能具有與整個(gè)圖像基于的顏色(平均色)互補(bǔ)的顏色。圖10B顯示作為多眼兼容系統(tǒng)實(shí)例的四眼系統(tǒng)的單元圖像中列數(shù)分布的實(shí)例。
圖10A和10B是視差排列表的種類。向這些表格提供關(guān)于單元圖像寬度的數(shù)據(jù)導(dǎo)致多眼兼容排列表的足夠信息量。也就是，所有視差分量可以基于表格在整個(gè)顯示表面上排列。如隨后描述的，II視差排列表具有如圖15中所示的不同形式，因?yàn)樗牟煌帕幸?guī)則性。
即使棱鏡片中的柱面透鏡傾斜地延伸，雙眼和多眼兼容顯示模式可以通過對(duì)每一行使用類似于圖10A和10B中所示的方法來實(shí)現(xiàn)。傾斜的棱鏡片需要更復(fù)雜的處理。但是，垂直分辨率的降低使得水平分辨率指定給垂直方向。即使棱鏡片中的柱面透鏡在垂直方向上延伸并且像素以三角陣列排列，雙眼和多眼兼容顯示模式可以通過使用每行的類似方法來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于三角陣列，黑色(或單色)列特別期望地放置在右和左側(cè)視差實(shí)例之間。
上面的方法使得雙眼和多眼數(shù)據(jù)能夠使用II系統(tǒng)顯示在兼容模式中顯示。水平分辨率與II系統(tǒng)的正常模式中相同。但是，II系統(tǒng)顯示可以用作雙眼和多眼系統(tǒng)的向上兼容顯示。
現(xiàn)在，參考圖11A～圖25，將給出使用II系統(tǒng)視差圖像排列的三維圖像顯示的描述。圖11～25中所示的三維圖像的顯示結(jié)合參考圖1～10B描述的顯示裝置和方法來實(shí)現(xiàn)。
關(guān)于II系統(tǒng)或者關(guān)于多眼系統(tǒng)，視距通常是有限的。因此，顯示圖像，也就是視差合成圖像被創(chuàng)建，使得觀察參考視距處的透視投影圖像實(shí)際可見。通常，透視投影圖像通過對(duì)連接像素和隙縫的直線經(jīng)過觀察參考視距平面上的水平線(觀察點(diǎn)高度位置)的每個(gè)交叉點(diǎn)執(zhí)行圖像處理(給予計(jì)算機(jī)圖形學(xué))來創(chuàng)建。在這種情況下，透視投影圖像可以對(duì)每個(gè)像素以及對(duì)連接列而不是像素與隙縫的平面經(jīng)過觀察參考視距平面上的水平線的每個(gè)交叉點(diǎn)(觀察點(diǎn))而創(chuàng)建。
圖11A顯示作為具有光學(xué)孔徑的視差柵欄(光線控制元件)實(shí)例的棱鏡片334的透視圖。圖11B顯示作為具有光學(xué)孔徑的視差柵欄(光線控制元件)實(shí)例的隙縫333的透視圖。
圖12是示意地顯示整個(gè)三維圖像顯示裝置的透視圖。在圖12中所示的三維圖像顯示裝置中，獨(dú)立的擴(kuò)散片301提供在視差柵欄332和顯示二維圖像的顯示模塊331之間。擴(kuò)散片301對(duì)于三維圖像顯示裝置不一定是必需的因此可能省略。此外，如果二維圖像顯示模塊331是液晶顯示單元，擴(kuò)散片301可能由提供在單元中起偏振片表面中的擴(kuò)散層組成。而且，如果視差柵欄332由棱鏡片組成，它的黑色表面可能具有擴(kuò)散特性并且擴(kuò)散光線。
圖13A，13B和13C是使用圖12中所示三維圖像顯示裝置的顯示模塊作為參考，示意地顯示垂直和水平平面中位置關(guān)系的展開。圖13A顯示二維圖像顯示模塊331和視差柵欄332的正視圖。圖13B是顯示單元圖像如何在三維圖像顯示裝置中排列的平面圖。圖13C顯示三維圖像顯示裝置的側(cè)視圖。如圖12和13A～13C中所示，三維圖像顯示裝置包括由液晶顯示元件組成的二維圖像顯示模塊331，和具有光學(xué)孔徑的視差柵欄332。視差柵欄332由棱鏡片334或隙縫333組成，其被成形使得例如光學(xué)孔徑在垂直方向上線性延伸并且在水平方向上周期性地排列，如圖13A和13B中所示。使用三維圖像顯示裝置，在如圖12中所示的水平視角341和垂直視角342的范圍內(nèi)，觀察者可以從他或她眼睛的位置經(jīng)由視差柵欄332觀察二維圖像顯示模塊331前面(更接近觀察者)和后面空間中的三維圖像。
在這種情況下，假設(shè)如果每個(gè)形成正方形的最小單位像素組被計(jì)數(shù)，二維圖像顯示模塊331在水平方向上具有例如1,920個(gè)像素且在垂直方向上具有1,200個(gè)像素。此外，每個(gè)最小單位像素組假設(shè)包含紅(R)，綠(G)和藍(lán)(B)像素(子像素)。
