專利名稱：立體顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及立體顯示技術(shù)。
背景技術(shù)：
立體觀測是其中觀看者通過向觀看者的左眼視點呈現(xiàn)圖像的第一投影并向觀看者的右眼視點呈現(xiàn)相同場景的但不同的第二投影來感知在二維顯示器上展現(xiàn)的圖像中的深度的視覺過程。立體觀測在觀看者的兩個眼睛中的不同水平位置中具有感受域的雙眼細(xì)胞中的視覺皮層中被處理。雙眼細(xì)胞只有在它的優(yōu)選刺激處于左眼中的正確位置中和右眼中的正確位置中、使雙眼細(xì)胞成為差異檢測器時才是活動的。當(dāng)觀看者盯住主要對象時， 觀看者的兩個眼睛會聚，使得對象出現(xiàn)在兩個眼睛中的視網(wǎng)膜的中心處。該主要對象周圍的其它對象看起來關(guān)于主要對象移位。由于每個眼睛處于不同的水平位置中，所以每個眼睛對提供不同的視網(wǎng)膜圖像的場景具有略微不同的遠(yuǎn)景(perspective)。當(dāng)這兩個投影的相對取向是正確的時候，觀看者的大腦理想地將圖像之間的視差解釋為單個無失真三維圖像。近年來，使得觀看者能夠用二維顯示器來執(zhí)行立體觀測的立體顯示技術(shù)的到來已被贏得關(guān)注和接受。使用典型的立體顯示技術(shù)，要求觀看者佩戴控制被遞送到每個眼睛的視覺內(nèi)容的眼鏡。然而，通常情況是，僅對于某些觀看位置(諸如其中觀看者的視野與顯示器的中心正交的位置)而言，被觀看者接收到的投影的相對取向是正確的。相反，在這些觀看位置外面觀看同一顯示器的觀看者經(jīng)歷重投影誤差，其表現(xiàn)為被觀看者的眼睛接收到的視覺內(nèi)容的垂直不對準(zhǔn)。如果圖像是很不同的，則在某些情況下，每次可以看到一個圖像， 稱為雙眼競爭的現(xiàn)象。這些種類的視覺偽像對于大多數(shù)觀看者而言是漸增的，導(dǎo)致眼疲勞、 惡心、疲乏并且可能拒絕立體顯示技術(shù)。因此，僅僅在閾值以下的令人不愉快可能不足以允許其存在。立體顯示系統(tǒng)的設(shè)計者和制造商繼續(xù)尋求減少與典型立體顯示技術(shù)相關(guān)聯(lián)的不利影響的改進(jìn)。


圖1示出單個興趣點的兩個視點。圖2示出兩個不同圖像平面中的興趣點的各種位置。圖3A IBB示出兩個圖像平面的不對準(zhǔn)和對準(zhǔn)的核線的示例。圖4示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例配置的立體顯示系統(tǒng)的一般示意性表
7J\ ο圖5A 5C示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例產(chǎn)生的矯正圖像的示例。圖6示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例配置的第二立體顯示系統(tǒng)的示例。圖7示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例的用于立體顯示系統(tǒng)的3個子區(qū)域的色彩過濾方案的示例。
圖8示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例配置的第三立體顯示系統(tǒng)的示例。圖9示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例的用來創(chuàng)建場景的三個視圖區(qū)的四個照相機(jī)的示例。圖10示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例的用于觀看三維圖像的方法的控制流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的各種實施例針對立體顯示系統(tǒng)，其矯正并對準(zhǔn)被投射到觀看者的眼睛上的圖像對，從而使得顯示器的每個觀看者正確地感知三維圖像。特別地，顯示器觀看區(qū)域被劃分成子區(qū)域或子觀看區(qū)。本發(fā)明的立體顯示系統(tǒng)被配置為使得位于每個觀看區(qū)內(nèi)的觀看者被呈現(xiàn)以從其位置看起來被矯正且對準(zhǔn)的圖像對，使得每個觀看區(qū)內(nèi)的觀看者能夠正確地感知呈現(xiàn)在立體顯示系統(tǒng)的顯示器上的三維圖像。核面幾何的概述
