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      用于3維顯示的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):7640603閱讀:213來(lái)源:國(guó)知局
      專(zhuān)利名稱(chēng):用于3維顯示的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及圖像和/或視頻信號(hào)的三維(3D)顯示領(lǐng)域。特別的,本 發(fā)明提供適于與傳統(tǒng)二維(2D)顯示器一起使用的光學(xué)系統(tǒng)。此外,本 發(fā)明提供一種3D顯示設(shè)備和基于2D圖像提供3D效果的方法。
      背景技術(shù)
      在廣播電視系統(tǒng)中,3D電視(3DTV)可能是繼于彩色電視引入之 后的下一場(chǎng)革命。在專(zhuān)業(yè)應(yīng)用(醫(yī)學(xué)/工業(yè))中,3D可視化已經(jīng)很常見(jiàn)。 在娛樂(lè)和移動(dòng)通信中,3D可視化是未來(lái)商業(yè)的重心。一種3D顯示器是自動(dòng)立體多視點(diǎn)顯示器,比如在[C.van Berkel的 "Image preparation for 3D-LCD" ,Proc SP正,Vol. 3639,84-91頁(yè),1999]中 描述的3D-LCD。該顯示器為多個(gè)觀看者提供自由的3D觀看,而不需要 特制的3D眼鏡。其由標(biāo)準(zhǔn)2D矩陣顯示器以及一些光學(xué)前端組成。這些顯示器的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題是分辨率。光學(xué)前端將2D矩陣顯示器的 原始空間分辨率分布在空間和角度分辨率上。后者被稱(chēng)為"視點(diǎn)數(shù)量" Nviews。當(dāng)前的顯示器具有Nv,s 10,導(dǎo)致了空間分辨率損失因子 10。當(dāng)前的發(fā)展通過(guò)可切換顯示器部分地解決了分辨率損失的問(wèn)題。光 學(xué)前端可被切換為開(kāi)或關(guān),導(dǎo)致了具有降低分辨率的3D成像或者具有完 全2D分辨率的2D成像。當(dāng)前基于透鏡的切換原則導(dǎo)致附加性能損失, 其是由于可調(diào)整透鏡相對(duì)于固定透鏡的較低折射能力造成的。多視點(diǎn)顯示器需要Nviews 100來(lái)滿足高質(zhì)量的深度和視角需求。這 導(dǎo)致了嚴(yán)重的分辨率損失。最后,當(dāng)前的顯示器僅提供水平角度分辨率。這在正常的觀看條件 是足夠了。但是在一些情況下,觀看被削弱了。觀看者的垂直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致 了3D圖像中的靈活性。如果顯示器例如對(duì)于文檔寫(xiě)入被旋轉(zhuǎn)9(T,或者 如果觀看者旋轉(zhuǎn)他的頭(例如在躺椅上看電視),3D效果會(huì)損失。附加 垂直角度分辨率導(dǎo)致了附加因子的分辨率損失(整體上例如Nviews:x*US6,014,259描述了一種具有生成多個(gè)像素的2D圖像以及插入在其 前方用于對(duì)顯示器產(chǎn)生的圖像提供光學(xué)深度的顯示器的可替換3D顯示 器。所述前端包括配置在顯示器前方的微透鏡陣列,其中陣列的每個(gè)微 透鏡與一個(gè)像素對(duì)準(zhǔn),每個(gè)像素一個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡的聚焦長(zhǎng)度可 響應(yīng)于深度信息來(lái)調(diào)整,并且因此光學(xué)深度可應(yīng)用到2D圖像。理論上這 種顯示器可從很大的視角來(lái)觀看。然而實(shí)際上,所述的顯示器不能夠用 傳統(tǒng)2D顯示器滿意地操作——結(jié)果是嚴(yán)重的可視偽像圖像看起來(lái)模糊 和重像,就像同時(shí)看見(jiàn)了多個(gè)稍微移位的副本。