一種時(shí)空混合控制的裸眼立體顯示系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自由立體顯示技術(shù)(裸眼立體顯示)的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種時(shí)空混合控制的裸眼立體顯示系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，立體(3D)顯示作為顯示發(fā)展的重要方向，將成為顯示的下一代平臺(tái)性技術(shù)。業(yè)界普遍認(rèn)為依靠無需輔助設(shè)備(3D眼鏡或頭盔)即可欣賞到3D影像的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，裸眼3D顯示將成為3D顯示的最終發(fā)展方向。但現(xiàn)時(shí)的主流裸眼3D顯示技術(shù)在畫面清晰度、圖像串?dāng)_率、拓展視區(qū)、制造對(duì)位精度控制等方面仍需提高。其中，3D狀態(tài)下分辨率明顯下降以及系統(tǒng)串?dāng)_率高已成為制約裸眼3D顯示發(fā)展的主要瓶頸。
[0003]目前，在眼鏡式3D中快門式立體使用時(shí)分式技術(shù)，能保證設(shè)備在2D和3D兩種顯示狀態(tài)下都實(shí)現(xiàn)全分辨率的顯示效果，在國外已有研宄機(jī)構(gòu)和院校將這一技術(shù)引入裸眼3D顯示中，使得3D狀態(tài)分辨率得以保全，其原理如圖1所示。所顯示的立體圖像對(duì)所包含的左眼子圖與右眼子圖將被分為奇、偶列兩張二級(jí)子圖像。當(dāng)系統(tǒng)處于A狀態(tài)(即圖1 (a))時(shí)，液晶面板顯示左眼奇數(shù)列子圖像和右眼偶數(shù)列子圖像，而承載這兩張子圖像的背光光線會(huì)被液晶制作的視障光闌分別定向傳播到空間上兩個(gè)視區(qū)。如果雙眼恰好在視區(qū)時(shí)，就可以看到裸眼立體圖像。當(dāng)系統(tǒng)處于B狀態(tài)(即圖1(b))時(shí)，液晶面板顯示左眼偶數(shù)列子圖像和右眼奇數(shù)列子圖像。同時(shí)，視障光闌相應(yīng)地將阻隔和通光的位置對(duì)換，使得承載左、右眼圖像的背光光線能正確送到雙眼。由于A、B兩種狀態(tài)的切換速度足夠快，即高于120Hz時(shí)，人覺得同時(shí)看到左右眼圖像，并在大腦中形成立體感，其時(shí)序圖如圖2所示。該種方法雖然可以控制實(shí)現(xiàn)全分辨率的顯示，但是因?yàn)椴捎脮r(shí)分式的工作方式會(huì)引入時(shí)間域串?dāng)_(即imagecrosstalk)。而另一方面，在系統(tǒng)串?dāng)_率抑制方面的研宄，卻進(jìn)展不大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種時(shí)空混合控制的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其在保持3D狀態(tài)全分辨率顯示的同時(shí)，能大幅度抑制系統(tǒng)串?dāng)_產(chǎn)生。不僅在空間上將立體子圖像對(duì)進(jìn)行分離準(zhǔn)確地輸送到各個(gè)視區(qū)，還通過對(duì)背光模組的時(shí)間平衡式驅(qū)動(dòng)減少時(shí)間域的串?dāng)_，實(shí)現(xiàn)亮度適中、串?dāng)_低、全分辨率、立體效果強(qiáng)、成本低的自由立體顯示；進(jìn)一步的，提供此系統(tǒng)的控制方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種時(shí)空混合控制的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其中，包括背光模組、液晶LCD面板、光學(xué)膜層，還包括處理與決策模組、與處理與決策模組連接的背光驅(qū)動(dòng)電路、LCD驅(qū)動(dòng)電路，背光驅(qū)動(dòng)電路與背光模組連接并控制背光模組的開啟與熄滅，LCD驅(qū)動(dòng)電路與液晶LCD面板連接并控制液晶LCD面板的圖像刷新；處理與決策模組用于接收立體圖像信號(hào)并分別對(duì)背光驅(qū)動(dòng)電路、LCD驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生背光控制信號(hào)和LCD刷新信號(hào)。
[0006]其中，光學(xué)膜層可處于液晶面板的前方或者后方，最好是貼在液晶LCD面板上。
