專利名稱：一種裸眼立體顯示系統(tǒng)和實現(xiàn)裸眼立體顯示的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種立體顯示系統(tǒng)，尤其涉及ー種用于裸眼立體顯示技術(shù)的顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
立體顯示技術(shù)已成顯示產(chǎn)業(yè)中的重要ー環(huán)。立體顯示技術(shù)得到了快速發(fā)展，多種立體顯示技術(shù)已成商品，世界范圍內(nèi)也在不斷普及立體電視頻道，立體顯示技術(shù)已成未來 顯示領(lǐng)域的必然發(fā)展方向。目前的立體顯示技術(shù)主要分成兩種，分別是輔助式和自由立體顯示兩種。輔助式立體顯示技術(shù)需要觀看者佩戴特殊的裝置才能看到立體圖像。頭盔式(HMD)和眼鏡式是輔助式立體顯示技術(shù)的兩種主流技木。頭盔式技術(shù)需要觀看者佩戴裝有液晶或OLED屏幕的頭盔才能看到立體圖像，但由于需要佩戴頭盔，因而不方便實用和攜帯。而眼鏡式技術(shù)相對頭盔式來說比較方便，但是缺點很多首先立體眼鏡是由液晶或者偏振片制作的，看到圖像的亮度會被大大降低；其次，佩戴眼鏡時間不能過長，否者會使觀看者感到眼部疲勞，同時對于需要佩戴眼鏡進行視カ矯正的觀看者而言非常不便；最后由于不同生產(chǎn)商的技術(shù)各異，不同廠商的立體眼鏡不能用于不同的顯示器。鑒于輔助式立體顯示技術(shù)的諸多不便，顯示界一致公認未來立體顯示技術(shù)必然會向自由立體顯示的方向發(fā)展。自由立體顯示技術(shù)克服了對輔助器件的依賴，能讓觀看者在無需佩戴任何輔助裝置的情況下裸眼觀看到立體圖像。主流的自由立體顯示技術(shù)有視障光柵法、柱透鏡法、集成成像法等。視障光柵原理如圖1，由透光條11和擋光條12相間組成，使得左眼14只看到偶像素列的照明亮線，右眼15只看到奇像素列的暗條，反之亦然，從而實現(xiàn)了雙像的分離。視障光柵法已被廣泛用于各種手持立體顯示設(shè)備，例如日本任天堂公司的3Ds手提游戲機正是利用了這種技木。但視障光柵法會使顯示的亮度大大降低，且視障光柵13容易產(chǎn)生左右眼觀察視區(qū)的翻轉(zhuǎn)，視點相對固定。柱透鏡法如圖2，由眾多完全相同的柱透鏡23平行排列組成，能將像素對應(yīng)的圖像折射到左右眼，使左眼24圖像聚焦于左眼24，右眼25圖像聚焦于右眼25，從而產(chǎn)生深度感。此方法相對于視障光柵法亮度得到很大的改進，但是像素會受到壓縮，多視點的片源與現(xiàn)有立體顯示的片源不兼容，且大面積透鏡的制造エ藝難，成本高，因而未能廣泛推廣。集成成像法則很容易克服現(xiàn)在自有立體顯示技術(shù)的缺點，但由于其對圖像的采集難度大，且大面積的微透鏡陣列難以制作，集成成像還只停留在科研研究的階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種串?dāng)_率低、立體效果好的裸眼立體顯示系統(tǒng)。本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供ー種能夠?qū)崿F(xiàn)裸眼立體顯示的方法，該立體顯示方法具有串?dāng)_率低的特點。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
ー種裸眼立體顯示系統(tǒng)，包括
LED背光模組，包括與LED驅(qū)動連接的LED背光源，所述LED背光源由LED左眼子元和LED右眼子元組成；
顯示屏，包括與LCD驅(qū)動連接的LCD屏幕和與LCD屏幕連接的光學(xué)屏幕；所述LED左眼子元和LED右眼子元發(fā)出的光加載圖像信息后分別被光學(xué)屏幕偏折；
綜合處理器，用以接收立體圖像信號，并通過向LED驅(qū)動和IXD驅(qū)動分別發(fā)送LED亮滅信號及IXD刷新信號控制LED左眼子元和LED右眼子元的亮滅并同步驅(qū)動IXD屏幕刷新，使LCD屏幕在LED左眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出左眼圖像，在LED右眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出右眼圖像。作為ー個優(yōu)選實施例，所述LED背光模組還包括與LED背光源連接的散射光學(xué)元件。所述LED左眼子元或LED右眼子元為單獨的LED個體或LED照明模塊。