發(fā)明內(nèi)容可見(jiàn)本發(fā)明的目的是提供一種能將光學(xué)深度信息附加到2D圖像例如 可由傳統(tǒng)2D顯示器產(chǎn)生的方法和光學(xué)系統(tǒng),并且沒(méi)有2D顯示器的空間 分辨率損失。本發(fā)明的第一方面提供了一種適于將光學(xué)深度信息附加到二維圖像 的光學(xué)系統(tǒng),該光學(xué)系統(tǒng)包括-配置在二維圖像前方的光學(xué)透鏡陣列,其中光學(xué)透鏡的聚焦長(zhǎng)度 可響應(yīng)于深度信息進(jìn)行調(diào)整,-配置在光學(xué)透鏡陣列前方的擋光板,其中擋光板的光學(xué)開(kāi)口與光 學(xué)透鏡陣列的光學(xué)透鏡對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)第一方面的光學(xué)系統(tǒng)可用作配置在2D圖像前方并且為2D圖像 提供光學(xué)深度的光學(xué)前端。光學(xué)系統(tǒng)可應(yīng)用于所有2D圖像,例如打印的 2D圖像或來(lái)自顯示器的2D圖像,顯示器比如為液晶顯示器(LCD),等 離子顯示器,硅基液晶(LCOS)顯示器,和陰極射線管(CRT)顯示器。具有附加光學(xué)深度的2D圖像的空間分辨率由原始2D圖像的分辨率 的最小值和光學(xué)前端的間距(即透鏡和擋光板的間距)來(lái)確定。典型地, 對(duì)于來(lái)自例如LCD監(jiān)視器的像素化的2D圖像,透鏡和擋光板的間距可 選擇為等于或小于像素間距,從而不會(huì)惡化最終的空間分辨率。那么就 因而保持了 2D圖像的原始空間分辨率,而深度已經(jīng)被附加到圖像。顯而易見(jiàn)的是,光學(xué)系統(tǒng)生成的深度的特征在于有效的視點(diǎn)數(shù)量Nviews,類(lèi)似于現(xiàn)有的多視點(diǎn)顯示器。通過(guò)這種光學(xué)系統(tǒng),不考慮N^w, 沒(méi)有分辨率損失。水平和/或垂直角度分辨率都可相同地獲得。
      通過(guò)光學(xué)透鏡的可調(diào)整聚焦長(zhǎng)度可以理解光學(xué)透鏡的影響聚焦長(zhǎng)度
      的任意可調(diào)整光學(xué)屬性。存在著這種通過(guò)對(duì)每個(gè)光學(xué)透鏡(例如,GRIN 透鏡或者所謂流體聚焦透鏡)單獨(dú)施加電流而能夠調(diào)整聚焦長(zhǎng)度的陣列。
      通過(guò)根據(jù)第一方面的光學(xué)系統(tǒng),不需要進(jìn)行渲染來(lái)提供3D圖像,即 不需要強(qiáng)大的信號(hào)處理器或類(lèi)似物來(lái)基于具有深度信息的視頻信號(hào)例如 RGBD視頻信號(hào)(Philips Research公司的3D視頻標(biāo)準(zhǔn))提供3D圖像。 這種RGBD信號(hào)的深度部分D用于例如基于簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換公式來(lái)控制像素 形式的光學(xué)透鏡的聚焦長(zhǎng)度,并且RGBD信號(hào)的2D圖像部分RGB以傳 統(tǒng)方式應(yīng)用到光學(xué)系統(tǒng)后的2D系統(tǒng)。
      通過(guò)這個(gè)光學(xué)系統(tǒng),可以選擇透鏡陣列和擋光板以獲得大量的視角一 一垂直和水平視角。
      在優(yōu)選實(shí)施例中,光學(xué)透鏡陣列和擋光板每個(gè)都是基本為平板狀的, 即它們每個(gè)都在一個(gè)平面上延伸。這在與平板2D顯示器相結(jié)合時(shí)特別優(yōu) 選。然而,如果2D顯示器具有彎曲表面,比如CRT顯示器,那么光學(xué) 透鏡陣列和擋光板優(yōu)選根據(jù)曲線來(lái)定形,但是這并不是關(guān)鍵的。
      所述光學(xué)系統(tǒng)將提供與基于擋光板前端光學(xué)元件的多視點(diǎn)顯示器中 的亮度損失相等的亮度損失。