已經(jīng)熟悉核面幾何和立體觀測的其它相關(guān)概念的讀者可以跳過本小節(jié)并前進(jìn)至標(biāo)題為立體顯示系統(tǒng)實施例的下一小節(jié)。本小節(jié)旨在為不熟悉核面幾何和立體觀測的讀者提供用于理解相關(guān)術(shù)語和標(biāo)記法的基礎(chǔ)，并旨在提供用于理解下述本發(fā)明的各種實施例的基石出。核面幾何表征立體視覺的幾何結(jié)構(gòu)。特別地，核面幾何表征在兩個照相機(jī)或觀看者的兩個眼睛從兩個不同位置觀看三維場景時創(chuàng)建的幾何關(guān)系和約束。圖1示出單個興趣點P的兩個視點V1和\。圖1包括位于點P與視點V1之間的第一虛擬圖像平面101和位于點P與視點V2之間的第二圖像平面102。圖像點X1和&分別是點P到圖像平面101和 102上的投影。點P及視點V1和視點V2形成稱為“核面”的平面104。由于兩個視點V1和 V2是不同的，所以每個視點投射到另一視點的圖像平面的不同點上。這兩個點在圖1中被表示為ei和％并被稱為“核點”。換言之，視點V1作為核點％投射到圖像平面102上，并且視點V2作為核點ei投射到圖像平面101上。視點V1和V2及核點ei和％位于稱為“基線” 的同一條線106上。如圖1的示例中所示，從V1前進(jìn)至P的線108在圖像平面101中從視Av1被看成單個圖像點Xl。沿著線108存在的諸如點P1和P2的任何點在圖像平面101中也被看成單個圖像點Xl。相反，同一條線108在圖像平面102中從視點V2被看成從％前進(jìn)至&的線 110，其中點P1和P2分別作為圖像點112和114出現(xiàn)在圖像平面102中。圖像平面102中的線110被稱為“核線”。對稱地，從V2前進(jìn)至P的線116在圖像平面102中從視點V2被看成單個圖像點&，但是在圖像平面101中被看成從ei前進(jìn)至X1的核線118。當(dāng)圖像點X1是已知的時，連同161 & 102與VjPV2之間的相對幾何結(jié)構(gòu)一起，能夠確定核線110且點P投射到圖像平面102的圖像點&上，圖像點&位于核線110上。因此，對于在一個圖像平面中觀察到的每個點而言，能夠在另一圖像平面中在已知核線上觀察到相同的圖像點。這提供了相應(yīng)圖像點滿足的“核線約束”。因此，可以測試兩個圖像點是否實際上對應(yīng)于三維空間中的同一個點。還可以如下那樣通過使兩個圖像點相關(guān)的3X3
基本矩陣戶來描述核線約束換言之，當(dāng)兩個圖像點X1和&滿足核線約束時，則由圖像點X1和&定義的射線是共面的。所有核面和核線在核點處相交(即共享同一條基線)，無論P(yáng)位于何處。圖2示出兩個不同圖像平面中的點P的各種位置。最初，點P在位置202處位于第一核面Q1內(nèi)。核面 Q1與圖像平面101和102相交，形成第一對核線204和206。點P被分別投射到核線204 和206的圖像點208和210上。當(dāng)點P移動時，點P在第二位置處位于第二核面θ 2內(nèi)。平面Q1* θ 2共享同一條基線。共享同一條基線的核面族被稱為“核心束(pencil)”或僅僅為“束”。核面θ 2與圖像平面101和102相交，形成第二對核線214和216。從視點V1看， 圖像點208從核線204移動至核線214上的圖像點218，并且從視點V2看，圖像點210垂直地從核線206移動至核線216上的圖像點220。另一方面，當(dāng)點P在核面θ 2內(nèi)水平地移動至第三位置222時，點P看起來是在各圖像平面中沿著核線移動。特別地，從視點V1看， 圖像點218看起來橫向地沿著核線214移動至圖像點224。相反，從視點V2看，圖像點220 看起來橫向地沿著核線216移動至圖像點226。立體圖像捕獲
在捕獲并觀看三維視頻呈現(xiàn)時有三個主要因素要考慮。首先，照相機(jī)的相對取向通常優(yōu)選地應(yīng)被對稱地配置為具有在無限遠(yuǎn)處的任一平行觀看或以某聚散度內(nèi)傾(toe in)。其次，顯示器表面相對于照相機(jī)捕獲和投影的取向應(yīng)理想地與照相機(jī)之間的基線成直角。這導(dǎo)致顯示器表面上的核線是平行的且被水平地布置。第三，在他/她在觀看區(qū)的中心位置中看三維呈現(xiàn)時觀察者與顯示器表面的相對取向，觀看者與場景成直角地看，這是最佳的。 然而，當(dāng)觀看者偏離中心定位時，該觀看者仍可以以直角來觀看，而正常的將注意顯示器的中心，在那里展現(xiàn)大部分動作。圖3A示出兩個不對稱地定位的照相機(jī)的示例。在圖3A的示例中，視點V1和V2表示兩個照相機(jī)的投影中心。圖像平面301和302對應(yīng)于由第一和第二照相機(jī)收集的圖像。 對于場景中的每個點P和兩個視點V1和V2而言，存在穿過P和連接視點V1和V2的基線304 的核面。基線304對應(yīng)于貫穿照相機(jī)的投影中心的線。在圖3A中表示的結(jié)構(gòu)將場景劃分成穿過基線304的核面的束，其中的許多被標(biāo)識為θ ρ θ 2、θ 3、θ η、θ n+1、θ n+2和θ η+3。從視點V1看，圖像平面301被定向為使得核面與圖像平面相交，創(chuàng)建對應(yīng)于每個核面的平行核線。例如，對應(yīng)于與圖像平面301相交的核面θ 3的核線306和對應(yīng)于與圖像平面301相交的核面θ 2的核虛線307是平行的。另一方面，從視點V2看，圖像平面302被定向為使得所述核面與圖像平面302相交，創(chuàng)建源自于位于基線304上的點的核線。例如，對應(yīng)于與圖像平面302相交的核面θ 3的核線308和對應(yīng)于與圖像平面302相交的核面θ 2的核虛線 309不是平行的且看起來源自于同一點。如圖3Α的示例中所示，圖像點310對應(yīng)于被投射到圖像平面301上的點P，并且圖像點312對應(yīng)于被投射到圖像平面302上的點P。