在圖13B中，一旦視差柵欄332與觀察參考視距平面343之間的視距L，視差柵欄間距Ps，以及視差柵欄間隙d被確定，單元圖像的間距Pe由視距平面343上的觀察點(diǎn)與投影在顯示表面上的每個(gè)光學(xué)孔徑(出射光瞳、隙縫或棱鏡)的中心之間的間隔確定。參考數(shù)字346表示連接觀察參考視距L上的觀察點(diǎn)位置與每個(gè)孔徑的中心的直線?？梢暦秶鷮挾萕基于單元圖像在顯示裝置中的顯示表面上彼此不重疊的條件來確定。即使視差柵欄或顯示裝置中介質(zhì)的折射率使得光線被折射，直線346被看作光線，并且P，e和W類似地考慮到折射而確定。當(dāng)然，W可能在d之前確定。
應(yīng)當(dāng)注意，關(guān)于一維II系統(tǒng)，直線346不總是經(jīng)過顯示裝置的顯示表面上每個(gè)像素的中心。相反地，關(guān)于多眼系統(tǒng)，連接觀察點(diǎn)位置和每個(gè)孔徑中心的線經(jīng)過相應(yīng)像素的中心。該線與光線的軌跡一致。如果孔徑的水平間距Ps是像素的水平間距的整數(shù)倍，單元圖像的間距Pe具有分?jǐn)?shù)，其使得間距Pe顯著偏離像素間距Pp的整數(shù)倍。即使孔徑的水平間距不是像素間距Pp的整數(shù)倍，關(guān)于一維II系統(tǒng)，單元圖像的間距Pe具有分?jǐn)?shù)，其使得間距Pp偏離像素間距Pp的整數(shù)倍。相反地，關(guān)于多眼系統(tǒng)，單元圖像的間距Pe是像素間距Pp的整數(shù)倍。
圖14A～14C顯示給定由圖12中所示的顯示裝置提供的一組平行光線，形成一維II系統(tǒng)的視差分量圖像和視差合成圖像的方法。如圖14A中所示待顯示的物體(主體)421投影在投影平面422上與三維顯示裝置的視差柵欄332位于的平面相同的位置。在這種情況下，在正常模式中，物體421在垂直方向上經(jīng)受透視投影(在附圖中簡(jiǎn)稱為pers)而在水平方向上經(jīng)受正射投影(在附圖中簡(jiǎn)稱為ortho)。因此，主體421的圖像424在投影平面424上創(chuàng)建；圖像424已經(jīng)在垂直方向上經(jīng)受透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影。在這種情況下，投影線425在水平方向上不穿過而在垂直方向上穿過投影中心線423；投影中心線423存在于觀察參考視距平面中。此外，如從其投影方法中顯然，投影中心線423沿著且平行于投影平面422而延伸。原則上，投影中心線423在垂直方向上與投影平面422的中心相對(duì)。該投影方法類似于市場(chǎng)上可買到的三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)產(chǎn)生軟件中的光柵化和彩現(xiàn)處理，除了投影方法在垂直方向和水平方向上變化之外。位于投影平面422中心的垂線垂直地穿過投影中心線423。但是，垂線不需要穿過投影中心線423，如果例如作為結(jié)果的三維圖像的投影平面422將被定位使得觀察者可以在作為主體421的地面表面處垂直向下觀看。
一個(gè)方向的圖像(視差分量圖像)426如圖14B中所示分割成與在垂直方向上延伸的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷；圖像426已經(jīng)在垂直方向上透視地且在水平方向上正射地投影在投影平面422上。然后，如圖14C中所示，列以等于光學(xué)孔徑間距(孔徑間距)的間隔(每個(gè)對(duì)應(yīng)于指定列數(shù))獨(dú)立地排列在顯示裝置的顯示表面427(視差合成圖像)上。
上面的投影和圖像分布處理對(duì)于圖14A中所示的其它投影方向428重復(fù)。這完成將在顯示表面427上顯示的整個(gè)圖像(視差合成圖像)。圖14A顯示僅八個(gè)投影方向428，-4，-3，-2，-1，1，2，3，和4。但是，幾十個(gè)方向基于視距而需要。圖15顯示34個(gè)方向的實(shí)例。投影圖像426可能使用僅所需范圍的列來創(chuàng)建。圖15中的表格顯示所需的范圍。圖15中的表格顯示對(duì)應(yīng)于34個(gè)投影方向的從-17～1和+1～+17的視差編號(hào)。在圖16A和16B中，陰影部分指示視差分量圖像-17號(hào)的最小所需投影范圍(隙縫或棱鏡編號(hào)和3D圖像編號(hào))以及視差合成圖像中視差分量圖像的排列范圍(LCD圖像編號(hào)和LCD子像素編號(hào))。方向248不由等角分隔但是被設(shè)置以便在視距平面(投影中心線423)上以相等的間隔定位。也就是，每個(gè)視差分量圖像通過以相等的間距(方向固定)在投影中心線上平行地移動(dòng)照相機(jī)429來攝影。此外，投影平面422的方向和位置固定而不管投影方向。
