CN101253778A - 三维图像显示设备、三维图像显示方法、及用于三维图像显示的计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

采用倾斜透镜片和观察者跟踪的立体显示器。一种三维图像显示设备，包括：二维图像显示屏幕，具有滤色器，其中，在通过在垂直方向上划分一个像素而获得的多个子像素上配置每种颜色，并且在每列子像素上配置同一颜色；光学板，具有射出瞳孔，所述射出瞳孔用于使得观看区域对于每个像素都不同，并具有被配置为以角度(θ)(θ≠0，－45°＜θ＜45°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的纵向轴，所述观看区域是在其中观察在所述二维图像显示屏幕上所显示的视差信息的区域；以及观看区域调整单元，通过在所述二维图像显示屏幕的水平方向上偏移所述观看区域来调整所述观看区域，其中，所述偏移是通过在所述垂直方向上对在所述二维图像显示屏幕的每个像素上配置的视差信息按像素进行偏移而实现的。

Description

三维图像显示设备、三维图像显示方法、及用于三维图像显示的计算机程序产品

技术领域

本发明涉及一种三维图像显示设备、一种显示三维图像的方法、以及用于显示三维图像的计算机程序产品，据此来显示视差信息。

本申请是基于2005年9月29日提交的在先日本专利申请No.2005-283478，并要求该申请的优先权；在此将该申请的整体内容引入作为参考。

背景技术

已知一种裸眼型三维图像显示设备，其中，在水平方向上对视差信息进行空间切割并将其呈现。观察者通过根据他/她的位置(进一步而言，是根据他/她的眼睛的位置)观察视差信息，来认知到三维图像。

很多三维图像显示设备具体构造为平板显示器(例如液晶显示器(LCD)和等离子显示面板(PDP))与由透镜阵列和针孔阵列等等所代表的光学板的组合。

在透镜的情况下，当FPD基本上位于透镜焦距位置处时，从FPD的一个像素中的一个点所发出的光线作为基本上平行的光射出。由于像素具有有限的尺寸，从像素发出的光在特定范围上入射。在针孔的情况下，从像素发出的光线穿过针孔，从而限制了光线射出的方向。通过使得光线射出的方向与获得要显示在射出光线的像素上的图像信息的方向彼此基本上一致，能够根据观察者的位置(进一步而言，是观察者的眼睛的位置)看到适合的图像。然后，图像被认知为三维图像。透镜和针孔被称为射出瞳孔(exit pupil)。

在这种裸眼型三维图像显示设备的结构中，需要将用于显示二维图像(其用来显示视差信息)的多个像素(即，要素图像(elementalimage))与用于显示三维图像的一个像素(透镜和针孔)相关联。

由于FPD的像素数量受到限制，因此存在一种折衷的相关性，即，如果视差信息增加，则三维图像的清晰度就减小，反之，如三维图像的清晰度增加，则视差数量就减少。为了抑制三维图像的清晰度的减少以及视差数量的减少，已知一种方法，用于仅仅在水平方向上呈现视差信息。因此，将这种仅仅在水平方向上呈现视差信息的三维图像显示设备称为水平视差型三维图像显示设备。

另一方面，当仅仅将有限数量的用于显示二维图像的像素分配给用于显示三维图像的一个像素(透镜和针孔)时，仅仅能够在有限范围内呈现视差信息，换而言之，能够观察到三维图像的范围受到限制。为了解决上述问题，已经存在一种方法，其执行对观察者位置的跟踪，从而对分配给用于显示三维图像的像素的一组用于显示二维图像的像素进行偏移，即，一种用于偏移要素图像显示位置的方法(例如，参考日本专利申请公开No.H09-233500)。

发明内容

然而，当射出瞳孔从显示屏幕的垂直方向倾斜时，水平视差型三维图像显示设备易于受到观察者位置变化的影响。具体而言，如果观察者移动，则在其中观察三维图像的观看区域在显示屏幕的水平方向上偏移。当水平视差型三维图像显示设备被设置为使得其显示表面是水平的，即所谓的平置型(flatbed)显示器时，该问题尤其明显。在平置型显示器中，y坐标受到观察者的位置与就座高度的影响，并且相对于垂直设置的设备而言更容易发生改变。

此外，二维图像显示设备与光学板的定位需要具有足够高的精度，因为该定位与三维图像显示设备的视域相关。在水平视差型设备中，有时以FPD的子像素间距来配置视差信息，以便增加水平视差数量。在该情况下，以子像素宽度(大约50μm)为偏移单位对视差信息进行偏移。当射出瞳孔从垂直位置倾斜时，需要为视域的设置初步定义俯角，即y坐标。因此，所述定位变得更为困难。

根据本发明的一个方面，一种三维图像显示设备，包括：二维图像显示屏幕，具有滤色器，其中，在通过在垂直方向上划分一个像素而获得的多个子像素上配置每种颜色，并且在每列子像素上配置同一颜色；光学板，具有射出瞳孔，所述射出瞳孔用于使得观看区域对于每个像素都不同，并具有被配置为以角度(θ)(θ≠0，-45°＜θ＜45°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的纵向轴，所述观看区域是在其中观察在所述二维图像显示屏幕上所显示的视差信息的区域；以及观看区域调整单元，通过在所述二维图像显示屏幕的水平方向上偏移所述观看区域来调整所述观看区域，其中，所述偏移是通过在垂直方向上对在所述二维图像显示屏幕的每个像素上配置的视差信息按像素进行偏移而实现的。

根据本发明的另一方面，一种用于在三维图像显示设备中显示三维图像的方法，所述三维图像显示设备具有：二维图像显示屏幕，具有滤色器，其中，在通过在垂直方向上划分一个像素而获得的多个子像素上配置每种颜色，并且在每列子像素上配置同一颜色；以及光学板，具有射出瞳孔，所述射出瞳孔用于使得观看区域对于每个像素都不同，并具有被配置为以角度(θ)(θ≠0，-45°＜θ＜45°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的纵向轴，所述观看区域是在其中观察在所述二维图像显示屏幕上所显示的视差信息的区域，该方法包括步骤：通过在垂直方向上对在所述二维图像显示屏幕的每个像素上配置的视差信息按像素进行偏移，来在所述二维图像显示屏幕的水平方向上偏移所述观看区域。