然而，當(dāng)由兩個照相機(jī)捕獲的在核面θ3 中移動的點P的圖像被投射到公共顯示器表面上時，圖像平面301和302中的核線的不同取向在圖像平面中產(chǎn)生點的不同移動。例如，如圖3Α中所示，考慮在核面θ 3中與基線304 平行地移動點P。當(dāng)點P在核面θ 3內(nèi)從位置314移動至新位置316時，從視點V1看，圖像點310看起來水平地移動至新位置318。換言之，圖像點310沿著核線306移動。相反，從視點V2看，點P向下移動至新位置320的左側(cè)。換言之，圖像點312沿著核線308移動，其不與在圖像平面301中觀察到的圖像點的移動對準(zhǔn)。由于兩個圖像平面301和302的核線之間的不對準(zhǔn)，如果觀看者將如在這些圖像中捕獲的那樣進(jìn)行觀察，則他/她將看到點P的兩個不同類型的移動，并且這些將與良好的三維感知不相容。因此，觀看者隨著時間的推移將可能經(jīng)歷眼疲勞、疲乏和惡心。顯示系統(tǒng)實施例的作用將是通過使這些核線在兩個眼睛之間達(dá)到一致來改善這種狀況，如圖3B中所示。為了避免上述問題，應(yīng)針對對稱捕獲來對照相機(jī)進(jìn)行定向(即平行或內(nèi)傾)?？梢允褂梅Q為“矯正單應(yīng)性”的變換來校正由照相機(jī)產(chǎn)生的圖像。例如，圖3B示出可以如何使用矯正單應(yīng)性來用平行于圖像平面301的核線且平行于基線304的核線從圖3A的圖像平面302產(chǎn)生合成的圖像平面322的示例。此圖像現(xiàn)在被適當(dāng)?shù)亟Y(jié)構(gòu)化以用于顯示。無論什么相對照相機(jī)取向(諸如圖3A)，幾乎始終都存在提供(deliver)此平行結(jié)構(gòu)化的矯正變換 (例外的是當(dāng)核點實際上在圖像中時，在這種情況下，映射不再是單射的)。圖像點310沿著核線306在圖像平面301中的移動未改變，并且現(xiàn)在在合成的圖像平面322中，點320還水平地移動至新位置324。因此，由兩個照相機(jī)捕獲的點314的移動是一致的，因為圖像平面 301和322的核線處于一致，并且與基線304處于一致，消除了眼疲勞、疲乏和惡心。立體顯示系統(tǒng)
為了改善的立體視覺體驗，本發(fā)明的實施例針對使得在觀看區(qū)的特定位置中分組的觀看者能夠接收單獨的左眼和右眼矯正圖像以用于被投射到顯示器上的圖像的三維觀看的立體顯示系統(tǒng)。圖4示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例配置的立體顯示系統(tǒng)400。顯示系統(tǒng)400包括顯示器402、被劃分成諸如左、中心和右子區(qū)域405 407的子區(qū)域的觀看區(qū) 404以及成對的立體投影儀409 411，每對立體投影儀對應(yīng)于子區(qū)域中的一個。顯示器 402可以是能夠在那里投射圖像以便被位于觀看區(qū)404中的觀看者觀看的白色或銀白色表面。每對立體投影儀包括由表示的左眼投影儀，其向顯示器402上投射用于在相應(yīng)的子區(qū)域中分組的觀看者的左眼的圖像，以及由Pk表示的右眼投影儀，其向顯示器402上投射用于在相應(yīng)的子區(qū)域中分組的觀看者的右眼的圖像。由單個立體投影儀產(chǎn)生的用于左眼和右眼的單獨圖像稱為“圖像對”。例如，如圖4中所示，立體投影儀409包括向顯示器402上投射用于在子區(qū)域405中分組的觀看者的左眼圖像的左眼投影儀412和向顯示器402上投射用于在子區(qū)域405中分組的觀看者的右眼圖像的右眼投影儀414。每對投影儀被配置并定向為使得觀看區(qū)404的相應(yīng)子區(qū)域中的觀看者接收到圖:3B中所示的水平結(jié)構(gòu)。請注意，本發(fā)明的立體顯示系統(tǒng)實施例不限于被再分成僅三個觀看子區(qū)域的觀看區(qū)和三個相應(yīng)的立體投影儀?？梢詫@示系統(tǒng)實施例配置為在觀看區(qū)的任何適當(dāng)配置中具有任何適當(dāng)數(shù)目的觀看子區(qū)域和相應(yīng)的立體投影儀。然而，為了簡單起見，下面針對具有僅被再分成三個子區(qū)域的觀看區(qū)的立體顯示系統(tǒng)來描述本發(fā)明的實施例，每個子區(qū)域具有相應(yīng)的一對立體投影儀?？梢酝ㄟ^確定被封裝在可以從上述基本矩陣F和核點導(dǎo)出的照相機(jī)投影矩陣 f中的一組參數(shù)來實現(xiàn)捕獲及顯示已矯正圖像對的處理。照相機(jī)矩陣f是視點從實際三維場景到二維圖像中的點的映射。照相機(jī)矩陣f使得能夠?qū)崿F(xiàn)所獲取圖像的重新投影以匹配觀看區(qū)的各種子區(qū)域中的觀看者的觀看要求。例如，雖然觀看者的眼睛之間的基線與觀察照相機(jī)之間的基線是固定的，但合成投影的取向可以是可變的。特別地，遙攝合成圖像平面使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有與任何觀看姿勢相當(dāng)?shù)暮司€對準(zhǔn)的圖像對。因此，可以使用照相機(jī)矩陣P來對用立體照相機(jī)捕獲的兩個圖像進(jìn)行重新采樣和矯正以滿足與如下觀看區(qū)的特定子區(qū)域相關(guān)聯(lián)的觀看要求。