      在一些實(shí)施例中,擋光板是固定擋光板??商鎿Q的,擋光板是可調(diào)整 的,從而允許調(diào)整顯示器特性比如深度和視角的量。特別的,可以提供 角度分辨率的在線調(diào)整,其將在稍后詳細(xì)解釋。
      優(yōu)選的,光學(xué)透鏡陣列和擋光板覆蓋了將被提供光學(xué)深度信息的整個(gè) 2D圖像,然而對(duì)于某些應(yīng)用優(yōu)選光學(xué)透鏡陣列和擋光板僅覆蓋2D圖像 一部分。
      在像素化的2D圖像的情況下,優(yōu)選光學(xué)透鏡陣列基本上包括在2D 圖像每個(gè)像素前方對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡(當(dāng)透鏡的數(shù)量低于像素 數(shù)量時(shí),空間圖像分辨率將惡化)。
      優(yōu)選的,光學(xué)透鏡的聚焦長(zhǎng)度對(duì)于每個(gè)透鏡都單獨(dú)可調(diào)整。用于像素 化的2D顯示器的實(shí)施例非常適合于接收例如包括基于像素的深度信息
      6的視頻信號(hào)。
      光學(xué)透鏡陣列的透鏡優(yōu)選從以下選擇電潤(rùn)濕透鏡、流體聚焦透鏡、 雙折射LC材料透鏡。然而,原則上可使用具有可調(diào)光學(xué)屬性的任意給定 類(lèi)型的微透鏡。
      為了減小2D圖像和提供在其上的光學(xué)深度信息的失準(zhǔn)效應(yīng),光學(xué)系 統(tǒng)可以包括空間低通濾波器,其適于在用來(lái)調(diào)整透鏡的聚焦長(zhǎng)度之前對(duì)
      深度信息,即RGBD視頻信號(hào)的深度部分D,進(jìn)行空間低通濾波。
      在一個(gè)適用于僅具有一個(gè)方向(例如水平方向)的角度分辨率的3D
      顯示器的實(shí)施例中,光學(xué)透鏡優(yōu)選具有基本為圓柱形的形狀,并且擋光
      板的光學(xué)開(kāi)口優(yōu)選具有基本為細(xì)長(zhǎng)的形狀,即開(kāi)口在基本平行于圓柱形
      光學(xué)透鏡的中心軸的方向上延伸。
      在另一個(gè)適于具有垂直和水平角度分辨率的3D顯示器的實(shí)施例中,
      光學(xué)透鏡優(yōu)選具有基本為球形的形狀,并且擋光板的光學(xué)開(kāi)口的形狀優(yōu)
      選從以下選擇圓形、三角形和矩形。
      光學(xué)透鏡的陣列可包括基本為二維陣列光學(xué)透鏡的兩個(gè)或多個(gè)陣列 的堆疊,產(chǎn)生具有增強(qiáng)光焦度的有效透鏡陣列從而增加深度效應(yīng)。
      在第二方面,本發(fā)明提供一種將光學(xué)深度信息施加到二維圖像的方 法,該方法包括以下步驟
      -在二維圖像的前方施加光學(xué)透鏡陣列,
      -在光學(xué)透鏡陣列的前方施加擋光板,其中擋光板的光學(xué)開(kāi)口與光 學(xué)透鏡陣列的光學(xué)透鏡對(duì)準(zhǔn),以及
      -響應(yīng)于光學(xué)深度信息來(lái)調(diào)整光學(xué)透鏡的聚焦長(zhǎng)度。 原則上對(duì)于第一方面的上述優(yōu)點(diǎn)、實(shí)施例和應(yīng)用也可應(yīng)用到第二方面。
      在本發(fā)明的第三方面提供了一種適于接收包括深度信息的視頻信號(hào) 的三維顯示設(shè)備,該三維顯示設(shè)備包括
      -配置來(lái)顯示表示視頻信號(hào)的二維圖像的顯示器,以及 -光學(xué)系統(tǒng),其包括
      -配置在二維圖像前方的光學(xué)透鏡陣列,其中光學(xué)透鏡的聚焦長(zhǎng)度 響應(yīng)于視頻信號(hào)的深度信息是可調(diào)整的,-配置在光學(xué)透鏡陣列前方的擋光板,其中擋光板的光學(xué)開(kāi)口與光 學(xué)透鏡陣列的光學(xué)透鏡對(duì)準(zhǔn)。