根据本发明的再另一方面的一种计算机程序产品使得计算机执行根据本发明的方法。

附图说明

图1示出了根据本发明的第一实施例的三维图像显示设备的整体结构；

图2示出了该三维图像显示设备的二维图像显示屏幕；

图3示出了与图2的二维图像显示屏幕相关联的光学板的斜线；

图4是示出图1所示的显示图像处理单元的功能性结构的框图；

图5示出了在图4中所示的设备信息保存单元所配置的视差信息的排列；

图6是在图5中所示的视差信息中，一个要素图像的放大视图；

图7A和7B示意性地示出了在要素图像的配置位置与观看区域之间的关系；

图8示出了要素图像阵列在水平方向上的偏移；

图9示出了图6中所示的要素图像阵列在垂直方向上偏移一个像素的结果；

图10示出了图9中所示的要素图像阵列在垂直方向上进一步偏移一个像素的结果；

图11示出了要素图像阵列偏移3个像素的结果；

图12示出了要素图像阵列偏移4个像素的结果；

图13是示出根据第一实施例的三维图像显示设备的位置位移校正处理的流程图；

图14示意性地示出了根据观察者在y方向上的移动的观察区域的偏移；

图15示出了平置型三维图像显示设备；

图16是用于解释在全景成像(integral imaging)***中的位置位移校正处理的图；

图17是用于解释在多透镜型***中的位置位移校正处理的图；

图18是根据第一实施例的三维图像显示设备中的显示图像处理单元的硬件结构的图；以及

图19是示出根据第二实施例的三维图像显示设备的视图。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述根据本发明的三维图像显示设备、三维图像显示方法以及用于三维图像显示的计算机程序产品。本发明并不局限于这些实施例。

图1是示出根据第一实施例的三维图像显示设备10的整体结构的视图。三维图像显示设备10包括：显示图像处理单元100，其控制视差信息的排列；二维图像显示屏幕200，其显示视差信息；以及光学板300，其控制来自二维图像显示屏幕200的光线。二维图像显示屏幕200包括液晶层201和滤色器层202。

在该实施例中的光学板300是透镜片。光学板300的纵向轴302相对于二维图像显示屏幕200的垂直方向向左倾斜arctan(1/4)。二维图像显示屏幕200根据其倾斜来显示视差信息。

仅仅需要将光学板300的纵向轴302相对于二维图像显示屏幕200的垂直方向倾斜一个预定的角度(θ≠0，-45°＜θ＜45°)，该倾斜角度不必局限于本实施例中的角度。

显示图像处理单元100通过改变在二维图像显示屏幕200上显示的视差信息的配置位置，来调整观看区域，其中，在观看区域中对在二维图像显示屏幕200上所显示的视差信息进行观察。

同时，在本实施例中，深度方向为z方向，在该深度方向上，观察者一侧为正。二维图像显示屏幕200的水平方向为x方向，在该方向上，观察者的右侧为正。二维图像显示屏幕200的垂直方向为y方向，在该方向上，上侧为正。

图2示出了二维图像显示屏幕200，在二维图像显示屏幕200上，正方形像素按阵列配置。每个像素都包括子像素231、232和233，其分别为R(红)、G(绿)和B(蓝)。

分别为R(红)、G(绿)和B(蓝)的每个子像素231、232和233按照该次序，沿着水平方向重复配置。在垂直方向上，每一列都由相同颜色的子像素组成。通过将滤色器层202适当地配置在显示屏幕上，来实现所述R(红)、G(绿)和B(蓝)子像素。

在此，将要描述将光学板300的纵向轴相对于所述子像素的列倾斜θ角度(≠0)的原因。在将水平配置的三个子像素R、G和B看作是一个像素并且将光学板300倾斜时，为了提高水平清晰度，用以下公式(1)来表示所显示的三维图像的水平清晰度H和垂直清晰度V：

H＝Horiginal×3÷N÷a

V＝Voriginal÷3×a                                  (1)

在此，Horiginal表示二维图像显示屏幕200的水平清晰度，而Voriginal表示二维图像显示屏幕200的垂直清晰度。此外，N表示视差数量，“a”表示作为光学板300的倾斜的结果，分配给水平清晰度的垂直清晰度的比率。

为了保持二维图像显示屏幕200的(也是在三维图像显示设备10中的)水平清晰度Horiginal与垂直清晰度Voriginal的比率，Horiginal和Voriginal需要满足以下公式(2)：

Horiginal∶Voriginal

＝(Horiginal×3÷N÷a)∶(Voriginal÷3×a)              (2)

从公式(2)推导出公式(3)，并且用公式(4)表示N：

3/(N·a)＝a/3                                          (3)

N＝(3/a)²                                          (4)

接下来，将要描述通过光学板的倾斜而将垂直分辨率分配给水平分辨率的原理。图3示出了光学板300相对于二维图像显示屏幕200的像素230的倾斜线310。在图3中所示的倾斜线310包括具有不同角度θ的3条倾斜线。由一个眼睛通过在光学板300的基本垂直的方向上连续配置的多个射出瞳孔之一，观察到与图3中的倾斜线310相对应的区域，其中，光学板300的焦距与二维图像显示屏幕200一致。当对在三维图像显示设备上显示的三维图像进行观察的观察者的位置(即观看位置)移动时，参考数字310所指示的区域相应地在水平方向上偏移。

当采用与上述像素相同的方式在垂直方向上连续地配置光学板300的射出瞳孔时，与传统的情况相同，对于通过光学板300(光学板300的中心与参考数字310所指示的区域一致)的射出瞳孔观察到其中心的像素而言，该像素或者是在一个列上的所有像素，或者不存在，从而使得参考数字310所指示的区域按照观察者的移动而进行的偏移所造成的两个状态的切换周期，与子像素的水平宽度一致。

另一方面，当其中心与参考数字310所指示的区域一致的像素的数量减少，并且由于光学板300的倾斜而使得参考数字310所指示的区域按照观察者的移动而移动时，其中心与该区域一致的像素的出现周期变为比子像素的水平宽度短。此外，当选择了像素中心时，必然存在未显示部分，其是在参考数字310所指示的区域中水平相邻的子像素的边界部分。