圖17顯示不是本發(fā)明而是比較實(shí)例的典型多眼顯示裝置的視差排列表的實(shí)例；該多眼顯示裝置與根據(jù)本發(fā)明的裝置具有相同的視差實(shí)例數(shù)并且具有單元圖像間距是像素間距整數(shù)倍的普通配置。如表中所示，視差分量圖像均勻地排列在顯示表面上(整個(gè)視差合成圖像)。這不適用于也如圖4中所示的雙眼和多眼兼容顯示模式的視差圖像排列表。
圖18是示意地顯示圖12～16中所示三維圖像顯示裝置的視差柵欄(在這種情況下，棱鏡片334)的排列的局部放大視圖。如圖18中所示，棱鏡片334位于二維地顯示視差圖像的顯示表面例如液晶板前面；棱鏡片334由每個(gè)具有在垂直方向上延伸的主軸的大量柱面透鏡構(gòu)成并且用作具有光學(xué)孔徑的視差柵欄。光學(xué)孔徑可能傾斜地延伸或者形成類似臺(tái)階。每個(gè)具有3∶1縱橫比的像素32沿著水平和垂直方向以矩陣排列。在相同的像素行和相同的列中，紅、綠和藍(lán)像素交替地排列。像素(典型的液晶顯示裝置中的子像素)的排列通常稱作鑲嵌幕序列。參考數(shù)字43表示作為當(dāng)三維圖像顯示時(shí)用來分布18個(gè)視差分量圖像的單元的有效像素(一個(gè)有效像素43由圖18中的黑色框顯示)。有效像素可能如該實(shí)例中所示為正方形或者具有正方形43兩倍垂直分辨率的矩形(通過將正方形43在垂直方向上分割成兩個(gè)而獲得)以便遵循最小垂直周期(R，G和B的周期)。
圖19顯示包含在圖18中所示有效像素43中的像素排列的實(shí)例。在圖15中，視差編號(hào)-10出現(xiàn)在棱鏡編號(hào)-10之前而視差編號(hào)10出現(xiàn)在棱鏡編號(hào)10之后。因此，圖19，顯示視差編號(hào)-9～9，對(duì)應(yīng)于棱鏡編號(hào)-9～1和1～9。相鄰的視差編號(hào)指定給相鄰的列。像素行的垂直周期設(shè)置為列的水平周期Pp的三倍。每個(gè)像素34具有像素開口或發(fā)光像素部分，其具有指定面積比。像素開口由黑色矩陣35包圍。以這種方法，像素開口和黑色矩陣35構(gòu)成水平方向上的像素周期。因此，放置在顯示表面前面的棱鏡片334具有以像素周期Pp整數(shù)倍的水平周期排列的光學(xué)孔徑。也就是，棱鏡片中的柱面透鏡被排列使得棱鏡的光軸位于與像素周期Pp的整數(shù)倍相對(duì)應(yīng)的位置。如果具有光學(xué)孔徑的視差柵欄332是隙縫而不是棱鏡片，光學(xué)孔徑的中軸位于與像素周期Pp的整數(shù)倍相對(duì)應(yīng)的位置。
關(guān)于整個(gè)顯示屏幕，該整數(shù)倍排列可能導(dǎo)致莫爾條紋或彩色莫爾條紋。為了抑制莫爾條紋，在起偏振片的表面中提供的擴(kuò)散層可能執(zhí)行比由在典型液晶顯示裝置中的起偏振片的表面中提供的擴(kuò)散層執(zhí)行的更有效的擴(kuò)散處理(模糊)以便防止鏡面反射。擴(kuò)散層可能與液晶顯示裝置的起偏振片的表面或與棱鏡片的背面集成或者可能照射獨(dú)立的擴(kuò)散片。
關(guān)于顯示模塊的排列，其中18列6行的像素34如圖18中所示構(gòu)成一個(gè)有效像素43，顯示三維圖像同時(shí)在水平方向上提供18個(gè)視差是可能的。該顯示排列為多眼系統(tǒng)提供18只眼睛。在有效像素43中顯示的單元圖像具有18像素的間距。視差柵欄的水平間距小于18像素。
對(duì)于Ⅱ系統(tǒng)，單元圖像類似地顯示在有效圖像43中。此外，例如，視差柵欄間距Ps等于18像素以便提供一組平行光線。關(guān)于該II系統(tǒng)設(shè)計(jì)，單元圖像邊界以稍微大于18像素(例如18.02)的間隔出現(xiàn)。因此，有效像素的寬度依賴于顯示表面中的位置等于18或19列。也就是，單元圖像間距的平均值大于18像素的寬度Pp。此外，視差柵欄332的水平間距等于18像素。有效像素43具有1∶1的縱橫比并且具有正方形排列。因此，垂直方向可以使用與水平方向上基本上相同的有效分辨率來顯示。
圖20顯示圖18中所示有效像素43中像素排列的一部分的實(shí)例，該部分與圖19中所示的部分不同。在圖15中，視差編號(hào)-10和9僅在棱鏡編號(hào)-10處出現(xiàn)。因此，圖20對(duì)應(yīng)于棱鏡編號(hào)-10。編號(hào)-10～0表示視差，并且相鄰的視差編號(hào)指定給相鄰的列。也就是，圖20顯示有效像素的寬度等于19列的實(shí)例。因此，關(guān)于II系統(tǒng)，一些有效像素(單元圖像)具有等于19列的寬度。因此，單元圖像中視差編號(hào)的范圍從中心朝向屏幕的右或左端而變化。相反地，關(guān)于典型多眼系統(tǒng)顯示，圖19中所示視差編號(hào)的范圍在整個(gè)屏幕上保持。