由于預(yù)期觀看者朝著顯示器的中心看且處于直角，所以與每個子區(qū)域相關(guān)聯(lián)的投影儀被設(shè)立為產(chǎn)生基本上相同的水平結(jié)構(gòu)。觀看者的眼睛具有與照相機(jī)類似的掃描線結(jié)構(gòu)，雖然觀看者在球的內(nèi)側(cè)上而不是如照相機(jī)那樣在圖像平面上創(chuàng)建圖像。對于第一種近似而言，并且為了簡單起見，可以將觀看者的眼睛視為平面。當(dāng)觀看者定位于中心的側(cè)面并與屏幕的中心成非直角地觀看顯示器時，此模型開始失效。返回到圖4，位于中心子區(qū)域406中的觀看者以與顯示器402的中心成基本上直角看顯示器402。每個觀看者的眼睛掃描線被以與顯示器的表面反射捕獲和矯正的圖像掃描線近似相同的方式定向。對于每個視野而言，眼球至眼球基線平行于屏幕(例如在上文參考圖3B所述的照相機(jī)捕獲情況下)且不存在垂直差異或不對準(zhǔn)。圖5示出針對位于中心子區(qū)域406中的成組的觀看者的左眼和右眼創(chuàng)建的合成圖像平面501和502的示例。視點八和 Vp表示觀看者的眼睛的左眼和右眼視點。對于位于圖4中所示的中心子區(qū)域406中的一組觀看者而言，立體投影儀410被配置和定向為使得觀看者接收具有平行核線的左眼圖像和右眼圖像。用于左眼視點八的圖像平面501的核線是平行的，并且用于右眼視點Vk的圖像平面502的核線也是平行的。圖5還揭示了圖像平面501和502的核線基本上平行于在該組觀看者的眼睛之間延伸的基線503。另一方面，對應(yīng)于在中心子區(qū)域406的左側(cè)和右側(cè)定位的子區(qū)域的立體投影儀被配置并定向為調(diào)整被投射到顯示器上的圖像的核線以映射到位于各子區(qū)域中的觀看者的每個眼睛中的核線。例如，考慮位于左子區(qū)域405中的觀看者并假設(shè)該觀看者在顯示器402 的中心處向右看(即，觀看者不是正在以直角觀看顯示器402)。圖5B示出位于觀看區(qū)中的中心的左邊的觀看者的示例視野。在圖5B的示例中，觀看者通過由圓圈507和508表示的左和右眼球看到顯示屏506。圖5B還包括近似觀看者的眼睛的實際圖像區(qū)域的左眼和右眼圖像平面509和510。不同于位于諸如子區(qū)域406的中心子區(qū)域中的觀看者，對于位于左子區(qū)域中的觀看者而言，觀看者的眼球至眼球基線512不平行于顯示屏506 ；而是，其與屏幕相交。結(jié)果，從左子區(qū)域中的觀看者的觀察點看，在顯示器506上展現(xiàn)的對象經(jīng)歷投影變換，其使某些部分相對于他的眼球掃描線垂直地移動，被投射到屏幕上的任何平行線看起來朝著顯示器506的右側(cè)會聚。例如，如圖5B中所示，交錯的平行線518看起來朝著顯示器506的右側(cè)520會聚。頭和眼球旋轉(zhuǎn)可以改善此效應(yīng)一在觀看者注視的地方，將不存在垂直不對準(zhǔn)，但是將存在此位置的左側(cè)和右側(cè)的不對準(zhǔn)。圖5C示出采用依照本發(fā)明的實施例中的一個或多個執(zhí)行的圖像校正的位于觀看區(qū)中的中心的左邊的同一觀看者的示例視野。為了針對圖5B中所示的視覺分散進(jìn)行校正， 如圖5C的示例中所示，諸如投影儀409的相應(yīng)的左眼和右眼投影儀被配置為使被投射到顯示器506上的圖像對沿著垂直方向朝著顯示器506的右側(cè)伸展，如由方向箭頭522所指示的，并且使圖像對朝著顯示器的左側(cè)收縮，如由方向箭頭5M所指示的，從而使得顯示器 506上的核線映射到每個觀看者的眼睛中的核線。換言之，如圖5C的示例中所示，由觀看者的眼睛507和508捕獲且被顯示在左眼和右眼圖像平面509和510上的線518的圖像看起來被校正了(即，平行)，如同觀看者正坐在觀看區(qū)的中心子區(qū)域中一樣。對于位于右子區(qū)域407中的觀看者而言，觀看者的眼球至眼球基線也以與位于左子區(qū)域405中的觀看者類似的方式不平行于屏幕，如圖5B中所示。從右子區(qū)域407中的觀看者的觀察點看，被投射到屏幕上的任何平行線看起來朝著顯示器402的左側(cè)會聚。如同位于左子區(qū)域405中的觀看者一樣，在觀看者注視的地方，將存在類似的視覺效果；在左側(cè)和右側(cè)將發(fā)生誤差。為了校正這些視覺分散，類似于在圖5C中呈現(xiàn)的圖像校正，相應(yīng)的投影儀411被配置為使被投射到顯示器402上的圖像對沿著垂直方向朝著顯示器402的左側(cè)伸展并使圖像對朝著顯示器的右側(cè)收縮，從而使得顯示器402上的核線映射到子區(qū)域407 的每個觀看者的眼睛中的核線。由觀看者的眼睛捕獲的圖像也看起來被校正了，如同觀看者正坐在觀看區(qū)的中心子區(qū)域中一樣。產(chǎn)生從顯示屏到觀看者的眼球的投影以改善任何對準(zhǔn)問題。換言之，應(yīng)將顯示器上的圖像預(yù)配置為使得其核線與該觀看區(qū)中的觀看者的等同觀看核線結(jié)構(gòu)(印ipolar structuring)最好地對準(zhǔn)。此處理是近似的，因為不同的觀看者將具有不同的取向。