在图3中，示出了一个实例，其中，光学板300以在水平方向上每3个子像素对应垂直方向上的4个、5个以及6个子像素的比率倾斜。当光学板300以在水平方向上每3个子像素对应垂直方向上的4个、5个以及6个子像素的比率倾斜时，参考数字310所指示的区域与该像素之间的位置关系分别以每3个子像素、每4个子像素和每2个子像素的规律相同。即，相对于参考数字310所指示的区域具有相同的相对位置的像素(即，在通过在基本上垂直的方向上连续配置的多个射出瞳孔之一观察这些像素时，其被观察部分彼此相同)的数量分别减少到1/4、1/5和1/2。另一方面，在水平方向上，其中心与参考数字310所指示的区域相一致的像素，与垂直于这些像素的光学板中的像素的周期相比，以子像素宽度的1/4、子像素宽度的1/5和子像素宽度的1/2的周期出现。换而言之，水平清晰度分别增加4倍、5倍和2倍。

当用子像素间距来划分视差信息时，子像素的形状影响视差信息的分布程度。例如，用作二维图像显示设备的液晶显示器，被设计为使得3个RGB子像素形成一个正方形像素。此外，在用于显示多条垂直直线(例如字符)的设计中，频繁地使用垂直带状设置的滤色器。因此，在此将子像素的形状设定为具有比率：垂直长度∶水平长度＝3∶1，如图3所示。

当将分散在不同的3个列上的3个子像素而不是在水平方向上在同一行中的3个相邻子像素，看作是一个像素时，为了提高在三维图像显示设备中的水平清晰度，通过公式(5)定义光学板的倾斜度θ：

θ＝arctan(1/n)                                       (5)

在公式(5)中，n是任意整数。其中心与参考数字310所指示的区域相一致的像素的出现周期变为子像素宽度的1/n。从而，每个子像素的水平清晰度提高了n倍，并且在水平方向上彼此相邻且其中心以1/n的周期与参考数字310所指示的区域相一致的3个RGB子像素(其在垂直方向上并不一致)，形成一个像素(三元组(triplet))。因此，由公式(6)给出分配给水平清晰度的垂直清晰度的比率“a”：

a＝3/n                                        (6)

换而言之，当显示三维图像时，三元组的RGB子像素的可观察位置轻微地偏移(这时，3个RGB子像素的中心与参考数字310所指示的区域彼此不一致)。实际上，即使是在参考数字310所指示的区域与像素中心不一致的状态中，也通过射出瞳孔在视觉上认知到一部分像素，从而存在在其中能够同时观看到基本上一致的RGB子像素的区域。因此，在图3的情况下，θ＝arctan(1/4)、arctan(1/5)和arctan(1/6)，并且分配给水平清晰度的垂直清晰度的比率“a”分别变为a＝3/4、3/5和1/2。

因此，通过满足n与N之间的关系以便满足上述公式(4)并且使得光学板根据公式(5)进行倾斜，使得在水平方向上和垂直方向上的清晰度的降低能够彼此相一致。即，N和n被设计为满足以下公式(7)：

N＝n²                                       (7)

图4是显示图像处理单元100的功能性结构的框图。显示图像处理单元100包括视差信息准备单元101、视差信息保存单元102、设备信息保存单元104、视差信息配置单元110、观看位置位移检测单元120、调整信息保存单元122、调整信息获取单元124、偏移量确定单元130、偏移方向确定单元132、要素图像阵列偏移单元134、以及剩余部分处理单元140。

视差信息准备单元101准备视差信息。具体而言，视差信息准备单元101准备其尺寸比二维图像显示屏幕200的屏幕尺寸大的视差信息。视差信息保存单元102保存由视差信息准备单元101所准备的视差信息。设备信息保存单元104保存设备信息。如在此所使用的，设备信息意欲表示关于二维图像显示屏幕200和光学板300的信息，具体而言，设备信息是关于屏幕尺寸、子像素的颜色对齐等等的信息。

视差信息配置单元110将由视差信息保存单元102所保存的视差信息配置在二维图像显示屏幕200上的每个像素上。这时，视差信息配置单元110基于由设备信息保存单元104所保存的设备信息，确定每个视差信息的配置位置。

图5示出了根据由设备信息保存单元104所保存的设备信息而配置的视差信息400。在图4中所示的视差信息包括从第一视差信息到第十六视差信息总共16个视差信息。在每个像素中显示的数字指示视差信息的编号。

如图4所示，将具有相同参考数字的视差信息配置在与光学板300的纵向轴302的倾斜角度(θ)相对应的位置上。例如，沿着以倾斜角度θ倾斜的倾斜线312配置第一视差信息。此外，沿着以倾斜角度θ倾斜的倾斜线314配置第四视差信息。

图6是示出在图5中所示的视差信息400的一个要素图像410的放大视图。要素图像410是用于显示与用以显示三维图像的一个像素相对应的视差信息的多个子像素的组合。第一实施例的要素图像410包括沿着水平方向的15个像素和沿着垂直方向的4个像素。此外，沿着垂直方向的边界位置随着该边界在垂直方向上向下走，而向右偏移一个子像素，要素图像410基本上为平行四边形。

观看位置位移检测单元120检测在作为预先在三维图像显示设备10中假定的观察者位置的观看位置与观察者实际位置之间的位移，即，观看位置位移。此外，观看位置位移检测单元120检测观看位置位移程度。

具体而言，观看位置位移检测单元120通过图像识别检测观察者头部位置的x坐标，并执行跟踪。此外，当由此获得的x坐标与假定观看位置的x坐标不一致时，观看位置位移检测单元120检测该差异作为位置位移。此外，观看位置位移检测单元120检测该位移作为在x方向上的观看位置位移量。此外，观看位置位移检测单元120还检测在y方向上的观看位置位移和观看位置位移量。

同时，当三维图像显示设备10设置为垂直时，在y方向上的观看位置位移并不重要。因此，在该情况下，可以仅检测在x方向上的观看位置位移和观看位置位移量。此外，当三维图像显示设备10是平置型显示器(flatbed display)时，可以仅检测在y方向上的观看位置位移和观看位置位移量。