圖21顯示圖18中所示有效單元43中像素排列的雙眼兼容模式的實(shí)例。這對(duì)應(yīng)于圖10A中的實(shí)例2-10。視差編號(hào)-1和1分別表示右和左眼視差分量。參考字符K表示用于視差分離的黑色圖像。
圖22，像圖21一樣，顯示圖19中所示有效單元43中像素排列的雙眼兼容模式的實(shí)例(對(duì)應(yīng)于圖10A中的實(shí)例2-10)。因此，即使在雙眼兼容模式中，有效像素在相同棱鏡編號(hào)(3D像素編號(hào))處具有等于19列的寬度。
在下面的描述中，假設(shè)如果每個(gè)形成正方形的最小單位像素組被計(jì)數(shù)，二維圖像顯示裝置在水平方向上具有例如1,920個(gè)像素(對(duì)應(yīng)于LCD像素編號(hào)1～1920)而在垂直方向上具有1,200個(gè)像素，如圖15中所示。此外，每個(gè)最小單位像素組假設(shè)包含紅、綠和藍(lán)子像素(RGB)。這些子像素對(duì)應(yīng)于LCD子像素編號(hào)1～5,760，如圖15中所示。
圖23或24示意地顯示三維圖像顯示裝置的顯示模塊的水平橫截面。如圖23或24中所示，隙縫333或棱鏡片334中的柱面透鏡的水平間距Ps(周期)精確地設(shè)置為像素水平間距Pp的整數(shù)倍。也就是，像素邊界假設(shè)由經(jīng)過隙縫333中相鄰光學(xué)孔徑之間的中心的中軸351(垂直于顯示表面)或者經(jīng)過相鄰柱面透鏡之間的邊界的參考軸352(垂直于顯示表面)穿過。整數(shù)個(gè)像素排列在中軸351或參考軸352之間的區(qū)域中。中軸351或參考軸352的水平間距Ps(周期)設(shè)置為指定值。在圖23或24中所示的實(shí)例中，間距Ps等于18個(gè)像素。顯示裝置的顯示表面331與對(duì)應(yīng)于光學(xué)孔徑的視差柵欄333或334的部分之間的間隙d或d’，考慮到顯示裝置的玻璃襯底材料或者提供有隙縫或棱鏡片的玻璃襯底材料的折射率而有效地設(shè)置為大約2mm。如上所述，關(guān)于一維整體成像，視差柵欄的間距Ps(不是作為距離差的結(jié)果而可見的間距Ps而是視差柵欄的實(shí)際間距Ps)是像素間距Pp的整數(shù)倍。相反地，關(guān)于多眼系統(tǒng)，單元圖像間距Pe通常為像素間距Pp的整數(shù)倍。
圖25是如從顯示模塊331前面觀察的，在平行光線II系統(tǒng)的顯示裝置的顯示表面中重新排列圖像的方法的概念繪圖。顯示模塊331的顯示表面分割成與各個(gè)孔徑(視差柵欄的光學(xué)孔徑)相對(duì)應(yīng)的、顯示單元圖像370(由粗框包圍)的像素組。關(guān)于II系統(tǒng)，單元圖像的每個(gè)顯示在由18或19列構(gòu)成的像素組中(它的寬度由Pe表示)。視差可以分配的列的總數(shù)為5,760，因?yàn)槊總€(gè)LCD像素由三個(gè)LCD子像素構(gòu)成。孔徑的數(shù)目為320(在圖25中，由參考數(shù)字364表示的區(qū)域中顯示的孔徑編號(hào)(棱鏡或隙縫編號(hào))的范圍為#-160～#-1和#1～#160)。孔徑間距Ps等于18列的寬度。在圖25中，在每列365中，相應(yīng)視差編號(hào)作為項(xiàng)目顯示在由參考數(shù)字363所示的區(qū)域中(在該實(shí)例中，也如圖15中所示的34個(gè)方向的像素編號(hào)-17～1和1～17的一個(gè))。具有孔徑編號(hào)#1的單元圖像由具有視差編號(hào)-9～1和1～9的18個(gè)視差分量構(gòu)成。具有孔徑編號(hào)#-159的單元圖像由具有視差編號(hào)-17～1和1的18個(gè)視差分量構(gòu)成。每個(gè)單元圖像的寬度稍微大于18列的寬度。因此。當(dāng)相鄰單元圖像之間的邊界與最接近的列邊界對(duì)準(zhǔn)時(shí)(標(biāo)準(zhǔn)A-D轉(zhuǎn)換方法)，每個(gè)孔徑的列數(shù)對(duì)于大多數(shù)孔徑為18，而對(duì)于一些孔徑為19。在與19列相對(duì)應(yīng)的每個(gè)孔徑編號(hào)處，孔徑中視差編號(hào)的范圍偏移一個(gè)。與19列相對(duì)應(yīng)的孔徑編號(hào)是#10，#30，#49，#69，#88，#107，#127，和#146(以及每個(gè)具有負(fù)號(hào)的相同編號(hào))(視距700mm)。