在一個實施例中，所述綜合處理器由信號接收單元、可編程邏輯單元、LED亮滅信號產(chǎn)生單元和LCD刷新信號單元組成。其中可編程邏輯單元所使用的器件為單片機或數(shù)字信號處理器或可編程邏輯器件中的現(xiàn)場可編程門陣列或復(fù)雜可編程邏輯器件。優(yōu)選的，所述LED背光源的亮度具有不同檔位。所述光學(xué)屏幕由液晶屏幕、液體透鏡、光學(xué)透鏡、ニ元光學(xué)器件組成。優(yōu)選的，所述液體透鏡、光學(xué)透鏡和ニ兀光學(xué)器件分別為液體透鏡列陣、光學(xué)透鏡列陣和ニ兀光學(xué)器件列陣。進ー步的，所述光學(xué)屏幕緊貼地固定在LCD屏幕的前方或后方。本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)裸眼立體顯示的方法，其步驟包括
(1)綜合處理器接收立體圖像信號，并分別向LED驅(qū)動和IXD驅(qū)動同步發(fā)送LED亮滅信號及LCD刷新信號；
(2)LED驅(qū)動接收LED亮滅信號后控制LED左眼子元和LED右眼子元的交替亮滅；
(3)IXD驅(qū)動接收IXD刷新信號后控制IXD屏幕刷新并使IXD屏幕在LED左眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出左眼圖像，在LED右眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出右眼圖像；
(4)LED左眼子元和LED右眼子元發(fā)出的光加載圖像信息后經(jīng)光學(xué)屏幕發(fā)生偏折分別進入觀看者左眼和右眼。本發(fā)明采用的LED亮滅信號和LCD刷新信號具有很高的同步性，能夠保證在LED左眼子元打開的時間內(nèi)，IXD屏幕上只刷新出左眼圖像；在LED右眼子元打開的時間內(nèi)，IXD屏幕只刷新出右眼圖像，加載左眼圖像和右眼圖像的背光源通過光學(xué)屏幕后分別被偏折到觀眾的左眼和右眼。觀看者無需佩戴輔助設(shè)備即可觀看到立體圖像，同時也避免了圖像的左右串?dāng)_，大大降低了串?dāng)_率。同時，本發(fā)明所采用的綜合處理器能夠控制背光源的亮度強弱，使背光源亮度變得可調(diào)，提高了立體顯示效果。


圖I為視障光柵自由立體顯示原理圖； 圖2為柱透鏡自由立體顯示原理 圖3為本發(fā)明裸眼立體顯示系統(tǒng)框架 圖4為LED亮滅信號時序原理圖；圖5為IXD刷新信號時序原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進ー步詳細介紹。如圖3所示的實施例，本發(fā)明裸眼立體顯示系統(tǒng)包括LED背光模組、與LED背光模組連接的顯示屏、LED驅(qū)動、IXD驅(qū)動(即液晶顯示器驅(qū)動)和綜合處理器，其中LED背光模組由LED背光源和與LED背光源連接的散射光學(xué)元件組成，顯示屏包括LCD屏幕(即液晶顯示器屏幕)和與LCD屏幕連接的光學(xué)屏幕，LCD屏幕優(yōu)選為時分式液晶屏幕，如TN或STN。綜合處理器的輸出端與LED驅(qū)動的輸入端和LCD驅(qū)動的輸入端連接，LED驅(qū)動的輸出端與 LED背光源的輸入端連接，LED驅(qū)動通過接收綜合處理器發(fā)出的LED亮滅信號來控制LED背光源的亮滅，IXD驅(qū)動的輸出端與IXD屏幕連接，IXD驅(qū)動通過接收綜合處理器發(fā)出的IXD刷新信號來控制LCD屏幕圖像的刷新。由于LED亮滅信號和LCD刷新信號都是綜合處理器發(fā)出的，具有很高的同步性，使LED背光源的亮滅與LCD顯示屏的刷新在時間上同步進行。本實施例中的散射光學(xué)元件并不是必要裝置，散射光學(xué)元件的主要功能是能夠使LED背光源的亮度更加均勻，增強立體顯示效果。即使沒有散射光學(xué)元件，本發(fā)明的目的仍然能夠?qū)崿F(xiàn)。本實施例中的LED背光源是由白光LED子元構(gòu)成的LED背光源陣列，LED子元分為左眼子元和右眼子元，這些左眼子元或右眼子元既可以是單獨的LED個體，也可以是LED照明模塊。本實施例的綜合處理器是由信號接收單元、可編程邏輯單元、LED亮滅信號產(chǎn)生單元和LCD刷新信號單元組成。其中可編程邏輯單元所使用的器件為單片機(Microcontroller)或數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor,DSP)或可編程邏輯器件中的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。