调整信息保存单元122保存调整信息。所述调整信息是，例如光学板位置位移量，其指示在三维图像显示设备10使用过程中光学板300的设定角度的位移程度，以及当将光学板300附着到二维图像显示屏幕200上时产生的附着位置的位移程度。调整信息获取单元124获得用户所输入的调整信息，并使调整信息保存单元122保存该信息。

根据第一实施例的三维图像显示设备10能够通过调整视差信息的配置位置，根据观看位置位移和调整信息来在二维图像显示屏幕200的水平方向上偏移观看区域。以下，将描述为此目的的功能和结构。

偏移量确定单元130基于观看位置位移检测单元120所检测的观看位置位移量以及调整信息保存单元122所保存的调整信息，确定要素图像阵列的偏移量。在此，参考图7A和7B详细描述偏移量确定单元130的处理。图7A和7B示出了要素图像阵列的配置位置与观看区域之间的关系。

例如，在其中观察配置在配置位置210、212和214上的要素图像阵列的区域为观看区域512。此外，在其中观察配置在配置位置220、222和224上的要素图像阵列的区域为观看区域514，其中，配置位置220、222和224是在z方向上分别从配置位置210、212和214开始的移动。

即，当观察者头部位置从位置510移动到位置520时，通过根据观察者的移动量在x方向上偏移要素图像阵列的配置位置，能够在保持要素图像阵列中的每个视差信息的配置的同时，将观看区域转向观察者的方向并同时保持三维图像的视觉效果。

更具体而言，当二维图像显示屏幕200与光学板300之间的间隙用“g”表示并且观察者的视距用“L”表示时，用于使观看区域跟随在x方向上移动了+x1的观察者的要素图像阵列偏移量(xe)用公式(8)表示：

xe＝-(g/L)×x1                                          (8)

换而言之，仅仅需要在x方向上将要素图像阵列偏移该偏移量(xe)。偏移量确定单元130通过使用观看位置位移检测单元120所检测的位置位移量，即量x1，来根据公式(8)确定该偏移量(xe)。

偏移方向确定单元132基于由偏移量确定单元130所确定的偏移量，确定要素图像阵列的偏移方向。在此，参考图8详细描述偏移方向确定单元132的处理。图8示出了要素图像阵列在水平方向上的偏移。当在水平方向上偏移要素图像时，仅仅能够按照像素(三元组)处理图像信息，像素是偏移的最小单位。

例如，假设如图5所示，将要素图像映射到二维图像显示屏幕200上。此外，将二维图像显示屏幕200的子像素间距设定为xsp。公式(9)定义了光学板300相对于透镜边缘线的垂直方向的位移角度(θ)：

θ＝atan(1/n)                                           (9)

其中，n为任意整数。

在上述条件下，以视距(L)呈现视差信息的间隔xp用公式(10)表示：

xp＝xsp×3/n×L/g                                    (10)

当按照像素偏移视差图像时，视域的偏移量xs的最小值用公式(11)表示：

xs＝xsp×3×L/g＝xp×n                               (11)

由于n是任意整数，因此从公式(11)能够看出，仅能够按照比呈现视差信息的间隔xp的单位更大的单位来偏移要素图像阵列。

例如，当采用15.4英寸的WUXGA面板时，子像素间距设定为57.5μm，g＝1.334mm，L＝400mm，并且要素图像410的映射如图6所示，则根据公式(10)，呈现视差信息的间隔xp为12.93mm。

另一方面，根据公式(11)，当在水平方向上按照像素间隔偏移要素图像410时，视域的偏移量最小为51.72mm，比间隔xp大。换而言之，当观察者在x方向上移动时，视域在水平方向上移动大约5cm后跟随着观察者，从而将其识别为浮动(flipping)。

通过在二维图像显示屏幕200的垂直方向上按像素偏移要素图像阵列，就可以进行与在水平方向上按一个子像素进行的偏移相类似的视域偏移。以下，将参考图9到12描述垂直方向上的偏移。

图9示出了将图6所示的要素图像阵列在垂直方向上偏移一个像素的结果。在图6中，第一视差信息配置在倾斜线312上。另一方面，在阵列在垂直方向上偏移了一个像素之后，如图9所示，第二视差信息配置在倾斜线312上。简而言之，通过将要素图像阵列在垂直方向上偏移一个像素，实现了与将要素图像阵列在水平方向上偏移一个视差信息的配置情况相类似的配置。

图10示出了将图9中所示的要素图像阵列在垂直方向上进一步偏移一个像素的结果。换而言之，图10示出了将图6中所示的要素图像阵列偏移两个像素的结果。在图10中，第三视差信息配置在倾斜线312上。

图11示出了将要素图像阵列偏移3个像素的结果。图12示出了将视差图像阵列偏移4个像素的结果。通过比较图11和8能够发现，当要素图像阵列在垂直方向上偏移了4个像素之后配置在倾斜线312上的视差信息以及当该阵列在水平方向上偏移1个像素之后配置在倾斜线312上的像素信息都是第五视差信息。

照这样，在垂直方向上的4个像素偏移对应于在水平方向上的1个像素偏移。换而言之，通过在垂直方向上进行一个像素的偏移，实现了在水平方向上的1/4像素的偏移。

例如，如上所述，当在水平方向上将要素图像阵列偏移1个像素时，视域偏移51.72mm。然而，当在垂直方向上将该阵列偏移一个像素时，能够以间距51.72mm/4mm来偏移视域。当将要素图像阵列在垂直方向上偏移1个像素时的视域偏移量，等于公式(10)所表示的间隔(xp)。

由于二维图像显示屏幕200的像素数量受到限制，因此间隔(xp)的值是有限的。在该条件下，能够使视域偏移于呈现视差信息的间隔(xp＝xs)。换而言之，在该***中，能够使视域完全平滑地跟随。

如上所述，利用要素图像阵列的垂直偏移，实现了观看区域在水平方向上的偏移并且在该偏移中的最小单位比在垂直方向上的偏移的最小单位小。则，偏移方向确定单元132根据偏移量确定单元130所确定的偏移量，确定要素图像阵列是在水平方向上还是在垂直方向上偏移。