目標(biāo)是在一般意義上使不舒適最小化，并且通過提供觀看者在其內(nèi)部將具有可接受的感知的區(qū)來完成這一點。返回到圖4，顯示系統(tǒng)400還包括由觀看者佩戴的眼鏡416。該眼鏡被配置為具有與成對的立體投影儀中的一個或多個的左眼和右眼濾光器相對應(yīng)的左眼和右眼濾光透鏡。 如圖4中所示，由&來表示左濾光器，并由！^來表示右濾光器。為了使每個觀看者體驗在顯示器402上顯示的圖像的立體視覺，每個觀看者佩戴一對眼鏡416，從而使得由左眼投影儀產(chǎn)生的左眼圖像到達(dá)觀看者的左眼而不是觀看者的右眼，并且由右眼投影儀產(chǎn)生的右眼圖像到達(dá)觀看者的右眼而不是觀看者的左眼。例如，當(dāng)位于左子區(qū)域405中的一組觀看者中的每個佩戴一副眼鏡416時，由左眼投影儀412產(chǎn)生的圖像進(jìn)入每個觀看者的左眼且由右眼投影儀414產(chǎn)生的圖像進(jìn)入每個觀看者的右眼但反之不是這樣，確保了位于左子區(qū)域 405中的該組觀看者中的每個體驗到立體視覺。本發(fā)明的實施例確保了位于一個觀看子區(qū)域中的各組觀看者專有地看到意圖用于該子區(qū)域的投影且并不是也看到意圖用于其它子區(qū)域的投影。例如，如果位于中心子區(qū)域406中的該組觀看者還能夠看到意圖用于位于左子區(qū)域405中的該組觀看者的投影，則中心子區(qū)域中的該組觀看者將看到由立體投影儀410產(chǎn)生的被正確地矯正的圖像對，但是他們還將看到由立體投影儀409產(chǎn)生的圖像對。意圖用于位于左子區(qū)域中的觀看者的圖像對于位于中心子區(qū)域中的觀看者而言將看起來是失真的，導(dǎo)致混淆、視覺分散和包括眼疲勞、疲乏和惡心的可能的其它令人不愉快的副作用。圖6示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例配置的立體顯示系統(tǒng)600的示例。顯示系統(tǒng)600包括顯示器602、被劃分成觀看子區(qū)域A、B和C的觀看區(qū)604、以及對應(yīng)的立體投影儀A、B和C。顯示器602可以是能夠在那里投射圖像以便被觀看區(qū)604中的觀看者觀看的白色或銀白色表面。在本實施例中，可以將立體投影儀A、B和C放置在一個位置中。每對立體投影儀被配置為投射已矯正的左眼和右眼圖像，其包括用于位于相應(yīng)觀看子區(qū)域中的各組觀看者的圖像對，如上所述的那樣。例如，立體投影儀Pm和Pak針對位于子區(qū)域A中的所述組觀看者向顯示器602上投射已矯正的左眼和右眼圖像。如圖6的示例中所示，每對立體投影儀還包括對應(yīng)于特定子區(qū)域的左眼和右眼濾光器。例如，左眼投影儀Pm包括左眼濾光器Fi且右眼投影儀Pak包括右眼濾光器Fak。在本實施例中，位于觀看子區(qū)域中的每個觀看者還佩戴具有與立體投影儀的左眼和右眼濾光器相對應(yīng)的左眼和右眼透鏡濾光器的一副眼鏡，形成與每個子區(qū)域相關(guān)聯(lián)的濾光器系統(tǒng)。例如，位于子區(qū)域A中的該組觀看者中的每個佩戴一副眼鏡A，該眼鏡A被配置有與左眼投影的左眼濾光器Fi匹配的左眼濾光透鏡且被配置有與右眼投影儀Pak的右眼濾光器Fak匹配的右眼濾光透鏡Fak。眼鏡和立體投影儀的相應(yīng)的左眼和右眼濾光器確保了由立體投影儀產(chǎn)生的圖像對到達(dá)相應(yīng)子區(qū)域中的觀看者的左眼和右眼，并且還不能被位于其它子區(qū)域中的觀看者看到。例如，左眼投影儀P皿的左眼濾光器和一副眼鏡B的左眼濾光透鏡F皿確保了被左眼投影儀~投射到顯示器602上的左眼圖像能夠在位于子區(qū)域B中的觀看者的左眼中被觀看。其余濾光器防止由左眼投影儀IV投射的左眼圖像被觀看到?？梢詷?biāo)記與每個子區(qū)域相關(guān)聯(lián)的眼鏡，從而使得選擇從特定子區(qū)域觀看顯示器 602的觀看者選擇與該子區(qū)域相關(guān)聯(lián)的適當(dāng)?shù)囊桓毖坨R。例如，可以使用彩色編碼(color coding)來使眼鏡與觀看區(qū)的特定子區(qū)域匹配。在某些實施例中，為了確保位于特定子區(qū)域中的一組觀看者能夠?qū)Ｓ械赜^看意圖用于該子區(qū)域的圖像對，每個子區(qū)域可以具有不同的一對關(guān)聯(lián)的快門眼鏡(shutter glass)。該快門眼鏡被用來通過使左眼和右眼透鏡透明度和暗度與由相應(yīng)的左眼和右眼投影儀投射的圖像同步來創(chuàng)建三維圖像的幻影。特別地，一對快門眼鏡的每個透鏡包括具有偏振濾光器的液晶層，所述偏振濾光器具有透鏡在施加適當(dāng)電壓時變暗、但透鏡以其它方式為透明的的性質(zhì)。通過在右眼上暗和左眼上透明之間交替來操作快門眼鏡，并且然后該快門眼鏡被突然與右眼上透明和左眼上暗進(jìn)行切換。一只眼睛上透明和另一只眼睛上暗之間的切換與相應(yīng)的投影儀對的刷新率同步。例如，當(dāng)右眼是透明的，相應(yīng)的右眼投影儀向顯示器602上投射用于右眼的圖像時，左眼是暗的，并且左眼投影儀不在進(jìn)行投射。透鏡被切換，從而使得當(dāng)左眼是透明的，相應(yīng)的左眼投影儀向顯示器602上投射用于左眼的圖像時， 而右眼是暗的，并且右眼投影儀不在進(jìn)行投射。