專(zhuān)利名稱(chēng)：高清立體顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)立體顯示器，更具體地講，涉及一種高清晰的自動(dòng)立體顯示器，所述自動(dòng)立體顯示器可用于立體電視、3D游戲機(jī)、3D視頻廣告等。
背景技術(shù)：
立體顯示器具有信息量大、能將實(shí)際場(chǎng)景的三維信息全部再現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)，使觀看者可以從顯示器上直接看出圖像中各物體的遠(yuǎn)近、縱深，因此觀看者能獲得更加全面而直觀的信息。傳統(tǒng)的立體顯示器需要觀看者佩帶偏振眼鏡、互補(bǔ)色眼鏡或者液晶開(kāi)關(guān)眼鏡之類(lèi)輔助工具，盡管具有很好的立體效果，但在許多場(chǎng)合并不適用。近幾年以來(lái)，不使用眼鏡的自動(dòng)立體技術(shù)被積極地研究，其代表是光柵立體顯示技術(shù)，它由2D平面矩陣顯示器上加裝光柵而成，分為光柵前置式和光柵后置式，即光柵可位于背光源與矩陣顯示板之間或矩陣顯示板面向觀眾的那面，光柵可為柱鏡光柵或狹縫光柵。光柵自動(dòng)立體顯示又分為雙眼視差式和多視點(diǎn)立體顯示，其中多視點(diǎn)立體顯示具有良好的觀看自由度和舒適度，適合多人同時(shí)觀看，成為發(fā)展及應(yīng)用的重點(diǎn)。在多視點(diǎn)立體顯示中，為了提高橫向分辨率，并避免色彩混疊現(xiàn)象，立體像素采取了如圖ι所示的兩種排列方式，R、G、B子像素從右上向左下組合一個(gè)完整像素。多視點(diǎn)立體顯示的圖像分辨率較低，特別是縱向清晰度降低到2D圖像的1/3，因此不適合顯示精細(xì)的圖像和文字，為無(wú)損失地顯示高精度的2D圖像和文字，相關(guān)技術(shù)人員開(kāi)發(fā)出了可2D/3D 轉(zhuǎn)換的光柵，當(dāng)播放立體節(jié)目時(shí)，光柵處于3D狀態(tài)，播放平面節(jié)目時(shí)，光柵處于2D狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種立體顯示器的結(jié)構(gòu)和原理，目的在于提供一種可以以較高的清晰度顯示立體圖像的自由立體顯示器，不用轉(zhuǎn)換到2D顯示方式，也可直接播放高清的 2D/3D節(jié)目。立體顯示器由立體圖像播放器、高刷新率的LCD和斜紋光柵構(gòu)成。立體圖像播放器可完成視頻圖像的解壓縮，立體合成，分解奇偶場(chǎng)圖像，全高清倍頻播放等功能；斜紋光柵可以是柱鏡光柵，也可以是狹縫光柵，能自由顯示立體圖像和視頻；在斜紋光柵與IXD之間，或者LCD與背光源之間配置一個(gè)奇偶場(chǎng)切換層。每幀立體圖像像素寬度與LCD相同，像素高度是LCD的兩倍，將立體圖像的奇數(shù)行像素組合成奇場(chǎng)圖像，偶數(shù)行像素組合成偶場(chǎng)圖像，奇場(chǎng)圖像和偶場(chǎng)圖像在倍頻掃描的LCD屏上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交替顯示，可以將立體圖像的縱向清晰度提高一倍。