圖15顯示每個(gè)方向上視差分量圖像的排列開始和結(jié)束的孔徑編號(hào)(表格中的隙縫(棱鏡)編號(hào))。該表格也顯示基于當(dāng)相應(yīng)三維圖像顯示時(shí)獲得的水平分辨率的列編號(hào)(3D像素編號(hào))，以及視差合成圖像顯示模塊上的子列編號(hào)(LCD子像素編號(hào))和列編號(hào)(LCD像素編號(hào))。三維圖像通過如上所述分配視差分量圖像來顯示。在圖16中，陰影部分指示視差分量圖像-17號(hào)的最小投影范圍(隙縫或棱鏡編號(hào)和3D像素編號(hào))以及視差合成圖像中的視差分量圖像的排列范圍(LCD像素編號(hào)和LCD子像素編號(hào))。圖16左側(cè)中的視差分量圖像僅使用陰影部分。但是，不特別為II系統(tǒng)顯示裝置提供的公共輸入數(shù)據(jù)可能使用全部范圍而不僅僅陰影部分。這不產(chǎn)生任何問題。該實(shí)例中的陰影部分根據(jù)3D像素編號(hào)或隙縫(棱鏡)編號(hào)對(duì)應(yīng)于14列的范圍(15-2+1或(-146)-(-159)+1)。在圖16右側(cè)中的視差合成圖像中，上面的14列每18列分割地排列在陰影范圍內(nèi)。在這種情況下，列數(shù)和視差實(shí)例數(shù)都是18。因?yàn)橐暡罘至繄D像中的14列以每18列而排列，LCD子像素編號(hào)的范圍對(duì)應(yīng)于235列(245-11+1等于18×(14-1)+1)。LCD像素編號(hào)的范圍對(duì)應(yīng)于79列(82-4+1)，其大約為LCD子像素編號(hào)范圍的三分之一(LCD子像素編號(hào)11和245屬于LCD像素編號(hào)4和82)。圖15顯示對(duì)于全部視差編號(hào)，在圖16中說明性描述的這些列范圍。
不僅在壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中而且在正常顯示模式以及雙眼和多眼兼容模式中，確定單元圖像寬度的觀察參考視距不一定需要與用作透視投影參考的距離(投影中心線與投影平面之間的距離)相同。沒有特殊的問題出現(xiàn)，假定距離具有大約近似值(距離的比值為大約1/2～2)。
如上所述，對(duì)于平行光線II系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的三維顯示裝置可以顯示雙眼和多眼系統(tǒng)等的透視投影圖像以及在前側(cè)和后側(cè)上壓縮并且在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)的三維圖像。
圖26示意地顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案捕獲三維圖像的方法。圖27A和27B顯示用于捕獲三維圖像的方法的處理程序的流程圖，該方法在圖26中顯示。如圖26中所示，主體位置檢測(cè)器431安裝在以相等間隔在水平方向上排列的一行照相機(jī)429的中間位置中。所有照相機(jī)429被調(diào)節(jié)，使得包含主體421a和421b的圖像通過將它投影在投影平面422上來捕獲。在這種情況下，焦點(diǎn)在位置接近投影平面的421b上?；陲@示裝置的構(gòu)造預(yù)先確定的值對(duì)前側(cè)限制的z坐標(biāo)zn，后側(cè)限制的z坐標(biāo)zf，觀察參考視距(標(biāo)準(zhǔn)照相機(jī)距離)L，以及適當(dāng)?shù)恼障鄼C(jī)間隔(標(biāo)準(zhǔn)照相機(jī)間隔)P而輸入。這允許關(guān)于照相機(jī)間隔比適當(dāng)照相機(jī)間隔的比值a，深度壓縮比例因子b，照相機(jī)距離比觀察參考視距的比值q，前側(cè)限制的z坐標(biāo)zn，以及后側(cè)限制的z坐標(biāo)zf的關(guān)系表達(dá)式的導(dǎo)出。
在圖27A中所示的實(shí)例中，檢測(cè)器431檢測(cè)到主體421a最接近照相機(jī)429的一部分的位置的距離。檢測(cè)器431也使用自動(dòng)聚焦功能和手工聚焦功能來檢測(cè)到照相機(jī)將聚焦于其上的主體421b的距離。此外，攝影平面(投影平面)大小信息(攝影平面大小比顯示表面大小的比值)基于使用縮放功能檢測(cè)的視角而獲得。基于這些數(shù)據(jù)，壓縮比b被確定(步驟S30，S31，和S32)。照相機(jī)距離比q也被確定(步驟S30和S33)。隨后，最佳照相機(jī)429間隔比a從關(guān)于照相機(jī)間隔比a，比例因子b，照相機(jī)距離比q，前側(cè)限制的z坐標(biāo)zn，和后側(cè)限制的z坐標(biāo)zf的關(guān)系表達(dá)式中確定(步驟S34和S35)。