綜合處理器發(fā)出的LED亮滅信號是ー種用于控制LED子元亮滅的PWM信號。每個周期的LED亮滅信號均由左眼子元開啟信號、左眼子元熄滅信號、右眼子元開啟信號及右眼子元熄滅信號組成，其中左眼子元開啟信號的占用時間為T1，左眼子元熄滅信號占用時間為T2，右眼子元開啟信號占用時間為T3，右眼子元熄滅信號占用時間為T4。當(dāng)LED驅(qū)動接收到綜合處理器發(fā)出的左眼子元開啟信號后，將會控制LED左眼子元發(fā)光，直到LED驅(qū)動接收到綜合處理器發(fā)出的左眼子元熄滅信號后才控制LED左眼子元熄滅；當(dāng)LED驅(qū)動接收到右眼子元開啟信號后，將會控制LED右眼子元發(fā)光，直到LED驅(qū)動接收到右眼子元熄滅信號后才控制LED右眼子元熄滅。左眼子元開啟的時間為 Υ，右眼子元開啟的時間為Tk，其中!\、T2> T3> T4 遠小于 TL、Tr。本實施例中，綜合處理器發(fā)出的LCD刷新信號是ー種用于控制LCD屏幕刷新的PWM信號，當(dāng)LCD驅(qū)動接收到綜合處理器發(fā)出的LCD刷新信號后，便會指示LCD屏幕進行刷新。IXD刷新信號由左眼刷新信號與右眼刷新信號組成，左眼刷新信號占用時間為T5，右眼刷新信號占用時間為T6。當(dāng)LCD驅(qū)動接收到左眼刷新信號后便會驅(qū)動LCD屏幕刷新出左眼圖像；當(dāng)IXD驅(qū)動接收到右眼刷新信號后便會驅(qū)動IXD屏幕刷新出右眼圖像。左眼幀時間為Tw右眼幀時間為TiK。其中T5、T6遠小于Ta、TiRO本發(fā)明中的光學(xué)屏幕用于偏折已加載立體圖像信號的背光傳播方向，它是由液晶屏幕、液體透鏡、光學(xué)透鏡、ニ兀光學(xué)器件組成的，其中，液體透鏡、光學(xué)透鏡和ニ兀光學(xué)器件也可以換成液體透鏡列陣、光學(xué)透鏡列陣和ニ元光學(xué)器件列陣。光學(xué)屏幕放置于即IXD屏幕的前方或后方，二者之間既可以采取緊貼固定的方式，也可以采用非緊貼固定的方式。在本發(fā)明的另ー實施例中，所述綜合處理器能夠根據(jù)用戶要求調(diào)節(jié)LED亮滅信號的時序，從而改變LED亮滅占空比，實現(xiàn)數(shù)字式調(diào)節(jié)背光顯示亮度。同吋，綜合處理器還具有模擬式調(diào)光功能，將背光亮度分為不同檔位。當(dāng)數(shù)字式調(diào)光的功能不能滿足用戶對亮度的要求吋，只需調(diào)節(jié)模擬調(diào)光檔位，綜合處理器則根據(jù)不同檔位發(fā)送指令，改變背光源驅(qū)動電路的電阻組合態(tài)，從而改變背光源的亮度。本發(fā)明的工作原理是立體圖像源向裸眼立體顯示系統(tǒng)的綜合處理器發(fā)送時分式的立體圖像信號，信號的模式與現(xiàn)有的3D片源相兼容。當(dāng)綜合處理器接收到所述立體圖像信號后，經(jīng)過算法的處理，產(chǎn)生同步性很高的LED亮滅信號和LCD刷新信號井分別發(fā)送到LED驅(qū)動和IXD驅(qū)動，LED驅(qū)動接收到LED亮滅信號后，根據(jù)該信號的時序控制LED背光源的左眼子元和右眼子元做出相應(yīng)的動態(tài)亮滅操作；當(dāng)LCD驅(qū)動接收到LCD刷新信號后，根據(jù)該信號的時序控制LCD屏幕刷新出左眼圖像和右眼圖像。由于兩種信號的同步性很高，致使在LED背光源的左眼子元打開的時間內(nèi)，相對應(yīng)的，在IXD屏幕上只刷新出左眼圖像；同理，在LED右眼子元打開的時間內(nèi)，IXD屏幕只刷新出右眼圖像。也就是說LED左眼子元是在左眼圖像刷新出現(xiàn)后才開啟，在右眼圖像刷新出現(xiàn)前關(guān)閉；而LED右眼子元是在右眼圖像刷新出現(xiàn)后才開啟，在左眼圖像刷新出現(xiàn)前關(guān)閉。LED左眼子元發(fā)出的光加載左眼圖像后被光學(xué)屏幕偏折，進入觀看者的左眼；LED右眼子元發(fā)出的光加載右眼圖像后被光學(xué)屏幕偏折，進入觀看者的右眼。觀看者無需佩戴輔助設(shè)備即可觀看到立體圖像，同時也避免了圖像的左右串?dāng)_。權(quán)利要求