当纵向轴302被倾斜以便形成如根据该实施例的光学板300中的向下的斜坡时，换而言之，当纵向轴的302的倾斜角度θ满足-45°＜θ＜0°时，要素图像阵列可以从二维图像显示屏幕200的顶部向底部向下进行偏移，以便将要素图像阵列从由观察者一侧所看到的二维图像显示屏幕200的右侧向左侧偏移。此外，要素图像阵列可以从二维图像显示屏幕200的下部向上偏移，以便将要素图像阵列从左侧向右侧偏移。

此外作为另一实例，当光学板300的纵向轴302斜着向左下方倾斜时，换而言之，当纵向轴的302的倾斜角度θ满足0°＜θ＜45°时，要素图像阵列可以从底部向顶部向上偏移，以便将要素图像阵列从右侧向左侧偏移。为了将要素图像阵列从左侧向右侧偏移，可以将要素图像阵列从顶部向底部偏移。

同时，三维图像本身随着要素图像阵列的偏移而向上或向下偏移。然而，由于该偏移量是像素间距与偏移量的乘积，因此例如即使是当如图11所示地将要素图像阵列偏移3个像素时，三维图像在垂直方向上的偏移也小到517.5μm(＝xsp×3×3)，因此三维图像的垂直偏移不会造成问题。

当偏移量等于或者小于该值时，在垂直方向上的偏移可能增大。可替换地，可以组合在水平方向上的偏移。在水平方向上的1个像素的偏移等于在垂直方向上的4个像素的偏移。因此，当该偏移量等于或者大于在水平方向上的一个像素时，可以组合在水平方向上的偏移量。因此，可以减小由要素图像阵列的偏移所生成的剩余部分。在此，该剩余部分意欲表示作为要素图像阵列的偏移结果，未为其分配视差信息的像素区域。例如，在图12中，区域420为剩余区域。

此外，通过照这样组合水平方向上的偏移和垂直方向上的偏移，可以使得由要素图像阵列的偏移所造成的三维图像显示位置的位移最小化。

再次描述图4。要素图像阵列偏移单元134将要素图像阵列在由偏移方向确定单元132所确定的偏移方向上偏移由偏移量确定单元130所确定的偏移量。剩余部分处理单元140将适合的图像分配给在要素图像阵列偏移单元134的偏移之后生成的剩余部分。具体而言，分配在偏移之前配置的要素图像阵列。

可替换地，可以预先保持要分配给剩余部分的图像并对其进行分配。例如，可以使用黑色图像作为这种图像。

如上所述，视差信息是其尺寸比二维图像显示屏幕200的屏幕尺寸大的信息。为了最小化在要素图像阵列偏移时所生成的剩余部分，生成其尺寸比二维图像显示屏幕200的屏幕尺寸大的信息。照这样，由于视差信息的尺寸比二维图像显示屏幕200的屏幕尺寸大，因此可以最小化剩余部分，并且即使是在要素图像阵列偏移时也能够准确地显示三维图像。

图13是根据第一实施例的三维图像显示设备10的位置位移校正处理的流程图。视差信息配置单元110基于由设备信息保存单元104保存的设备信息，确定视差信息的配置位置(步骤S100)。接下来，视差信息配置单元110将由视差信息保存单元102所保存的视差信息配置在所确定的配置位置上(步骤S102)。

接下来，偏移量确定单元130基于观看位置位移检测单元120所检测的观看位置位移量和由调整信息保存单元122所保存的调整值，确定偏移量(步骤S104)。然后，偏移方向确定单元132基于设备信息保存单元104所确定的偏移量，确定偏移方向(步骤S106)。进一步，要素图像阵列偏移单元134偏移要素图像阵列(步骤S108)。进一步，视差信息配置单元110将适合的图像分配给由该偏移所生成的剩余部分(步骤S110)。以此，位置位移校正处理结束。

上述位置位移校正处理可以在三维图像显示设备10的制造时执行，或者在三维图像显示设备10售出之后根据用户的命令执行。

首先，描述观看位置位移的校正处理。当观察者向y方向移动时，可以通过使观看区域在x方向上偏移，使观看区域向观察者移动的位置移动。

图14示出了按照观察者在y方向上的移动，观看区域的偏移。如图14所示，当观察者在观察方向(1)(即z方向，其是二维图像显示屏幕200的法线方向)上观察三维图像时，观察到在观看位置(1)上的像素。如果观察者向方向(2)和(3)移动，则观看位置相应地分别偏移到位置(2)和位置(3)。

因此，当观察者的y坐标变动时，视差信息相对于射出瞳孔的位置或者射出瞳孔相对于视差信息的位置对应地在x方向上移动。换而言之，当观察者向y方向移动时，观看区域向x方向偏移。

当水平视差型三维图像显示设备被设置为使得其显示表面是水平的时，即当该设备被用作平置型显示设备时，观看区域随着观察者在y方向上的移动而发生的偏移尤其明显。

图15示出了平置型的三维图像显示设备10。如图所示，在平置型三维图像显示设备10的情况下，观察者从上方向下观看三维图像显示设备10的屏幕。因此，观看位置的y坐标受到观察者的位置和就座高度的影响。因此，该观看位置与垂直设置的显示设备的观看位置相比更容易发生变化。

根据第一实施例的三维图像显示设备10能够以高精度处理这种在观看位置上的变化。

将会更加具体地对其进行描述。当观看位置在y方向上移动时(位移量：y1)，用公式(12)表示观看区域在水平方向上的偏移量xs：

xs＝b×L/g                                          (12)

在此，b是当观看位置在y方向上移动时，通过单个射出瞳孔观察到的二维图像显示设备的单个像素行中的水平位移宽度值，并且其用公式(13)表示

b＝a×tanθ                                         (13)

进一步，“a”表示在狭缝位置与观看位置之间的间隔宽度，并且其用公式(14)表示：

a＝g/tan                                       (14)

在此，tan由公式(15)定义：

tan ＝L/y1                                           (15)