      根據(jù)第三方面的3D顯示器可通過(guò)任意已知類(lèi)型的傳統(tǒng)2D顯示器和 配置在其前方的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)形成。3D顯示器非常適于接收RGBD類(lèi)型的 視頻信號(hào),其中信號(hào)的2D部分RGB應(yīng)用到2D顯示器并且視頻信號(hào)的 深度信息部分D應(yīng)用到光學(xué)系統(tǒng)并用于響應(yīng)深度信息部分D來(lái)控制光學(xué) 透鏡的聚焦長(zhǎng)度。
      原則上對(duì)于第一方面的上述優(yōu)點(diǎn)、實(shí)施例和應(yīng)用也可應(yīng)用到第三方面。
      可以理解本發(fā)明的三個(gè)方面可應(yīng)用于包括3D成像工具的任意類(lèi)型的 產(chǎn)品。例如電視機(jī)(比如3DTV)、計(jì)算機(jī)顯示器、便攜式計(jì)算機(jī)、移動(dòng) 電話、移動(dòng)游戲等等、用于顯示廣告或顯示公共事件例如運(yùn)動(dòng)事件或會(huì) 議的大型顯示器。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中本發(fā)明可應(yīng)用到用于掃描結(jié)果的3D成像 的3D顯示器或者用于在復(fù)雜外科手術(shù)中導(dǎo)航以協(xié)助外科醫(yī)生的3D顯示 器,或者在虛擬的現(xiàn)實(shí)操作中用于訓(xùn)練目的等等。


      以下本發(fā)明將參考附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述,其中 圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的3D顯示器的實(shí)施例的一條掃描線的頂視圖, 以及
      圖2說(shuō)明3D顯示器實(shí)施例的各個(gè)物理量。
      在本發(fā)明可進(jìn)行各種修改和替換形式的同時(shí),通過(guò)附圖以示例方式示 出了特定實(shí)施例并且將在此詳細(xì)描述。然而還應(yīng)當(dāng)理解,本發(fā)明并不旨 在限制于在此限定的特定形式。而且,本發(fā)明覆蓋了權(quán)利要求定義的本 發(fā)明原理和范圍內(nèi)的所有修改方式、等同方式和替代方式。
      具體實(shí)施例方式
      為了便于解釋?zhuān)枋隽司哂邢袼鼗?D顯示器的實(shí)施例。在非像素 化的2D圖像源的情況下(例如黑白CRT,或者印刷品比如照片或海報(bào)), 有效像素可被定義為具有與非像素化圖像的分辨率(銳度)相關(guān)的大小,并且以下的描述仍然適用。
      為了說(shuō)明的目的,圖1以頂視圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的整個(gè)3D
      顯示器的僅僅一條掃描線(即一維)。3D顯示器適于接收RGBD視頻信 號(hào)。視頻信號(hào)的RGB部分被應(yīng)用到傳統(tǒng)2D顯示器1,示出了該顯示器 的一條掃描線的15個(gè)像素。2D顯示器1的像素顯示了表示RGB視頻信 號(hào)的圖像。光學(xué)系統(tǒng)(即光學(xué)前端)2、 3適于根據(jù)視頻信號(hào)的深度信息 部分D來(lái)提供深度尺寸。光學(xué)前端包括光學(xué)透鏡陣列2和擋光板3。光 學(xué)透鏡陣列2配置在2D顯示器的前方。如圖所示,光學(xué)透鏡陣列2中的 每個(gè)光學(xué)透鏡與2D顯示器1的像素對(duì)準(zhǔn),從而對(duì)于每個(gè)像素有一個(gè)光學(xué) 透鏡。RGBD視頻信號(hào)的深度信息部分D被應(yīng)用到光學(xué)透鏡陣列2,該 光學(xué)透鏡陣列2為每個(gè)單獨(dú)的光學(xué)透鏡提供可變的聚焦長(zhǎng)度,其根據(jù)深 度信息D進(jìn)行調(diào)整。擋光板3配置在光學(xué)透鏡陣列2的前方,擋光板3 的光學(xué)開(kāi)口與光學(xué)透鏡陣列2的光學(xué)透鏡對(duì)準(zhǔn),并且因此光學(xué)開(kāi)口也和 2D顯示器1的像素對(duì)準(zhǔn)。擋光板優(yōu)選是完全不透明的板,其光學(xué)開(kāi)口被 形成為在每個(gè)透鏡位置處的孔。