最佳照相機(jī)429間隔比a被顯示，或者攝影者被警告照相機(jī)429間隔不滿足條件(步驟S36和S37)。照相機(jī)可能具有將照相機(jī)429間隔自動(dòng)調(diào)節(jié)到最佳值的功能。照相機(jī)429間隔可能機(jī)械地改變或使用光學(xué)系統(tǒng)或電路處理等價(jià)地改變。作為選擇，可能選擇接近地安裝在對(duì)應(yīng)于最佳間隔的直線上的大量照相機(jī)429中的一個(gè)。在圖27B中所示的實(shí)例中，檢測(cè)器431使用自動(dòng)聚焦功能或手工聚焦功能來檢測(cè)到照相機(jī)將聚焦于其上的主體421b的距離。此外，攝影平面(投影平面)大小信息(攝影平面大小比顯示表面大小的比值)基于使用縮放功能檢測(cè)的視角來獲得。基于這些數(shù)據(jù)，照相機(jī)距離比q也被確定(S40和S41)。隨后，基于例如手工預(yù)先設(shè)置(步驟S42和S43)的照相機(jī)429間隔比a和壓縮比b，裝置確定到由檢測(cè)器431檢測(cè)(步驟S44)的最近主體421a的距離是否超過前側(cè)或后側(cè)限制范圍zn或zf(步驟S46)。如果距離超過前側(cè)或后側(cè)限制范圍zn或zf，警告給出或者最佳照相機(jī)429間隔a被顯示(步驟S47和S48)。
上面捕獲三維圖像的方法抑制因過度接近等而產(chǎn)生的圖像的模糊或變形。該方法也使得圖像能夠以適合于根據(jù)本發(fā)明顯示三維圖像的裝置和方法的方式來捕獲。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方案。在實(shí)現(xiàn)中，實(shí)施方案的任何部分可以改變而不背離本發(fā)明的本質(zhì)。
此外，各種發(fā)明可以通過適當(dāng)?shù)亟M合在上面實(shí)施方案中公開的多個(gè)部分來形成。例如，實(shí)施方案中所示的任何部分可以刪除。而且，上面實(shí)施方案的部分可能與根據(jù)不同實(shí)施方案的部分相結(jié)合。
另外的優(yōu)點(diǎn)和修改將容易由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到。因此，本發(fā)明在其更廣泛的方面并不局限于這里顯示并描述的具體細(xì)節(jié)和代表實(shí)施方案。因此，可以不背離由附加的權(quán)利要求及其等價(jià)物所定義的一般發(fā)明概念的本質(zhì)或范圍而做各種修改。
權(quán)利要求
1.一種三維圖像顯示裝置，包括顯示模塊，包括具有垂直方向和水平方向的顯示表面，其中每個(gè)具有預(yù)先確定寬度的像素以行和列排列；視差柵欄，安裝在顯示模塊的前面并且具有每個(gè)基本上線性地延伸且以等于像素預(yù)先確定寬度整數(shù)倍的水平間距排列的光學(xué)孔徑，光學(xué)孔徑如此控制來自像素的光線以便在顯示表面上定義每個(gè)具有依賴于觀察參考視距確定的寬度的單元圖像；第一處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與正常顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像；以及第二處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像，其中主體圖像在深度方向上壓縮并且在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的三維顯示裝置，還包括第三處理部分，其配置以將視差分量圖像分割成與多眼兼容模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給多個(gè)相鄰列作為相同視差信息并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有多個(gè)觀察點(diǎn)的三維圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的三維顯示裝置，還包括配置以選擇第一和第三處理部分中一個(gè)的選擇部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的三維顯示裝置，還包括配置以選擇第一，第二和第三處理部分中一個(gè)的選擇部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的三維顯示裝置，其中當(dāng)通過實(shí)際攝影主體而獲得的圖像顯示時(shí)選擇部分選擇第一和第三處理部分中的一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的三維顯示裝置，其中第三處理部分被配置以通過使用高壓縮比在深度方向上壓縮主體圖像來顯示二維圖像而不是三維圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的三維顯示裝置，其中第三處理部分被配置以在視差分量圖像之間的列中顯示黑色或預(yù)先確定的顏色。