1.一種裸眼立體顯示系統(tǒng)，包括 LED背光模組，包括與LED驅(qū)動連接的LED背光源，所述LED背光源由LED左眼子元和LED右眼子元組成； 顯示屏，包括與LCD驅(qū)動連接的LCD屏幕和與LCD屏幕連接的光學(xué)屏幕；所述LED左眼子元和LED右眼子元發(fā)出的光加載圖像信息后分別被光學(xué)屏幕偏折； 綜合處理器，用以接收立體圖像信號，并通過向LED驅(qū)動和IXD驅(qū)動分別發(fā)送LED亮滅信號及IXD刷新信號控制LED左眼子元和LED右眼子元的亮滅并同步驅(qū)動IXD屏幕刷新，使LCD屏幕在LED左眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出左眼圖像，在LED右眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出右眼圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述LED背光模組還包括與LED背光源連接的散射光學(xué)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述LED左眼子元或LED右眼子元為單獨的LED個體或LED照明模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述綜合處理器由信號接收單元、可編程邏輯單元、LED亮滅信號產(chǎn)生單元和LCD刷新信號單元組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程邏輯單元所使用的器件為單片機或數(shù)字信號處理器或可編程邏輯器件中的現(xiàn)場可編程門陣列或復(fù)雜可編程邏輯器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述LED背光源的亮度具有不同檔位。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)屏幕由液晶屏幕、液體透鏡、光學(xué)透鏡、二兀光學(xué)器件組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述液體透鏡、光學(xué)透鏡和二元光學(xué)器件分別為液體透鏡列陣、光學(xué)透鏡列陣和二元光學(xué)器件列陣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裸眼立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)屏幕緊貼地固定在LCD屏幕的前方或后方。
10.一種實現(xiàn)裸眼立體顯示的方法，其步驟包括 (1)綜合處理器接收立體圖像信號，并分別向LED驅(qū)動和IXD驅(qū)動同步發(fā)送LED亮滅信號及LCD刷新信號； (2)LED驅(qū)動接收LED亮滅信號后控制LED左眼子元和LED右眼子元的交替亮滅； (3)IXD驅(qū)動接收IXD刷新信號后控制IXD屏幕刷新并使IXD屏幕在LED左眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出左眼圖像，在LED右眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出右眼圖像； (4)LED左眼子元和LED右眼子元發(fā)出的光加載圖像信息后經(jīng)光學(xué)屏幕發(fā)生偏折分別進入觀看者左眼和右眼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串?dāng)_率低的裸眼立體顯示系統(tǒng)，包括LED背光模組、顯示屏和綜合處理器，LED背光模組包括LED左眼子元和LED右眼子元，顯示屏包括LCD屏幕和光學(xué)屏幕，綜合處理器接收立體圖像信號后通過向LED驅(qū)動和LCD驅(qū)動分別發(fā)送LED亮滅信號及LCD刷新信號控制LED左眼子元和LED右眼子元的亮滅并同步驅(qū)動LCD屏幕刷新，使LCD屏幕在LED左眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出左眼圖像，在LED右眼子元打開的時間內(nèi)只刷新出右眼圖像。該系統(tǒng)避免了圖像的左右串?dāng)_，大大降低了串?dāng)_率。
文檔編號H04N13/00GK102636878SQ20121007024
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者周延桂, 周建英, 彼得·克雷布斯, 梁浩文, 王嘉輝, 王自鑫, 范航, 許寧生 申請人:中山大學(xué)