因此，公式(12)被转换为公式(16)：

xs＝b×L/g

＝(g/tan)×tan×L/g

＝tanθ×L/tan                                      (16)

因此，如果上述水平视差型三维图像显示设备被水平设置为平置型显示器，并且以俯角45°对其进行观察，则与从前方观察该设备的情况(以俯角90°)的情况相比，观看区域在水平方向上偏移不超过100mm。

如果视差数量设定为N(在第一实施例中N＝16)，观看区域(VW)由公式(17)表示：

VW＝N×3/4×xsp×L/g                             (17)

因此，在第一实施例的情况下，VW＝206.89nm。此外，呈现视差信息的间隔(xp)为12.93mm，如上所述。

因此，如果观看区域偏移100mm，则其等效于观看区域偏移大约一半的长度。换而言之，如果在显示器上方倾斜着的观察者从显示器的正上方观看到在假设俯角为45°的情况下所设定的图像时，观察者的头部位置在视域的边缘上。

进一步，如果观察者的y坐标(L＝400mm)移动4cm，则观看区域在水平方向上偏移10mm，即大约一个视差。这在假设俯角困难时指示了透镜定位。

根据第一实施例的三维图像显示设备10能够解决上述问题。如已经描述的，根据第一实施例的三维图像显示设备10能够以12.93mm的最小单位偏移观看区域。

因此，如果观察者从俯角45°的位置移动到俯角90°的位置，则观察区域可以按照该移动而在垂直方向上偏移1到8个像素。进一步，当区域偏移4个像素或者更多时，能够组合在水平方向上的偏移。

在制造过程中执行二维图像显示屏幕200和光学板300的定位。当将光学板300附着到二维图像显示屏幕200上时，附着位置的位移，即光学板的位移成为问题。二维图像显示屏幕200和光学板300的对齐情况影响着三维图像显示设备10的观看区域，因此需要足够的精度。

在水平视差***中，存在以FPD的子像素间距配置视差信息以便增加水平视差数量的情况。在该情况下，以子像素宽度(大约50μm)为偏移单位对视差信息进行偏移。如果射出瞳孔从垂直方向倾斜，则需要在设定观看区域时假定俯角，即y坐标，这使得定位更为困难。

三维图像显示设备10能够根据光学板300的这种位移来校正观看区域。具体而言，如果用户输入这种光学板位移量，则调整信息获取单元124获得该光学板位移量作为调整信息，并将其保存。进一步，三维图像显示设备10根据该光学板偏移量来偏移要素图像阵列，并将偏移后的配置位置设定为缺省值。因此，能够补偿光学板300的位移。简而言之，通过恢复能够提高产出率。

此外，在制造过程中，通过从二维图像显示屏幕200的法线方向观看来附着光学板300，之后，测量俯角()。进一步，通过由用户输入俯角，调整信息保存单元122获得用户通过调整信息获取单元124输入的俯角，并将其保存。可以根据所保存的俯角来偏移要素图像410，并且可以将偏移后的配置位置设定为缺省值。因此，不管应用类型如何，都可以制造设备。

此外，存在用户想要使用在垂直设置和水平设置中的三维图像显示设备10。在该情况下，三维图像显示设备10能够根据从三维图像显示设备10本身的倾斜角度生成的位移量，来校正视域。具体而言，三维图像显示设备10的倾斜角度是通过用户输入获得的。进一步地，通过根据该设定角度偏移要素图像410，对于每种类型的应用都能显示适当的三维图像。

此外，存在光学板位移是根据在制造之后在时间上的变化而产生的情况。例如，这种位移可能是由出售之后的环境或者物理震动造成的。在该情况下，三维图像显示设备10能够根据光学板位移量来调整配置位置。

三维图像显示设备10保存在对这种光学板位移的校正时使用的、用于调整的图像，以使用该图像执行位移校正处理。以下，将描述采用全景成像***的情况。图16示出了在全景成像***中的位移校正处理。

当射出瞳孔的水平间距设定为子像素间距的整数倍时，从具有相同视差编号(相机编号)的像素射出的光线处于基本上平行的关系，如图16所示。

例如，假设仅仅示出了在图5中配置了第一视差信息的子像素，而其他子像素并未示出。当用一只眼睛在该状态下从与显示器相距L的观看位置530观察该显示器时，观察到具有固定间隔的、在垂直方向上延伸的发射线。

如果该间隔被设定为xt，则在其上配置了第一视差信息的像素之间的水平间隔被设定为pi，并且在其上配置了由一只眼睛同时看到的第一视差信息的像素之间的间隔被设置为pii，得到公式(18)到(20)：

pi＝xsp×N×3/n                                      (18)

pii＝pi×(xt/pi+1)                                     (19)

pii＝(L+g)/L×xt                                    (20)

通过将先前描述的公式代入公式(18)到(20)，能够得到公式(21)：

xt＝pii-pi

＝3×xsp×N/n/((L+g)/L-1)                           (21)

当将先前描述的条件代入公式(21)时，xt＝206.9mm。即，在视觉上将发射线识别为间隔约略高于20cm的垂直带。根据所图示的视差信息与光学板300的位置之间的关系，唯一性地确定发射线的显示位置。因此，通过使用于调整的图像与发射线的显示位置(x坐标)彼此对应，可以通过在视觉上识别发射线的位置位移和倾斜度来确认光学板位移。

例如，如果光学板位置在x方向上偏移1个子像素，则发射线位置偏移xs，xs由公式(22)表示：

xs＝xsp×L/g                                       (22)

当如图5所示地配置要素图像410时，当发射线在x方向上偏移xf时，要素图像阵列可以向下偏移(xf/xs)行。

当对其进行安装时，在用户处于观看位置处的条件下，例如，提供了一个按钮，其用于连续地将要素图像阵列向上或者向下偏移(水平地)，并使用户通过按下该按钮进行调整，直到发射线具有所希望的间隔为止。

发射线的理想显示位置可以用文档等等呈现，或者以某种方式在三维图像显示设备的用于三维图像的显示区域之外呈现(例如投射(casting))。

此外，可以通过将要素图像阵列在垂直方向上划分为两个部分，来准备包含用于定位的图像的要素图像阵列。在这两个部分中的一个部分上显示用于调整的图像(A)。进一步，在另一个部分上显示引导图像(B)，其用于指示应该将发射线显示在其上的x坐标。引导图像可以处于这样的情况：其中，点亮了所有与和要在其上指示发射线的x坐标相关的射出瞳孔相对应的要素图像。