      當(dāng)光學(xué)透鏡陣列2的所有透鏡被關(guān)掉(即調(diào)整為無(wú)限聚焦長(zhǎng)度)時(shí), 對(duì)于觀看者的表觀圖像(apparent image)將位于2D顯示器1上。光學(xué)前 端2、 3的唯一影響是使得來(lái)自2D顯示器1的光線變暗。當(dāng)光學(xué)透鏡陣 列2的透鏡具有非零光焦度(有限聚焦長(zhǎng)度)時(shí),表觀圖像將在2D顯示 器l和觀看者之間,甚至可能在光學(xué)前端2、 3之前。當(dāng)光學(xué)透鏡陣列2 的透鏡的聚焦長(zhǎng)度根據(jù)D來(lái)每個(gè)像素地進(jìn)行調(diào)整時(shí),將出現(xiàn)適當(dāng)?shù)?D 圖像,在不同深度出現(xiàn)不同的圖像內(nèi)容。
      表觀圖像(或者像素的表觀位置)10、 11、 12的一個(gè)例子在圖1中 示出為對(duì)于由箭頭13指示的特定視角以及對(duì)于透鏡的特定調(diào)整的虛線 框。如線所示,在光學(xué)透鏡陣列2左邊的透鏡被調(diào)整為無(wú)限聚焦長(zhǎng)度, 即它們基本上沒(méi)有光學(xué)作用,并且因此導(dǎo)致表觀圖像10和2D顯示器1 重合。在光學(xué)透鏡陣列2的中間的五個(gè)透鏡被示出調(diào)整到不同的"中間" 聚焦長(zhǎng)度,并且因此形成了在2D顯示器1和光學(xué)透鏡陣列2之間的表觀 圖像11。右邊的五個(gè)透鏡被示出調(diào)整到"低的"聚焦長(zhǎng)度并且因此形成 了與中間像素的表觀圖像11相比更靠近光學(xué)透鏡陣列2的右邊像素的表觀圖像12。透鏡的效果以及因此表觀圖像10、 11、 12的位置通過(guò)以虛線 表示的、從每個(gè)像素發(fā)出的、經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡陣列2、經(jīng)過(guò)擋光板的光學(xué)開(kāi) 口的、在觀看方向13上的光線來(lái)示出。
      對(duì)于僅具有水平角度分辨率的顯示器,透鏡優(yōu)選具有圓柱形形狀并且 擋光板3的光學(xué)開(kāi)口優(yōu)選是細(xì)長(zhǎng)的垂直帶,該帶沿著與圓柱形透鏡的中 心軸平行的方向上延伸。對(duì)于同時(shí)具有水平和垂直角度分辨率的顯示器, 透鏡優(yōu)選具有球形形狀并且擋光板的光學(xué)開(kāi)口優(yōu)選被定義為每個(gè)透鏡一 個(gè)形狀,例如圓形、方形、三角形等等。
      由于在改變觀看位置時(shí)光學(xué)前端相對(duì)于顯示器的不同對(duì)準(zhǔn),該顯示器 將不會(huì)示出與常規(guī)使用的傳統(tǒng)多視點(diǎn)顯示器精確地相同。這個(gè)不想要的 可視效果可通過(guò)在將其應(yīng)用到光學(xué)透鏡之前通過(guò)低通濾波深度信息D, 和/或擴(kuò)大前景目標(biāo)(考慮引入深度光暈)來(lái)減小。
      為了簡(jiǎn)化,圖2說(shuō)明了圖1的3D顯示器1的單個(gè)像素20。與2D顯 示器1、光學(xué)透鏡陣列2和擋光板3相關(guān)的各個(gè)物理參數(shù)以及產(chǎn)生的效果 在圖2中進(jìn)行了說(shuō)明。顯示器的像素20的寬度由Wr表示。光學(xué)透鏡陣列 2的光學(xué)透鏡22被調(diào)整為聚焦長(zhǎng)度f(wàn),并且被配置為距像素20為dd的距 離。擋光板23被配置為距光學(xué)透鏡22的中心為db的距離。僅示出了擋 光板23的一個(gè)光學(xué)開(kāi)口。該光學(xué)開(kāi)口的寬度由Wb表示。產(chǎn)生的像素20 的表觀圖像21用位于與像素20距離為da的虛線框來(lái)表示。基于圖2, 以下可被確定
      2D顯示器分辨率^ (1)
      a脅-2tan一1— (2)
      3D顯示器視角—