當(dāng)然，必須選擇視圖集成時間和亮度水平以保證連續(xù)無閃爍的接收，其影響快門頻率和展寬(dwell)。在其它實施例中，每個子區(qū)域可以具有配置有偏振的左眼和右眼濾光器的不同的一副關(guān)聯(lián)眼鏡。例如，可以將立體投影儀A和眼鏡A的左眼和右眼濾光器Fal和Fak配置為分別透射左旋圓偏振光和右旋圓偏振光；可以將立體投影儀B和眼鏡B的左眼和右眼濾光器!V和Fbk配置為分別透射水平偏振光和垂直偏振光；并且可以將立體投影儀C和眼鏡C 的左眼和右眼濾光器Fa和Fra配置為分別透射45°偏振光和-45°偏振光。在其它實施例中，可以使用偏振濾光器的不同組合且可以使用具有其它偏振角的濾光器，雖然用于偏振的兩個相移的線性組合在單獨使用時并不支持超過兩個離散化。在其它實施例中，為了確保位于特定子區(qū)域中的一組觀看者能夠?qū)Ｓ械赜^看意圖用于該子區(qū)域的圖像對，每個子區(qū)域可以具有不同的一對關(guān)聯(lián)的左眼和右眼濾色器。圖7 示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例的用于三個子區(qū)域A、B和C的濾色方案的示例。在圖 7的示例中，在原色區(qū)域被識別為紅色、綠色和藍(lán)色的情況下示出了可見電磁光譜的一部分 700。藍(lán)色光具有從約450 nm至約495 nm范圍的波長，綠色光具有從約495 nm至約570 nm范圍的波長，而紅色光具有從約620至約750 nm范圍的波長?？梢允褂眠m當(dāng)?shù)乃{(lán)色、綠
10色和紅色光的強(qiáng)度來產(chǎn)生有用范圍的色彩。可以將被選擇用于每個子區(qū)域的左眼和右眼濾光器配置為透射在可見光譜的紅色、綠色和藍(lán)色部分的不同段內(nèi)的波長，以便確保位于特定子區(qū)域中的一組觀看者能夠?qū)Ｓ械赜^看在色彩上意圖用于該子區(qū)域的圖像對。圖7包括能夠用來識別與子區(qū)域A、B和C的左眼和右眼濾光器相對應(yīng)的可見光譜的各段的圖案的圖例702。例如，如圖7中所示，立體投影儀和眼鏡A的左眼濾光器F皿通過對應(yīng)于可見光譜的第一組的藍(lán)色、綠色和紅色波長范圍的各段704 706，并且立體投影儀Pak和眼鏡A 的右眼濾光器Fak通過對應(yīng)于可見光譜的第二組的藍(lán)色、綠色和紅色波長范圍的各段707 709。第一和第二組的藍(lán)色、綠色和紅色波長范圍確保了子區(qū)域A中的每個觀看者的左眼看到投影的彩色投影而不是投影儀Pak的投影，并且子區(qū)域A中的每個觀看者的右眼看到投影儀Pak的彩色投影而不是投影儀的投影?，F(xiàn)在考慮立體投影儀Pa和眼鏡C的左眼濾光！Fa通過對應(yīng)于可見光譜的第三組的藍(lán)色、綠色和紅色波長范圍的各段710 712， 并且立體投影儀Ρ。κ和眼鏡C的右眼濾光器Fra通過對應(yīng)于可見光譜的第四組的藍(lán)色、綠色和紅色波長范圍的各段713 715。第三和第四組不同于第一和第二組，確保了子區(qū)域A中的觀看者不能看到在子區(qū)域C中投射的圖像對，并且反之亦然。請注意本發(fā)明的實施例不限于從觀看區(qū)604的后面向顯示器602上投射，如在典型的劇院環(huán)境中那樣。在其它實施例中，立體投影儀可以位于觀看區(qū)之上的任何地方并向顯示器602上進(jìn)行投射。仍在其它實施例中，立體投影儀可以位于觀看區(qū)604的前面和顯示器602的后面。圖8示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例配置的立體顯示系統(tǒng)800的示例。顯示系統(tǒng)800與上述顯示系統(tǒng)600幾乎相同，除了顯示器802位于立體投影儀A、B和 C與觀看區(qū)604之間之外。眼鏡濾光器和與立體投影儀相關(guān)聯(lián)的濾光器被以與上文參考立體顯示系統(tǒng)600所述的濾光器相同的方式配置和操作?？梢砸黄鸩捎么藶V光和遮蔽機(jī)構(gòu)(shuttering mechanism)的組合以提供圖像視圖區(qū)(view zone)的組合選擇。例如，可以存在4頻率下的遮蔽(2個視圖區(qū))，每個使用12 波段的濾色(4組3波段RGB濾光器，再次地2個視圖區(qū))，并且因此支持觀看區(qū)內(nèi)的四個觀看子區(qū)域。本發(fā)明的實施例還包括提供其它視點，兩者都投影地提供(delivery)對準(zhǔn)的核線且與從觀看環(huán)境中的觀看者的角度看的感知取向匹配。這可以針對η個立體視圖區(qū)用n+1 個照相機(jī)來實現(xiàn)，其中，相鄰照相機(jī)提供能夠被獨立于其它各對矯正并重新采樣以匹配其預(yù)定觀看取向的不同視圖對。圖9示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例的用來創(chuàng)建場景的三個視圖區(qū)的四個照相機(jī)的示例。如圖9的示例中所示，相鄰照相機(jī)C1和C2形成第一立體視圖區(qū)902，相鄰照相機(jī)C2和C3形成第二立體視圖區(qū)904，并且相鄰照相機(jī)C3和C4形成第三立體視圖區(qū)906。