[0007]本發(fā)明中，通過處理與決策模組實(shí)現(xiàn)對(duì)立體圖像信號(hào)的接收，并對(duì)背光模組子單元和液晶LCD面板的刷新行為進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)行為滿足時(shí)間平衡式背光驅(qū)動(dòng)的關(guān)系。觀眾只要透過光學(xué)膜層在合適的視距范圍內(nèi)即可憑借裸眼觀察到舒適的立體圖像。
[0008]因此，本發(fā)明在使用改良式的時(shí)分時(shí)顯示技術(shù)，整合時(shí)間平衡式背光驅(qū)動(dòng)，配合特制的光學(xué)膜層，實(shí)現(xiàn)了時(shí)空雙分的自由立體顯示，在實(shí)現(xiàn)全分辨率的裸眼立體顯示效果的同時(shí)，將系統(tǒng)串?dāng)_率大幅度降低至眼鏡式立體顯示的水平，讓觀眾獲得優(yōu)秀的立體視覺體驗(yàn)。
[0009]進(jìn)一步的，所述的處理與決策模組包括主控芯片、與主控芯片連接的信號(hào)接收單元、可編程邏輯單元、LED亮滅信號(hào)產(chǎn)生單元、LCD刷新信號(hào)單元，信號(hào)接收單元用于接收立體圖像信號(hào)，LED亮滅信號(hào)產(chǎn)生單元與背光驅(qū)動(dòng)電路連接并對(duì)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生背光控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)背光模組產(chǎn)生背光亮滅信號(hào)，LCD刷新信號(hào)單元與LCD驅(qū)動(dòng)電路連接并對(duì)液晶LCD面板產(chǎn)生LCD刷新信號(hào)。其中主控芯片所使用的器件可以為單片機(jī)(Microcontroller)、數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor, DSP)、可編程邏輯器件FPGA、PLD、CPLD等或者由以上器件組成的處理器。所述處理與決策模組可根據(jù)用戶要求調(diào)節(jié)背光亮滅信號(hào)的時(shí)序，從而改變LED亮滅占空比，數(shù)字式調(diào)節(jié)背光顯示亮度。只要保證左(右)眼背光子單元在左(右)眼子圖像幀刷新出現(xiàn)后才打開，在右(左)眼子圖像幀開始刷新出現(xiàn)前關(guān)閉。
[0010]進(jìn)一步的，所述的背光模組由背光子單元組成的mXn個(gè)單元的陣列，每個(gè)子單元由背光源和散射光學(xué)元件組成。其中，背光源可由白光LED子元構(gòu)成，LED子元可以是單獨(dú)的LED個(gè)體，也可以是LED照明模塊。根據(jù)背光的要求，也可使用OLED (有機(jī)發(fā)光二極管)、CCFL (冷陰極熒光燈管)、氙燈子元或其陣列等元件制成。背光子單元分為左眼子單元和右眼子單元兩組。當(dāng)所述背光驅(qū)動(dòng)電路接收到從處理與決策模組發(fā)送的背光控制信號(hào)時(shí)，會(huì)根據(jù)信號(hào)分別打開或熄滅左眼子單元或者右眼子單元。左(右)眼子單元發(fā)出的背光被特制光學(xué)膜層偏折，然后在屏幕前形成視區(qū)，當(dāng)觀看者的雙眼位于對(duì)應(yīng)視區(qū)時(shí)，就能僅靠肉眼觀看到立體影像。只要時(shí)序恰當(dāng)，圖像被照明光加載后，經(jīng)過光學(xué)膜層就能無串?dāng)_地送入觀看者的雙眼，實(shí)現(xiàn)時(shí)分式自由立體顯示。
[0011]進(jìn)一步的，所述的光學(xué)膜層是一個(gè)由MXN個(gè)子單元組成陣列，主要承擔(dān)背光的定向分光工作，將左、右眼背光子單元所發(fā)出的背光光線準(zhǔn)確地送到設(shè)計(jì)好的各個(gè)左、右眼視區(qū)。它可以放置在圖像加載液晶屏幕的前方或后方。它與圖像加載液晶屏幕之間可以采取緊貼或非緊貼的固定方式。其由液晶屏幕、液體透鏡或其陣列、光學(xué)透鏡或其陣列、二元光學(xué)器件或其陣列制成。
[0012]立體圖像信號(hào)與現(xiàn)有的時(shí)分式立體顯示系統(tǒng)所用的信號(hào)兼容。當(dāng)處理與決策模組接收到立體圖像信號(hào)時(shí)，會(huì)對(duì)立體圖像信號(hào)進(jìn)行處理和分析，并向背光驅(qū)動(dòng)電路和LCD驅(qū)動(dòng)電路分別發(fā)送背光控制信號(hào)及LCD刷新信號(hào)，再由這兩個(gè)電路發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)給背光子單元和液晶LCD面板，從而控制背光和LCD刷新行為。因?yàn)楸彻饪刂菩盘?hào)與LCD刷新信號(hào)是經(jīng)過綜合處理器的處理后發(fā)出的信號(hào)，具有極高的同步性，可使背光子單元的亮滅與LCD顯示屏的刷新在時(shí)間上得到時(shí)間平衡式的配合，從而極大地降低系統(tǒng)串?dāng)_率，達(dá)至舒適的立體視覺體驗(yàn)。