      cc由-2ta《 , (3) 一種有效"視點(diǎn)"的角度 2^ 《
      有效"視點(diǎn)數(shù)量" ^
      P = J 《 (5)
      相對(duì)亮度輸出 ^
      《屋 (6)
      表觀深度 /如果觀看者在視角之外,3D圖像自身將重復(fù),類(lèi)似于傳統(tǒng)多視點(diǎn)顯 示器提供的多個(gè)區(qū)域。
      表觀深度的總范圍由最大透鏡光焦度(最小為f),以及類(lèi)似于現(xiàn)有多
      視點(diǎn)顯示器由視點(diǎn)數(shù)量Nviews限定。
      擋光板2可以被制成為可調(diào)整的,從而實(shí)現(xiàn)在線可調(diào)整的3D顯示特 征。擋光板的這種調(diào)整可包括相對(duì)于透鏡機(jī)械地或者光學(xué)地調(diào)整其位置,
      例如通過(guò)使得開(kāi)口的形狀、尺寸和位置可調(diào)整的擋光板。通過(guò)調(diào)整Wb,
      可以調(diào)整亮度和有效視點(diǎn)數(shù)量之間的折中(以及由此的深度效應(yīng)的數(shù)
      對(duì)于Nviews=l (以及處于"關(guān)"模式的所有透鏡),顯示器回到2D 模式。
      大多像素化的2D顯示器具有所謂不相關(guān)的偽細(xì)節(jié);在像素中具有一 些不應(yīng)該被看見(jiàn)的結(jié)構(gòu),例如RGB點(diǎn)圖案應(yīng)當(dāng)足夠小從而在觀看者的感 觀分辨率極限之下。這種偽細(xì)節(jié)可造成光學(xué)前端的干擾。這可通過(guò)將光
      學(xué)前端的分辨率(Wr)選擇為比最小偽細(xì)節(jié)更好(更小的Wr)來(lái)解決。
      對(duì)于RGB點(diǎn)圖案,這可使得Wr被選擇為像素尺寸的0.1-1倍。其它的解 決方式有例如在相對(duì)于透鏡的適當(dāng)角度對(duì)準(zhǔn)RGB點(diǎn)圖案。這僅僅應(yīng)用于 水平或垂直視差前端(不是二者)。典型的,由于RGB點(diǎn)圖案,透鏡應(yīng) 當(dāng)基本垂直地對(duì)準(zhǔn)。
      本發(fā)明的一個(gè)重要特征是對(duì)于每個(gè)觀看位置,每個(gè)透鏡的僅僅一部分 用于光輸出。因此,很強(qiáng)的透鏡能夠與基于視點(diǎn)和透鏡內(nèi)位置的聚焦長(zhǎng)
      度f(wàn)一起使用。被稱(chēng)為透鏡光學(xué)能力測(cè)量值的數(shù)值孔徑,Wr/f,通常由大
      約1進(jìn)行約束,限制了傳統(tǒng)多視點(diǎn)顯示器的性能。根據(jù)本發(fā)明可使用超 出這個(gè)限制的透鏡。然而,通??烧{(diào)整透鏡具有比固定透鏡更低的光學(xué)
      能力。因此,我們假設(shè)我們的透鏡被限制到Wr/f 1的數(shù)值孔徑,其給出 了dj勺深度范圍
      從(2)禾口 (7)可知能夠自由地調(diào)整3D顯示器的觀看角度ad一ay和 深度范圍。對(duì)于tana化p^ 1,深度范圍等于前端的位置dd。對(duì)于較小觀看角度0^phy,深度范圍增加。
      在優(yōu)選實(shí)施例中,以下值是優(yōu)選的Wr lmm, Wb 0.1mm, db 2mm 以及dd lcm。這些值使得adlsplay 28。, Nviews 10, da 0—2cm以及 卩 0.1。
      當(dāng)前,可調(diào)整透鏡在Philips Research內(nèi)能以不同的形式得到,例如 通過(guò)電潤(rùn)濕或液體聚焦,以及通過(guò)如在當(dāng)前可切換2D/3D顯示器中使用 的雙折射LC材料。多個(gè)透鏡層可被堆疊來(lái)增加數(shù)值孔徑。固定擋光板可 被輕松制造,并且可調(diào)整的擋光板等同于高分辨率的黑/白透射顯示器(不 需要純黑/白,比如灰度級(jí))。在每個(gè)像素可調(diào)整的版本中存在擋光板它 們僅是沒(méi)有背光的灰度級(jí)LCD面板。例如基于雙折射LC材料的、具有 Wr lmm的可調(diào)整透鏡可通過(guò)當(dāng)前技術(shù)輕松的制造。