為了敘述的方便，在技術(shù)方案之前先對(duì)附圖加以說(shuō)明。圖1是現(xiàn)有技術(shù)立體顯示屏像素結(jié)構(gòu)示意圖。每個(gè)全像素由RGB三個(gè)子像素左右排列構(gòu)成，是正方形像素，將一個(gè)全像素拆分成3個(gè)子像素使用，從右上到左下重新組合成新的RGB立體像素，現(xiàn)有技術(shù)組合成立體像素的方式有兩種，其中立體像素(7)的構(gòu)成方式為RBG GRB BGR RBG GRB BGR......RBG GRB BGR與水平方向構(gòu)成的角度為77. 47°，與77. 47°的斜紋光柵配合，具有較好的立體顯示效果，可以消除顏色混疊現(xiàn)象。立體像素(8)的構(gòu)成方式為RBGRBGRBGRBGRBGRBG......RBG RBG RBG與水平方向構(gòu)成的角度為71. 57°，與71. 57°的斜紋光柵配合，具有較好的立體顯示效果，可以消除顏色混疊現(xiàn)象。還存在兩種從左上到右下的對(duì)稱(chēng)立體像素結(jié)構(gòu)，與上述兩種完全等效，不再單獨(dú)說(shuō)明。現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于，縱向像素的分辨率只有原來(lái)的 1/3，1080P全高清屏的立體顯示清晰度只有360P。圖2是立體顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖，由斜紋光柵⑴、奇偶場(chǎng)切換層(2)、IXD(3)、背光源(4)和同步電路( 構(gòu)成。斜紋光柵(1)由柱鏡光柵膜或者狹縫光柵膜與玻璃粘合而成，平行安裝在IXD顯示屏(3)之外，光柵的柵距、傾斜角度、與屏幕的間距必須與IXD(3) 的立體像素排列相匹配。奇偶場(chǎng)切換層(2)如圖2A所示安裝在斜紋光柵(1)與LCD(3)之間，也可以如圖2B所示安裝在LCD(3)和背光源(4)之間。同步電路(5)協(xié)調(diào)奇偶場(chǎng)切換層(2)與IXD(3)圖像顯示的時(shí)序。圖2C是立體顯示屏的前視圖，由于IXDC3)具有一定厚度，奇偶場(chǎng)切換層(2)與LCD(3)之間存在間距，在非正對(duì)屏幕時(shí)奇偶場(chǎng)切換層O)的透光條與LCD的半像素間產(chǎn)生一定對(duì)應(yīng)偏差，但這對(duì)最終顯示效果影響并不大。圖3是IXD像素結(jié)構(gòu)示意圖。一個(gè)完整的像素由三個(gè)左右排列的RGB子像素(6) 構(gòu)成，呈正方形。IXD具有較高的刷新頻率，可達(dá)到120 200Hz，能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)顯示全高清視頻和圖像。圖4A、圖4B是奇偶場(chǎng)切換層兩種透光狀態(tài)示意圖，是一組橫向狹縫，狹縫柵距與 LCD的點(diǎn)距相同，透光縫隙寬度是點(diǎn)距的1/2，在每場(chǎng)圖像顯示之前，奇偶場(chǎng)切換層的遮光條(1 與透光條(11)進(jìn)行切換，即遮光條變成透光條，透光條變成遮光條。圖5是奇偶場(chǎng)切換層(2)與IXD(3)像素組合示意圖，由黑場(chǎng)(14)和像素行(13) 組成，圖5A相當(dāng)于隔行掃描的奇場(chǎng)圖像，圖5B相當(dāng)于偶場(chǎng)圖像。圖6是完整幀圖像像素結(jié)構(gòu)示意圖，由倍頻刷新的奇場(chǎng)和偶場(chǎng)圖像合并而成， IXD(3)的縱向清晰度提高了 1倍，達(dá)到2160i，子像素(6)的高度縮小了一半。立體圖像由子像素按方式(9)和方式(10)排列而成，縱向清晰度為720i，每一幀視頻的奇偶場(chǎng)都是同一幅3D圖像拆分出來(lái)的，中間沒(méi)有運(yùn)動(dòng)視差，因此具有與720p相同的清晰度，比原來(lái)360P 提高了一倍。立體像素(9)中，斜紋光柵的柵線與水平方向的夾角為66. 04°或113.96°， 在斜紋方向上，子像素的組合方式由上到下為R B G GRB BG R RBG GRB BGR…… RBG GRB B G R0立體像素(10)中，斜紋光柵的柵線與水平方向的夾角為56. 31°或
123.69°，在斜紋方向上，子像素的組合方式為R BG RBG RBG RBG RBG RBG......