[0013]進(jìn)一步的，所述的IXD刷新信號(hào)為經(jīng)過處理的PWM信號(hào)，用于指示IXD進(jìn)行刷新。當(dāng)LCD驅(qū)動(dòng)電路接收到LCD刷新信號(hào)后，便會(huì)指示LCD屏幕進(jìn)行刷新。LCD刷新信號(hào)由左眼圖像刷新信號(hào)T1與右眼圖像刷新信號(hào)T 2組成。當(dāng)IXD驅(qū)動(dòng)電路接收到IXD刷新信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)液晶LCD面板刷新出左、右眼圖像；左眼子圖像幀時(shí)間為?Υ，右眼子圖像幀時(shí)間為Τκ。并存在以下關(guān)系T fTK。
[0014]進(jìn)一步的，所述的背光亮滅信號(hào)為經(jīng)過處理與決策模組處理和發(fā)出的PWM信號(hào)，用于控制背光源對(duì)應(yīng)的子單元的亮滅，每個(gè)周期的背光亮滅信號(hào)由一組左眼子單元亮滅信號(hào)和右眼子單元亮滅信號(hào)組成；當(dāng)背光驅(qū)動(dòng)電路接收到處理與決策模組發(fā)出的背光控制信號(hào)后，編譯為輸送到各個(gè)背光子單元的亮滅信號(hào)，并控制各個(gè)背光子單元的開啟與熄滅。
[0015]時(shí)間平衡式背光驅(qū)動(dòng)方式是讓各個(gè)左、右眼背光子單元的開啟時(shí)間t與子單元間延時(shí)τ之和達(dá)到時(shí)間上的某個(gè)最優(yōu)化值，實(shí)現(xiàn)時(shí)間域上亮度和串?dāng)_率的平衡，其中，最優(yōu)化值是指左、右眼子圖像幀時(shí)間?Υ、Tk和首行背光開啟延時(shí)Tw的差值，其中，首行背光開啟延時(shí)Tw的長短由每款液晶LCD面板的具體刷新彳丁為決定，并存在以下關(guān)系:t、τ <<T TEo
[0016]一種時(shí)空混合控制的裸眼立體顯示系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
51.處理與決策模組接收立體圖像信號(hào)；
52.處理與決策模組一方面發(fā)送IXD刷新信號(hào)到IXD驅(qū)動(dòng)電路，讓其發(fā)送相應(yīng)的左、右眼子圖像幀驅(qū)動(dòng)信號(hào)給液晶LCD面板，驅(qū)動(dòng)其按照一定的時(shí)序交替顯示立體圖像的左、右眼立體子圖像；另一方面，發(fā)送背光控制信號(hào)至背光驅(qū)動(dòng)電路，讓背光驅(qū)動(dòng)電路將這個(gè)信號(hào)編譯為一組具有時(shí)序的背光亮滅信號(hào)，并輸送到背光模組的各個(gè)背光子單元，控制背光子單元隨著液晶LCD面板的刷新同步進(jìn)行亮滅。各背光子單元打開時(shí)間t和所有子單元間延時(shí)(mXn-Ι) τ之和等于左、右眼子圖像幀時(shí)間?γ、Tk和首行背光開啟延時(shí)T ?的差值。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:本發(fā)明在保持3D狀態(tài)全分辨率顯示的同時(shí)，能大幅度抑制系統(tǒng)串?dāng)_產(chǎn)生。不僅在空間上將立體子圖像對(duì)進(jìn)行分離準(zhǔn)確地輸送到各個(gè)視區(qū)，還通過對(duì)背光模組的時(shí)間平衡式驅(qū)動(dòng)減少時(shí)間域的串?dāng)_，實(shí)現(xiàn)亮度適中、串?dāng)_低、全分辨率、立體效果強(qiáng)、成本低的自由立體顯示；該控制方法步驟簡(jiǎn)潔，通過處理與決策模組實(shí)現(xiàn)對(duì)立體圖像信號(hào)的接收，并對(duì)背光模組子單元和液晶LCD面板的刷新行為進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)行為滿足時(shí)間平衡式背光驅(qū)動(dòng)的關(guān)系。觀眾只要在視區(qū)內(nèi)即可憑借裸眼觀察到舒適的立體圖像。
【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有的時(shí)分式視障光柵自由立體顯示原理圖。
[0019]圖2是現(xiàn)有的時(shí)分式視障光柵自由立體顯示時(shí)序圖。
[0020]圖3是本發(fā)明時(shí)空混合控制的裸眼立體顯示技術(shù)原理圖。
[0021]圖4是本發(fā)明分行式時(shí)間平衡式背光驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖。
[0022]圖5是本發(fā)明行列式時(shí)間平衡式背光驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利