8.一種在三維圖像顯示裝置上顯示三維圖像的方法，該三維圖像顯示裝置包括顯示模塊，包括具有垂直方向和水平方向的顯示表面，其中每個(gè)具有預(yù)先確定寬度的像素以行和列排列；視差柵欄，安裝在顯示模塊的前面并且具有每個(gè)基本上線性地延伸且以等于像素預(yù)先確定寬度整數(shù)倍的水平間距排列的光學(xué)孔徑，光學(xué)孔徑控制來自像素的光線，并且在顯示表面上定義每個(gè)具有依賴于觀察參考視距確定的寬度的單元圖像；以及第一處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與正常顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像；顯示三維圖像的所述方法包括將視差分量圖像分割成與各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，將每列分配給單元圖像的相應(yīng)預(yù)先確定范圍，并且在顯示模塊上顯示列以顯示具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像，其中主體圖像使用壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式在深度方向上壓縮并且在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)，其中基于攝影參考條件，即每個(gè)視差分量的透視投影攝影的水平間隔依賴于像素經(jīng)由視距處視差柵欄投影的位置的水平間隔而確定，廣角投影處理通過將攝影位置和投影平面之間的距離設(shè)置為基于參考條件的視距的q倍長并且將每個(gè)視差分量的透視投影攝影的水平間隔設(shè)置為參考條件的至多b/q來執(zhí)行，以便在深度方向上以因子b壓縮主體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的顯示三維圖像的方法，其中正常顯示模式以及壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式通過連續(xù)地改變垂直方向上的透視投影中心距離來連續(xù)地轉(zhuǎn)換。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的顯示三維圖像的方法，其中正常顯示模式以及壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式被轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換通過減小透視投影攝影的間隔同時(shí)減小景深來連續(xù)地執(zhí)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的顯示三維圖像的方法，其中正常顯示模式以及壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式通過檢測(cè)主體的位置而自動(dòng)地轉(zhuǎn)換。
12.一種在三維圖像顯示裝置上顯示三維圖像的方法，該三維圖像顯示裝置包括顯示模塊，包括具有垂直方向和水平方向的顯示表面，其中每個(gè)具有預(yù)先確定寬度的像素以行和列排列；視差柵欄，安裝在顯示模塊的前面并且具有每個(gè)基本上線性地延伸且以等于像素預(yù)先確定寬度整數(shù)倍的水平間距排列的光學(xué)孔徑，光學(xué)孔徑控制來自像素的光線，并且在顯示表面上定義每個(gè)具有依賴于觀察參考視距確定的寬度的單元圖像；以及第一處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與正常顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像；顯示三維圖像的所述方法包括將視差分量圖像分割成與各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，將每列分配給單元圖像的相應(yīng)預(yù)先確定范圍，并且在三維圖像顯示裝置的顯示模塊上顯示列以顯示具