RBG RBG R B G0立體圖像的顯示需解決視差圖像的子像素如何合理地排列到顯示屏的像素矩陣上，因此子像素的排列方法是立體顯示重要的依據(jù)。圖7是奇偶場(chǎng)切換層(2)結(jié)構(gòu)示意圖，奇偶場(chǎng)切換層是由液晶開(kāi)關(guān)構(gòu)成的，液晶開(kāi)關(guān)由偏光板(1 、玻璃(16)、條狀電極(17)、液晶層(1 、公共電極(19)構(gòu)成，電極電壓在同步電路(5)的控制下，遮光條與透光條可相互切換。液晶開(kāi)關(guān)與LCD(3)的鄰近的兩塊偏
4光板的偏極化方向相同，因此可以去除液晶開(kāi)關(guān)上的這塊偏光板(15)。圖8A是6鏡頭分屏圖像示意圖，由6個(gè)圖像塊00)拼接而成。圖像塊Q0)由視差圖像的奇數(shù)行或者偶數(shù)行像素構(gòu)成，圖像塊OO)中相同坐標(biāo)的像素點(diǎn)在分屏圖像中處于不同的位置。圖8B是立體圖像合成規(guī)則示意圖，完整的立體像素02)近似于有一定傾角的樓梯形狀，其中每個(gè)子像素都是分屏圖像的圖像塊OO)中對(duì)應(yīng)位置的子像素構(gòu)成的。下面說(shuō)明立體顯示器的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。首先，出于對(duì)立體視頻文件傳輸和存儲(chǔ)的方便性考慮，立體視頻用分屏格式存儲(chǔ)比較合理。所為分屏格式，就是將視差序列圖像按圖像塊拼接成一個(gè)完整的大圖，稱(chēng)為分屏圖像，分屏圖像一般為全高清1920*1080大小，典型的拼接方式為“田”格或九宮格，將分屏圖像編輯成全高清視頻，便于壓縮和保存。播放立體圖像之前，先將視頻解壓成序列分屏圖像，再將分屏圖像按斜紋光柵的分光規(guī)則重新組合成立體圖像，實(shí)時(shí)播放出來(lái)。本發(fā)明的原意是將合成的每幀立體圖像分解成奇偶場(chǎng)圖像播放，但會(huì)帶來(lái)這樣的問(wèn)題如果想保持最佳的清晰度，沒(méi)有像素?fù)p失或像素插值，分屏圖像和立體圖像的大小均為192(^2160，支持這種清晰度的視頻播放器幾乎沒(méi)有。所以我們先將視差序列圖分解成奇場(chǎng)圖像和偶場(chǎng)圖
像，分別組合成奇場(chǎng)分屏圖像和偶場(chǎng)分屏圖像，按“奇偶奇偶奇偶......奇偶”的順序編輯
成視頻文件，每場(chǎng)分屏圖像的大小為1920*1080 ；視頻播放的全過(guò)程包括視頻解壓、合成立體圖像、倍頻點(diǎn)對(duì)點(diǎn)播放。在同步電路的控制下，奇偶場(chǎng)切換層與LCD的操作時(shí)序?yàn)?，奇偶?chǎng)切換層切換到奇場(chǎng)透光狀態(tài)，LCD顯示奇場(chǎng)圖像，奇偶場(chǎng)切換層切換到偶場(chǎng)透光狀態(tài)，LCD 顯示偶場(chǎng)圖像，交替進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，自由立體顯示器采用4 9鏡頭的視差序列圖像源都是合適的，作為廣告應(yīng)用，大眾的觀看自由度和舒適度是要考慮的重點(diǎn)，鏡頭數(shù)可定為6 9，其中7鏡頭視差圖在拼合分屏圖像時(shí)并不是一個(gè)合適的選擇，可去除，因此理想的鏡頭數(shù)為6、8、9，如果單純追求高分辨率，4鏡頭比較合適，清晰度可達(dá)1440*720。我們以6鏡頭立體圖像為例來(lái)說(shuō)明分屏圖像的結(jié)構(gòu)、立體圖像的清晰度、斜紋光柵的傾斜角度和柵距，以及立體圖像的合成規(guī)則。全高清IXD的清晰度為1920*1080,6鏡頭立體圖像的清晰度為 (1920*3/6)*(108(^2/3)，即960*720，圖像寬高比為16 9，顯然，立體圖像橫縱向分辨率是不相等的，縱向具有更高的清晰度。