每個立體視圖區(qū)中的成對的照相機(jī)可以被配置和定向為捕獲在無限遠(yuǎn)處的任一平行的觀看，或者在采用一用以聚焦的聚散度觀看時被傾斜(toe)，如上文參考圖 3A所述?？梢詫τ烧障鄼C(jī)C1和C2捕獲的圖像對進(jìn)行矯正和重新采樣以產(chǎn)生由上文所述的立體投影儀Pm和Pak投射的左眼和右眼圖像；可以對由照相機(jī)C2和C3捕獲的圖像對進(jìn)行矯正和重新采樣以產(chǎn)生由上文所述的立體投影儀~和Pbk投射的左眼和右眼圖像；以及可以對由照相機(jī)C3和C4捕獲的圖像對進(jìn)行矯正和重新采樣以產(chǎn)生由上文所述的立體投影儀 Pcl和P 投射的左眼和右眼圖像。圖10示出依照本發(fā)明的一個或多個實施例的用于觀看三維圖像的方法的控制流程圖。請注意，以下步驟不限于圖10中所示和現(xiàn)在描述的順序。在步驟1001中，圖像對被從相應(yīng)的投影儀對投射到顯示器上，如上文參考圖4、6和8所述。在步驟1002中，在觀看區(qū)的子區(qū)域中選擇性地觀看圖像對，如上文參考圖4、6、7和8所述。在步驟1003中，矯正圖像對以產(chǎn)生能夠在子區(qū)域中被專有地觀看的三維圖像，如上文參考圖4和5所述。
出于解釋的目的，前述描述使用特定命名來提供本發(fā)明的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見的是不要求特定細(xì)節(jié)以便實施本發(fā)明。本發(fā)明的特定實施例的前述描述是出于舉例說明和描述的目的提出的。其并不旨在是窮舉的或使本發(fā)明局限于所公開的精確形式。很明顯，鑒于以上教導(dǎo)，許多修改和變化是可能的。示出并描述實施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，以從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠最好地利用本發(fā)明及具有如適合于預(yù)期的特定用途的各種修改的各種實施例。意圖在于由以下權(quán)利要求及其等同物來限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種立體顯示系統(tǒng)(400)，包括顯示器(402)；觀看區(qū)(404)；以及一對或多對立體投影儀(409 411)，每對立體投影儀對應(yīng)于觀看區(qū)的子區(qū)域，其中， 每對立體投影儀向顯示器上投射圖像對，其對于位于相應(yīng)子區(qū)域中的觀看者而言將看起來被基本矯正了，該觀看者專有地觀看該圖像對，使得他們能夠感知呈現(xiàn)在顯示器上的三維圖像。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每對立體投影儀還包括左眼投影儀(412)，被配置為投射所述圖像對的圖像，其對于位于所述相應(yīng)子區(qū)域中的所述一個或多個觀看者的所述左眼而言看起來被基本矯正了 ；以及右眼投影儀(414)，被配置為投射所述圖像對的圖像，其對于位于所述相應(yīng)子區(qū)域中的所述一個或多個觀看者的所述右眼而言看起來被基本矯正了。
3.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一個或多個濾光器系統(tǒng)，其中，每個濾光器系統(tǒng)與所述觀看區(qū)的子區(qū)域(604)和相應(yīng)的一對立體投影儀相關(guān)聯(lián)，每個濾光器系統(tǒng)被配置為使得在所述相關(guān)聯(lián)的子區(qū)域中的觀看者看到被所述相應(yīng)的立體投影儀投射到所述顯示器上的所述圖像對，而不是由不同的一對立體投影儀投射到所述顯示器上的所述圖像對。
4.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，每個濾光器系統(tǒng)還包括眼鏡，其被配置為具有被所述子區(qū)域中的觀看者佩戴的左眼濾光器和右眼濾光器；以及被放置在對應(yīng)于所述子區(qū)域的所述立體投影儀的左眼和右眼投影儀上的左眼濾光器和右眼濾光器，其中，對于所述子區(qū)域中的每個觀看者而言，所述左眼濾光器被配置為保證由所述左眼投影儀投射到所述顯示器上的左眼圖像專有地被所述觀看者的所述左眼看到， 并且所述右眼濾光器被配置為保證由所述右眼投影儀投射到所述顯示器上的右眼圖像專有地被所述觀看者的所述右眼看到。
5.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，每個濾光器系統(tǒng)還包括第一類型的濾色器(704 706)，其被配置為選擇性地通過電磁光譜的可見部分的藍(lán)色、綠色和紅色波長范圍的第一組的所選段；以及第二類型的濾色器(707 709)，其被配置為選擇性地通過所述電磁光譜的可見部分的藍(lán)色、綠色和紅色波長范圍的第二組的所選段。