当点亮了所有对应的要素图像时，从而就观看到在特定范围(＝观看区域)中的要素图像被点亮。因此，即使是射出瞳孔的位置偏移了一点，如果其没有偏移要素图像宽度的一半或者更多，则当由处于观看区域中的一只眼睛对其进行观察时，始终能够看到这些要素图像被点亮。在该条件下，包含要素图像阵列的整个图像(A+B)被向上和向下偏移，以及向右和向左偏移，从而使得在(B)范围内点亮的透镜的x坐标和在(A)范围内点亮的透镜的x坐标彼此基本上一致。

接下来，描述多透镜***的情况。图17示出了在多透镜***中的位置位移校正处理。该多透镜***的射出瞳孔的水平间隔设定为L/(L+g)，其是子像素间距的整数倍。从而，如图17所示，从配置了相同视差信息的像素射出的光线被聚焦在观看距离L处的位置540。

例如，假设仅示出了配置第一视差信息的子像素(其与图5中所所示的配置情况相同)，而未示出其他子像素。在该情况下，如果由一只眼睛在距离L处观察图像，则该图像被观察为使得整个图像被点亮。然而，如果从偏离所设计的视距L的一个点处对其进行观察，则所点亮的像素的范围缩小(仅仅看到处于观察者正前方的像素被点亮)。换而言之，当从略微偏离视距L的一个位置处观察图像时，能够确认光学板300的倾斜。例如，如果将光学板300附着到二维图像显示屏幕200并相对于二维图像显示屏幕200倾斜，则从偏离视距L的一个位置处观察到的点亮区域也倾斜。进一步，当光学板300的附着位置在x方向上偏移，则看到整个图像都没有点亮。

因此，当使用户操作该按钮来在上下方向上(水平地)偏移要素图像阵列以便点亮整个图像时，可以通过要素图像阵列的上下(垂直地)偏移来补偿透镜位置的位移。

图18是显示图像处理单元100的硬件结构的框图。作为硬件结构，显示图像处理单元100具有：只读存储器(ROM)52，其存储用于执行三维图像显示设备10中的位移校正处理的位移校正程序，等等；中央处理单元(CPU)51，其根据在ROM52中的程序，控制三维图像显示设备10的各个单元；随机存取存储器(RAM)53，其存储控制三维图像显示设备10所需的各种数据；通信接口(I/F)57，其通过连接到网络而进行通信；以及总线62，其将各个元件彼此相连。

上述的在显示图像处理单元100中的位移校正程序可以作为可安装或可执行文件而存储在计算机可读记录介质中并被提供，所述计算机可读记录介质例如为压缩光盘只读存储器(CD-ROM)、软(注册商标)盘(FD)、数字化视频光盘(DVD)等等。

在该情况下，显示图像处理单元100从上述记录介质读出并执行位移校正程序，将其加载到主存储器中，并且在主存储器中生成如上所述的软件结构中所解释的每个单元。

此外，第一实施例的位移校正程序可以被配置为存储在连接到网络(例如因特网等等)的计算机，并通过经由网络下载来提供。

虽然已经结合实施例描述了本发明，但是可以对上述实施例进行各种修改和改进。

图19是示出根据第二实施例的三维图像显示设备20的视图。根据第二实施例的三维图像显示设备20是便携类型的。根据第二实施例的三维图像显示设备10包括倾斜度检测单元210。

作为便携型三维图像显示设备20的一种使用模式，设想用户用他/她的手拿住该设备并观察在三维图像显示设备20上显示的三维图像。在该情况下，根据三维图像显示设备20与观看位置之间的相对角度，来偏移观看区域。

当用户用他/她的手拿住三维图像显示设备20时，该相对角度可能持续变化。则，除了检测用户的观看位置之外，还检测三维图像显示设备20本身的倾斜度。进一步，根据检测结果，检测观察者相对于二维图像显示屏幕200的相对位置位移和位移程度。

根据第二实施例的三维图像显示设备20的其他结构和处理与根据第一实施例的三维图像显示设备10相同。

其他优点和修改对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本发明在其更为广泛的方面并不局限于具体细节和在此所示出并描述的代表性实施例。因此，可以进行各种修改而不会脱离附带的权利要求及其等价物所定义的整体发明性概念的精神和范围。

Claims (19)

1、一种三维图像显示设备，包括：

二维图像显示屏幕，具有滤色器，其中，在通过在垂直方向上划分一个像素而获得的多个子像素上配置每种颜色，并且在每列子像素上配置同一颜色；

光学板，具有射出瞳孔，所述射出瞳孔用于使得观看区域对于每个像素都不同，并具有被配置为以某个角度(θ)(θ≠0，-45°＜θ＜45°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的纵向轴，所述观看区域是在其中观察在所述二维图像显示屏幕上所显示的视差信息的区域；以及

观看区域调整单元，通过在所述二维图像显示屏幕的水平方向上偏移所述观看区域来调整所述观看区域，其中，所述偏移是通过在垂直方向上对在所述二维图像显示屏幕的每个像素上配置的视差信息按像素进行偏移而实现的。

2、如权利要求1所述的三维图像显示设备，其中，所述观看区域调整单元通过在水平方向上按像素进一步偏移所述视差信息，来在所述水平方向上偏移所述观看区域。

3、如权利要求2所述的三维图像显示设备，还包括：

偏移方向确定单元，根据要由所述观看区域调整单元进行偏移的所述观看区域的偏移量，确定是在垂直方向上还是在水平方向上偏移所述视差信息，其中，

所述观看区域调整单元在所述偏移方向上，将所述视差信息偏移根据所述偏移量得到的像素数量。

4、如权利要求1所述的三维图像显示设备，其中，

所述光学板的射出瞳孔的纵向轴配置在以某个角度(-45°＜θ＜0°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的方向上，并且