攝取6鏡頭視差圖像源時(shí)，寬高比按16 9進(jìn)行裁切，然后非等比縮放成960*720像素，再分解成奇場(chǎng)圖像和偶場(chǎng)圖像，像素尺寸變成 960*360，按2*3塊拼接成1920*1080的奇場(chǎng)分屏圖像和偶場(chǎng)分屏圖像，進(jìn)一步編輯成3D視頻文件。IXD屏像素的點(diǎn)距為d，斜紋光柵的傾斜角度χ = 56. 31°，柵距(d/3*6sinX)= 1. 664d*c，其中c為修正系數(shù)，與光柵材料折射率、光柵到顯示屏之間的距離以及觀看距離均有關(guān)系，其值在0. 995 0. 999之間，需要依靠試驗(yàn)修正，最多三次試驗(yàn)就能獲得精確的結(jié)果。將分屏圖像合成為立體圖像是根據(jù)映射表格完成的。分屏圖像合成立體圖像的過(guò)程，是將分屏圖像上每個(gè)子像素的值，按配置光柵的分光規(guī)則填充到立體圖像中，像素值不變，僅僅是子像素的位置發(fā)生變化。為了實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，可以在二者之間建立起子像素位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，映射表格是一個(gè)(1920*3,1080)的二維數(shù)組，數(shù)組元素(i，j)的值就是分屏圖像中位置(i，j)的子像素在立體圖像的新位置。映射表格與分屏方式、視差圖像鏡頭數(shù)、光柵斜率有關(guān)，6鏡頭立體圖像配置56. 31°斜紋光柵的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖8所示，6幅 960*360的視差圖像，按2*3塊拼接成1920*1080的分屏圖像，所有視差圖像相同位置的一個(gè)點(diǎn)，分別位于分屏圖像中6個(gè)不同位置，按圖8所示規(guī)則合成立體圖像中一個(gè)完整的立體像素。本發(fā)明公開(kāi)的高清晰自動(dòng)立體顯示器，具有觀看自由度好，清晰度高的優(yōu)點(diǎn)，與先前斜紋光柵立體顯示器相比，清晰度提高了一倍以上，不用作2D/3D轉(zhuǎn)換直接顯示高清晰平面圖像和文字。
具體實(shí)施例方式用47英寸120Hz的全高清IXD組建一臺(tái)6視點(diǎn)高清立體顯示器。準(zhǔn)備一臺(tái)47英寸的LCD屏，刷新頻率120Hz，像素點(diǎn)距為0. 5415mm0斜紋光柵(1) 由柱鏡光柵膜與光學(xué)玻璃粘合而成，平行安裝在LCDC3)之外，斜紋光柵的柵距0. 8992mm, 與水平方向的傾斜角度為56. 31°，柱面朝內(nèi)與IXDC3)保持合適的間距，使立體圖像處于柱鏡光柵的聚焦面上。在斜紋光柵與LCD之間配置一個(gè)由液晶開(kāi)關(guān)構(gòu)成的奇偶場(chǎng)切換層 O)，其橫向狹縫的柵距為0. M15mm，透光縫隙寬度0. 2707mm。將6鏡頭視差序列圖像源每一幅均按16 9的寬高比進(jìn)行裁切，然后非等比縮放成960*720像素，再分解成奇場(chǎng)圖像和偶場(chǎng)圖像，像素尺寸變成960*360，按2*3塊拼接成1920*1080的奇場(chǎng)分屏圖像和偶場(chǎng)分屏圖像，進(jìn)一步編輯成3D視頻文件。立體圖像播放器將3D視頻文件解壓縮，實(shí)時(shí)按映射表格將分屏圖像轉(zhuǎn)換成全高清的奇場(chǎng)立體圖像和偶場(chǎng)立體圖像，在倍頻播放的LCD屏上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交替顯示，將立體圖像的縱向清晰度從360P提高到了 720P。盡管已參照實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可在其中進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。例如顯示屏采用是高刷新率的全高清的等離子屏而非LCD，或者立體圖像是由豎幅的視差序列圖合成的，在播放時(shí)，將整個(gè)立體顯示器轉(zhuǎn)置90°，豎幅播放立體畫(huà)面?；蛘呃猛瑯拥乃悸?，用多倍頻LCD與多場(chǎng)切換層組合，可進(jìn)一步提高3D視頻的清晰度，在3倍頻的豎屏LCD上，用豎直放置的柱鏡光柵，可實(shí)現(xiàn)全高清的3視點(diǎn)立體視頻。