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像，其中主體圖像使用壓縮和強(qiáng)調(diào)顯示模式在深度方向上壓縮并且在垂直和水平方向上強(qiáng)調(diào)，其中基于攝影參考條件，即每個(gè)視差分量的透視投影攝影的水平間隔依賴于像素經(jīng)由視距處視差柵欄投影的位置的水平間隔而確定，廣角投影處理通過將攝影位置和主體的注視點(diǎn)之間的距離設(shè)置為基于參考條件的視距的q倍長并且將每個(gè)視差分量的透視投影攝影的水平間隔設(shè)置為參考條件的至多b/q來執(zhí)行，以便在深度方向上以因子b壓縮主體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的顯示三維圖像的方法，其中透視投影攝影的水平間隔通過檢測(cè)從照相機(jī)到主體最接近照相機(jī)的部分的距離以及透視投影攝影的照相機(jī)焦距來自動(dòng)地控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的顯示三維圖像的方法，其中通過檢測(cè)從照相機(jī)到主體最接近照相機(jī)的部分的距離以及透視投影攝影的照相機(jī)焦距，透視投影攝影的適當(dāng)水平間隔范圍被顯示，或者攝影者被警告水平間隔超過適當(dāng)?shù)姆秶?br> 15.一種三維圖像顯示裝置，包括顯示模塊，包括具有垂直方向和水平方向的顯示表面，其中每個(gè)具有預(yù)先確定寬度的像素以行和列排列；視差柵欄，安裝在顯示模塊的前面并且具有每個(gè)基本上線性地延伸且以等于像素預(yù)先確定寬度整數(shù)倍的水平間距排列的光學(xué)孔徑，光學(xué)孔徑控制來自像素的光線，并且在顯示表面上定義每個(gè)具有依賴于觀察參考視距確定的寬度的單元圖像；第一處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與正常顯示模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影和在水平方向上經(jīng)受正射投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給一列并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有連續(xù)觀察點(diǎn)的三維圖像；以及第二處理部分，配置以將視差分量圖像分割成與多眼兼容模式中的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，該視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上經(jīng)受基本上由視距確定的透視投影來獲得，單元圖像的每個(gè)預(yù)先確定范圍分配給多個(gè)相鄰列作為相同視差信息并且顯示在顯示模塊上以產(chǎn)生具有多個(gè)觀察點(diǎn)的三維圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的三維顯示裝置，還包括配置以選擇第一和第二處理部分中一個(gè)的選擇部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的三維顯示裝置，其中第二處理部分在視差分量圖像之間的列中顯示黑色或預(yù)先確定的顏色。
全文摘要
在一種顯示裝置中，視差柵欄安裝在顯示模塊前面，其中光學(xué)孔徑以等于模塊中每個(gè)像素寬度的整數(shù)倍的水平間距排列。在顯示表面上，各個(gè)單元圖像被定義，每個(gè)單元具有由觀察參考視距確定的寬度。在正常圖像顯示模式中，視差分量圖像分割成與視差合成圖像的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷；視差分量圖像通過使得主體在垂直方向上經(jīng)受與視距相對(duì)應(yīng)的透視投影并且在水平方向上經(jīng)受正射投影來獲得。在多眼兼容顯示模式中，視差分量圖像分割成與視差合成圖像的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的片斷，使得相同的片斷提供給視差合成圖像的多個(gè)相鄰列；視差分量圖像通過使得主體在垂直和水平方向上都經(jīng)受透視投影來獲得。
文檔編號(hào)H04N13/04GK1700776SQ200510072788
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
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