6.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，每個濾光器系統(tǒng)還包括第一類型的偏振濾光器，其被配置為在第一偏振狀態(tài)下選擇性地使光通過；以及第二類型的偏振濾光器，其被配置為在第二偏振狀態(tài)下選擇性地使光通過。
7.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，每個濾光器系統(tǒng)還包括由相關(guān)聯(lián)的子區(qū)域中的所述觀看者佩戴的快門眼鏡，從而使得對于所述觀看區(qū)的每個子區(qū)域而言，由所述觀看區(qū)中的所述觀看者佩戴的所述快門眼鏡的交替的左眼和右眼透鏡透明和暗與該對立體投影儀的刷新率同步。
8.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，每個濾光器系統(tǒng)還包括提供用于所述子區(qū)域中的每個子區(qū)域的組合選擇的快門眼鏡與濾色器和/或偏振濾光器的組合。
9.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，與所述觀看區(qū)的中心子區(qū)域相關(guān)聯(lián)的立體投影儀對被配置和定向為使得位于所述中心子區(qū)域中的一組觀看者接收具有平行核線的左眼圖像和右眼圖像，該平行核線還基本上平行于被投射到所述顯示器上的圖像的掃描線。
10.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，與被定位到所述顯示器的第一側(cè)的所述觀看區(qū)的子區(qū)域相關(guān)聯(lián)的立體投影儀對被以下述方式配置和定向為示出被投射到所述顯示器上的圖像對，所述方式為使得它們看起來被基本上適當(dāng)?shù)亟Y(jié)構(gòu)化以用于該子區(qū)域中的核線對準(zhǔn)的觀看，并且與被定位到與所述第一側(cè)相對的第二側(cè)的所述觀看區(qū)的子區(qū)域相關(guān)聯(lián)的所述對被配置和定向為以下述方式示出被投射到所述顯示器上的圖像對，該方式為使得它們看起來被基本上適當(dāng)?shù)亟Y(jié)構(gòu)化以用于該子區(qū)域中的核線對準(zhǔn)的觀看。
11.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示器還包括白色或銀白色表面(602)，并且所述一個或多個立體投影儀在中心定位，從而使得所述圖像對被從所述觀看區(qū)后面或之上投射到所述顯示器上。
12.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示器還包括后投影顯示屏(802)，并且所述一個或多個立體投影儀位于所述觀看區(qū)的前面和所述顯示器的后面，從而使得圖像對被投射到面對位于所述觀看區(qū)中的觀看者的顯示器上。
13.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，由每對立體投影儀投射的圖像對是由用于η個立體視圖區(qū)的η+1個照相機(jī)創(chuàng)建的，其中，成對的照相機(jī)(1402 1406)提供被獨立于其它照相機(jī)對矯正和重新采樣的不同視圖對。
14.一種用于觀看三維圖像的方法，包括向顯示器上投射(1001) —個或多個圖像對，每個圖像對由一對立體投影儀產(chǎn)生；在觀看區(qū)的一個或多個相應(yīng)的子區(qū)域中選擇性地觀看(1002)所述一個或多個圖像對中的每一個，其中，在每個子區(qū)域內(nèi)，一個或多個觀看者專有地觀看所述相應(yīng)的圖像對；以及矯正(1003)所述一個或多個圖像對中的每一個，其中，在每個子區(qū)域內(nèi)，所述一個或多個觀看者感知呈現(xiàn)在所述顯示器上的所述三維圖像。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中，投射一個或多個圖像對還包括使用左眼投影儀(412)投射所述圖像對的圖像，其對于位于所述相應(yīng)子區(qū)域中的所述一個或多個觀看者的所述左眼而言看起來被基本矯正了 ；以及使用右眼投影儀(414)投射所述圖像對的圖像，其對于位于所述相應(yīng)子區(qū)域中的所述一個或多個觀看者的所述右眼而言看起來被基本矯正了。
全文摘要
本發(fā)明的各種實施例針對立體顯示系統(tǒng)。在一個實施例中，立體顯示系統(tǒng)包括顯示器(402)、觀看區(qū)(404)以及一對或多對立體投影儀(409～411)。每對立體投影儀對應(yīng)于觀看區(qū)的子區(qū)域。另外，每對立體投影儀向顯示器上投射矯正的圖像對，從而使得位于相應(yīng)子區(qū)域中的一個或多個觀看者專有地觀看該圖像對，使得子區(qū)域中的觀看者能夠感知呈現(xiàn)在顯示器上的三維圖像。
文檔編號H04N13/00GK102576154SQ200980162262
公開日2012年7月11日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者H.H.貝克 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)