權(quán)利要求
1.一種立體顯示器，由立體圖像播放器、LCD和斜紋光柵構(gòu)成，立體圖像播放器可完成視頻圖像的解壓縮，立體合成，全高清實(shí)時(shí)顯示等功能，斜紋光柵可以是柱鏡光柵，也可以是狹縫光柵，能自由顯示立體圖像和視頻，其特征在于，在斜紋光柵與IXD之間，或者IXD與背光源之間配置一個(gè)奇偶場(chǎng)切換層，每幀立體圖像像素寬度與LCD相同，像素高度是LCD的兩倍，將立體圖像的奇數(shù)行像素組合成奇場(chǎng)圖像，偶數(shù)行像素組合成偶場(chǎng)圖像，奇場(chǎng)圖像和偶場(chǎng)圖像在倍頻掃描的LCD屏上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交替顯示，奇偶場(chǎng)切換層是一組橫向狹縫，狹縫柵距與LCD的點(diǎn)距相同，透光縫隙寬度是點(diǎn)距的1/2，在每場(chǎng)圖像顯示之前，奇偶場(chǎng)切換層的遮光條與透光條進(jìn)行切換，即遮光條變成透光條，透光條變成遮光條。
2.如權(quán)利要求1所述的立體顯示器，其特征還在于，斜紋光柵的柵線與水平方向的夾角為66. 04°或113. 96°，在斜紋方向上，立體像素(9)子像素的組合方式由上到下為G GRB BGR RBG GRB BGR......RBG GRB B G R0
3.如權(quán)利要求1所述的立體顯示器，其特征還在于，斜紋光柵的柵線與水平方向的夾角為56. 31°或123. 69°，在斜紋方向上，立體像素(10)的組合方式為RBGRB GR BG RBG RBG RBG......RBG RBG R B G0
4.如權(quán)利要求1所述的立體顯示器，其特征還在于，奇偶場(chǎng)切換層是由液晶開(kāi)關(guān)構(gòu)成的，液晶開(kāi)關(guān)由偏光板、液晶層、條狀電極構(gòu)成，在同步電路的作用下，遮光條與透光條可相互切換。
5.如權(quán)利要求1所述的立體顯示器，其特征還在于，立體視頻的編輯過(guò)程為，先將視差序列圖分解成奇場(chǎng)圖像和偶場(chǎng)圖像，分別組合成奇場(chǎng)分屏圖像和偶場(chǎng)分屏圖像，按“奇偶奇偶奇偶......奇偶”的順序編輯成視頻文件，每場(chǎng)分屏圖像的大小為1920*1080，視頻播放的過(guò)程包括視頻解壓、按映射表格將分屏圖像轉(zhuǎn)換成立體圖像、倍頻點(diǎn)對(duì)點(diǎn)播放。
6.如權(quán)利要求3所述的立體顯示器，其特征還在于，立體圖像是由豎幅的視差序列圖合成的，在播放時(shí)，將整個(gè)立體顯示器轉(zhuǎn)置90 °，豎幅播放立體畫(huà)面。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高清自動(dòng)立體顯示器，該立體顯示器由立體圖像播放器、高刷新率的LCD和斜紋光柵構(gòu)成。在斜紋光柵與LCD之間配置一個(gè)奇偶場(chǎng)切換層，將立體圖像的奇數(shù)行像素組合成奇場(chǎng)圖像，偶數(shù)行像素組合成偶場(chǎng)圖像，奇場(chǎng)圖像和偶場(chǎng)圖像在倍頻掃描的LCD屏上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交替顯示，可以將立體圖像的縱向清晰度提高一倍，除了顯示立體圖像外，不需作2D/3D轉(zhuǎn)換直接顯示高清晰平面圖像和文字。
文檔編號(hào)G02F1/133GK102547310SQ20101058741
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者薄淑英 申請(qǐng)人:薄淑英