      對(duì)于顯示器僅需要的處理是深度D到da的轉(zhuǎn)換以及對(duì)于透鏡的適當(dāng) 驅(qū)動(dòng)信號(hào),以獲得適當(dāng)?shù)木劢归L(zhǎng)度f(wàn)。這是相對(duì)簡(jiǎn)單的處理,其僅包括基 于像素的操作(不是像素間的操作)。該處理典型地包括從D縮放到da, (例如使用專(zhuān)利申請(qǐng)WO2003058556A1 "Method of and scaling unit for scaling a three-dimens. Model and display apparatus"), 隨后是透鏡適應(yīng)馬區(qū)
      動(dòng)器,該驅(qū)動(dòng)器必須應(yīng)用一個(gè)從da到透鏡驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的、可能為非線性 的已知映射。
      顯示器像素、透鏡和擋光板的寬度(wr)在上面的描述中被選擇為相 等,但是它們可稍微不同。使用Wr;dlsplay~wr;lens+5 wr;barrier+2S來(lái)使得每個(gè) 像素的視角被定位于對(duì)于每個(gè)像素稍微不同,在一些觀看位置得出公共 的"焦點(diǎn)"。這在傳統(tǒng)多視點(diǎn)顯示器中是常用手段。 一旦其被完成,"焦 點(diǎn)"在任意觀看位置都可行。
      在權(quán)利要求中包括附圖的參考標(biāo)記,僅用于清楚的目的。這些附圖中 對(duì)于示例性實(shí)施例的參考不應(yīng)當(dāng)以任何方式理解為對(duì)權(quán)利要求的限制。
      權(quán)利要求
      1、一種適于將光學(xué)深度信息附加到二維圖像(1)的光學(xué)系統(tǒng),該光學(xué)系統(tǒng)包括-配置在二維圖像(1)前方的光學(xué)透鏡陣列(2),其中光學(xué)透鏡的聚焦長(zhǎng)度可響應(yīng)于光學(xué)深度信息(D)進(jìn)行調(diào)整,-配置在光學(xué)透鏡陣列(2)前方的擋光板(3),其中擋光板(3)的光學(xué)開(kāi)口與光學(xué)透鏡陣列(2)的光學(xué)透鏡對(duì)準(zhǔn)。
      2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中光學(xué)透鏡陣列(2)的光學(xué)透 鏡的尺寸基本上等于或小于二維圖像(1)的分辨率。
      3. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)系統(tǒng),其中二維圖像(l)包括多個(gè)像素。
      4. 如權(quán)利要求3所述的光學(xué)系統(tǒng),其中光學(xué)透鏡陣列(2)的光學(xué)透 鏡的尺寸基本上等于或小于二維圖像(1)的像素。
      5. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中擋光板(3)是固定擋光板。
      6. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)系統(tǒng),其中擋光板(3)是可調(diào)整的從而 允許調(diào)整附加光學(xué)深度的特性。
      7. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中光學(xué)透鏡的聚焦長(zhǎng)度對(duì)于每 個(gè)透鏡可單獨(dú)調(diào)整。
      8. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)系統(tǒng),其中光學(xué)透鏡陣列(2)的透鏡從 以下選擇電潤(rùn)濕透鏡、流體聚焦透鏡以及雙折射LC材料的透鏡。