在从所述二维图像显示屏幕的水平方向上的观察者一侧观看时，在将所述观看区域从右侧向左侧偏移时，所述观看区域调整单元在垂直方向上从顶部向底部按像素偏移所述视差信息。

5、如权利要求1所述的三维图像显示设备，其中，

所述光学板被配置在以某个角度(-45°＜θ＜0°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的方向上，并且

在从所述二维图像显示屏幕的水平方向上的观察者一侧观看时，在将所述观看区域从左侧向右侧偏移时，所述观看区域调整单元在垂直方向上从底部向顶部按像素偏移所述视差信息。

6、如权利要求1所述的三维图像显示设备，其中：

所述光学板被配置在以某个角度(0°＜θ＜45°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的方向上，并且

在从所述二维图像显示屏幕的水平方向上的观察者一侧观看时，在将所述观看区域从右侧向左侧偏移时，所述观看区域调整单元在垂直方向上从底部向顶部按像素偏移所述视差信息。

7、如权利要求1所述的三维图像显示设备，其中：

所述光学板被配置在以某个角度(0°＜θ＜45°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的方向上，并且

在从所述二维图像显示屏幕的水平方向上的观察者一侧观看时，在将所述观看区域从左侧向右侧偏移时，所述观看区域调整单元在垂直方向上从顶部向底部按像素偏移所述视差信息。

8、如权利要求1所述的三维图像显示设备，还包括：

观看位置位移检测单元，其检测观看位置位移量，所述观看位置位移量是在应该在其上对所述三维图像显示设备上所显示的三维图像进行观察的观看位置与观察者的实际位置之间的位移量；以及

观看区域偏移量确定单元，其基于所述观看位置位移量，确定所述观看区域的偏移量，其中，

所述观看区域调整单元以所述偏移量来偏移所述观看区域。

9、如权利要求8所述的三维图像显示设备，还包括：

观看位置保存单元，其保存所述观看位置，其中，

所述观看位置位移检测单元通过图像识别来识别所述观察者的位置，并且检测在所识别的观察者位置与由所述观看位置保存单元所保存的观看位置之间的差值，作为所述观看位置位移量。

10、如权利要求8所述的三维图像显示设备，其中：

所述观看位置位移检测单元检测在所述二维图像显示屏幕的水平方向上的所述观看位置位移量，并且

所述观看区域偏移量确定单元基于在所述水平方向上的所述观看位置位移量，确定所述观看区域的偏移量。

11、如权利要求8所述的三维图像显示设备，其中：

所述观看位置位移检测单元检测在所述二维图像显示屏幕的垂直方向上的所述观看位置位移量，并且

所述观看区域偏移量确定单元基于在所述垂直方向上的所述观看位置位移量，确定所述观看区域的偏移量。

12、如权利要求8所述的三维图像显示设备，还包括：

倾斜度检测单元，其检测所述二维图像显示屏幕的倾斜度；以及观看区域偏移量确定单元，其基于所述倾斜度，确定所述观看区域的偏移量，其中，

所述观看区域调整单元以所述偏移量来偏移所述观看区域。

13、如权利要求1所述的三维图像显示设备，还包括：

光学板位置位移量获取单元，其从外部获取光学板位置位移量，所述光学板位置位移量是在所述二维图像显示屏幕与所述光学板之间的位移量；以及

观看区域偏移量确定单元，其基于所述光学板位置位移量，确定所述观看区域的偏移量，其中，

所述观看区域调整单元以所述观看区域偏移量来偏移所述观看区域。

14、如权利要求1所述的三维图像显示设备，还包括剩余部分处理单元，其将所述视差信息配置在这样的像素上：其位于所述二维图像显示屏幕上，并且在所述视差信息偏移之后，不在其上配置所述视差信息。

15、如权利要求1所述的三维图像显示设备，还包括剩余部分处理单元，其将黑色图像配置在这样的像素上：其位于所述二维图像显示屏幕上，并且在所述视差信息偏移之后，不在其上配置所述视差信息。

16、如权利要求1所述的三维图像显示设备，还包括：

视差信息保存单元，其保存所述视差信息，所述视差信息的尺寸比所述二维图像显示屏幕的尺寸大，其中，

所述二维图像显示屏幕显示由所述视差信息保存单元所保存的所述视差信息。

17、如权利要求16所述的三维图像显示设备，还包括：

视差信息准备单元，其准备所述视差信息，所述视差信息的尺寸比所述二维图像显示屏幕的尺寸大，其中，

所述视差信息保存单元保存由所述视差信息准备单元所准备的所述视差信息。

18、一种用于显示三维图像的方法，包括以下步骤：

在包括以下的三维图像显示设备中：

二维图像显示屏幕，具有滤色器，其中，在通过在垂直方向上划分一个像素而获得的多个子像素上配置每种颜色，并且在每列子像素上配置同一颜色；

光学板，具有射出瞳孔，所述射出瞳孔用于使得观看区域对于每个像素都不同，并具有被配置为以某个角度(θ)(θ≠0，-45°＜θ＜45°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的纵向轴，所述观看区域是在其中观察在所述二维图像显示屏幕上所显示的视差信息的区域，

通过在垂直方向上对在所述二维图像显示屏幕的每个像素上配置的视差信息按像素进行偏移，来在所述二维图像显示屏幕的水平方向上偏移所述观看区域。

19、一种计算机程序产品，具有包含已编程指令的计算机可读介质，其中，所述指令在由计算机执行时，使得所述计算机执行：

在包括以下的三维图像显示设备中：

二维图像显示屏幕，具有滤色器，其中，在通过在垂直方向上划分一个像素而获得的多个子像素上配置每种颜色，并且在每列子像素上配置同一颜色；

光学板，具有射出瞳孔，所述射出瞳孔用于使得观看区域对于每个像素都不同，并具有被配置为以某个角度(θ)(θ≠0，-45°＜θ＜45°)从所述二维图像显示屏幕的垂直方向倾斜的纵向轴，所述观看区域是在其中观察在所述二维图像显示屏幕上所显示的视差信息的区域，

通过在垂直方向上对在所述二维图像显示屏幕的每个像素上配置的视差信息按像素进行偏移，来在所述二维图像显示屏幕的水平方向上偏移所述观看区域。

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