      9. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),還包括空間低通濾波器,其適于 用來(lái)在調(diào)整透鏡的聚焦長(zhǎng)度之前對(duì)深度信息(D)進(jìn)行空間低通濾波。
      10. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中光學(xué)透鏡具有基本為圓柱形 的形狀,以及其中擋光板(3)的光學(xué)開(kāi)口具有基本為細(xì)長(zhǎng)的形狀。
      11. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中光學(xué)透鏡具有基本為球形的 形狀,以及其中擋光板(3)的光學(xué)開(kāi)口的形狀從以下選擇圓形、三角 形和矩形。
      12. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng),其中光學(xué)透鏡陣列(2)包括基 本為二維陣列光學(xué)透鏡的兩個(gè)或多個(gè)陣列的堆疊。
      13. —種將光學(xué)深度信息應(yīng)用到二維圖像的方法,該方法包括以下步驟-將光學(xué)透鏡陣列應(yīng)用在二維圖像的前方,-將擋光板應(yīng)用在光學(xué)透鏡陣列的前方,其中擋光板的光學(xué)開(kāi)口與 光學(xué)透鏡陣列的光學(xué)透鏡對(duì)準(zhǔn),以及-響應(yīng)于光學(xué)深度信息來(lái)調(diào)整光學(xué)透鏡的聚焦長(zhǎng)度。
      14. 一種三維顯示設(shè)備,其適于接收包括深度信息(D)的視頻信號(hào) (RGBD),該三維顯示設(shè)備包括-配置來(lái)顯示表示視頻信號(hào)(RGBD)的二維圖像(1)的顯示器, 以及-光學(xué)系統(tǒng),其包括-配置在二維圖像(1)前方的光學(xué)透鏡陣列(2),其中光學(xué)透鏡的聚焦長(zhǎng)度可響應(yīng)于視頻信號(hào)(RGBD)的深度信息(D)進(jìn)行調(diào)整,-配置在光學(xué)透鏡陣列(2)前方的擋光板(3),其中擋光板(3) 的光學(xué)開(kāi)口與光學(xué)透鏡陣列(2)的光學(xué)透鏡對(duì)準(zhǔn)。
      全文摘要
      一種對(duì)二維圖像(1)附加光學(xué)深度信息的光學(xué)系統(tǒng)或前端,其中光學(xué)系統(tǒng)包括配置在二維圖像(1)前方的光學(xué)透鏡陣列(2)。光學(xué)透鏡具有可響應(yīng)于光學(xué)深度信息(D)進(jìn)行調(diào)整的聚焦長(zhǎng)度(光焦度)。擋光板(3)配置在光學(xué)透鏡陣列(2)的前方,其光學(xué)開(kāi)口與光學(xué)透鏡陣列(2)的光學(xué)透鏡對(duì)準(zhǔn)。這種光學(xué)前端可被用于基于已知2D顯示器的3D顯示器,該2D顯示器包括LCD、LCOS、等離子體和CRT類(lèi)型的顯示器。這種3D顯示器不會(huì)受到由于多個(gè)視角造成的分辨率損失的困擾。在適于像素化的2D顯示器的實(shí)施例中,光學(xué)透鏡的陣列優(yōu)選在每個(gè)像素上具有一個(gè)透鏡。擋光板(3)可被固定或可調(diào)整來(lái)允許調(diào)整附加光學(xué)深度的特性。擋光板(3)的透鏡和開(kāi)口可被定形從而適于水平視角或垂直視角或者二者。透鏡陣列(2)可基于電潤(rùn)濕透鏡、流體聚焦透鏡或者雙折射LC材料的透鏡。透鏡陣列(2)可通過(guò)堆疊兩個(gè)或多個(gè)透鏡陣列來(lái)形成。
      文檔編號(hào)H04N13/00GK101300519SQ200680040799
      公開(kāi)日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
      發(fā)明者P·-A·雷德特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司
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