CN101361016A - 用于显示3d图像的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有提高的分辨率和扩展的基本三维空间的三维图像显示装置。该三维图像显示装置包括：显示器件(22)，其用于对多个视差图像进行采样、复用和显示，以实现三维图像；以及柱面透镜板(24)，其设置在所述显示器件(22)的正面，并且其垂直轴(25)相对于所述显示器件的垂直轴倾斜预定角度α，其中，包括在所述三维图像的基本三维图像中的视差图像的数量为7的倍数。

Description

用于显示3D图像的装置
技术领域
本发明涉及一种三维图像显示装置，更具体地，涉及一种即使在用于实现三维图像的视差图像(parallax image)的数量增大的情况下其分辨率不会劣化的三维图像显示装置。
背景技术
通常，不同的图像被输入到观看者的左眼和右眼，然后，这些图像在观看者的大脑中组合，感知到三维图像。为了形成这种三维图像，需要用于向观看者的左眼和右眼提供不同图像的装置。传统上，使用线偏振显示装置，该线偏振显示装置使用用于将图像分为左眼图像和右眼图像的一副三维眼镜。然而，这种线偏振显示装置的不便之处在于观看者必须佩戴三维眼镜。
因此，为了解决此问题，提出了不使用眼镜来形成三维图像的方法。在这些方法中，通过组合平板显示装置(例如液晶显示板(LCD)和等离子体显示板(PDP))和用于以观看者的不同观看角度分割图像的装置，来构造三维图像显示装置。根据用于以观看者的不同观看角度分割图像的装置，可建议各种方法，例如，利用柱面透镜片(lenticular lens sheet)的柱面透镜方法(lenticular method)、利用狭缝(slit)阵列片的视差栅格方法、利用微透镜(micro-lens)阵列片的积分照相方法(integralphotography method)以及利用扰动效应(disturbance effect)的全息(holography)方法。
在这些方法中，视差栅格方法的缺点在于狭缝阻挡了大部分光，因此屏幕的亮度下降。因为必须处理大量的数据，所以不大可能实现一体摄影方法和全息方法。因此，目前柱面透镜方法受到关注。
图1是示出了利用柱面透镜方法的传统三维图像显示装置的图。如图1所示，利用柱面透镜方法的三维图像显示装置包括：用于显示多个视差图像的平板显示装置10；以及设置在平板显示装置10的正面的柱面透镜板12。柱面透镜板12被设置为使得其垂直轴与平板显示装置10的垂直轴平行，并且与平板显示装置10间隔开预定距离，使得图像主要位于柱面透镜的聚焦表面(focus surface)上。
然而，传统的三维图像显示装置具有以下问题。
如图1所示，在利用柱面透镜方法(其使用4个图像)的传统三维图像显示装置中，垂直分辨率等于采样前的视差图像的分辨率，而水平分辨率减小为采样前的视差图像的分辨率的1/4。即，如图2所示，在传统的柱面透镜方法中，水平分辨率减小为1/n(n：视差图像的数量)。
为了解决上述问题，图3是示出根据本发明的三维图像显示装置的实施方式的分辨率的图。在图6中，柱面透镜12被设置为使得柱面透镜12的垂直轴16倾斜(tilt)预定角度α。提出了一种牺牲垂直分辨率来提高水平分辨率的方法。在图7中，使用9个视差图像来实现三维图像。如图所示，水平分辨率大约减小到传统二维图像的分辨率的1/3，而不是传统二维图像的分辨率的1/9。然而，垂直分辨率减小到传统方法的分辨率(其不会劣化)的大约1/3。即，水平/垂直分辨率的劣化达到平衡，因此与传统方法相比，观看者感觉图像质量提高了。此时，由等式1限定柱面透镜的倾角α：
等式1
α＝arctan(Hp/VpR)
其中，Hp表示水平方向的子像素周期，Vp表示垂直方向的子像素周期，并且R表示在多个图像的阵列中使用的行数，其是2或更大的整数。
例如，将柱面透镜板12倾斜为使得α为9.4°或6.3°。图7中所示的平行四边形18表示在倾斜柱面透镜的方法中的单位分辨率，而矩形20表示二维图像中的单位分辨率。
当通过利用柱面透镜方法的三维图像显示装置来观看三维图像时，存在使得用户可以最佳地观看图像的区域，该区域被称为基本(elementary)三维空间。因此，随着基本三维空间的尺寸增大，使得观看者可以正常地观看三维图像而没有幻视视觉(pseudoscopic vision)的空间扩展。基本三维空间的尺寸由基本三维空间的水平长度L来表示，而水平长度L通过等式2来计算。
等式2
L＝m×d
其中，m表示包含在基本三维图像中的视差图像的数量，而d表示与一个视差图像相对应的基本三维空间的长度。
因此，可以看出，为了增大基本三维空间的尺寸，必须增大L，而为了增大L，必须增大视差图像的数量m或与一个视差图像相对应的基本三维空间的长度D。将参照图8进行详细描述。图8A示出了使用4个视差图像的情况(m＝4)，而图8B示出了使用6个视差图像的情况(m＝6)。从图8A和图8B可以看出，如果d或m增大则L增大，而如果L增大则基本三维空间扩展。
然而，因为d必须比观看者双眼之间的距离小，所以对d的增大有限制。因此，m必须增大。然而，当m增大时，分辨率劣化。因此，在使用柱面透镜方法的三维图像显示装置中，必须在不使分辨率劣化的情况下扩展基本三维空间。
当通过三维图像显示装置中的LCD来实现用于显示多个视差图像的平板显示装置10时，会出现下面的问题。如图3A和图3B所示，因为LCD的尺寸增大并且LCD与设置在LCD的正面及背面的偏振板(未图示)的热膨胀或收缩特性彼此不同，所以LCD可能向前或向后弯曲。另外，在三维滤光器(例如柱面透镜板12)与平板显示装置10(例如LCD)之间的距离1在整个屏幕上不均匀，而且三维效果会极大地劣化。
发明内容
因此，本发明致力于一种三维图像显示装置，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或更多个问题。
本发明的一个目的是提供一种三维图像显示装置，该三维图像显示装置通过调节用于复用多个视差图像的模式(pattern)和柱面透镜板的倾角，能够在使分辨率的劣化最小化的同时扩展基本三维空间。
本发明的另一目的是提供一种三维图像显示装置，该三维图像显示装置能够防止在三维图像显示装置中使用的液晶显示板弯曲。
本发明的其它优点、目的及特征将在以下的说明书中部分地进行阐述，并且对于本领域的技术人员，将通过对以下说明书进行研究而部分地变得明了，或者可以通过对本发明的实践而得知。本发明的这些目的和其它优点可以通过在书面说明书、权利要求书及附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目的和其它优点，并且根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述的，一种三维图像显示装置包括：显示器件，其用于对多个视差图像进行采样、复用和显示，以实现三维图像；以及柱面透镜板，其设置在所述显示器件的正面，并且其垂直轴相对于所述显示器件的垂直轴倾斜预定角度α，其中，包括在所述三维图像的基本三维图像中的视差图像的数量为7的倍数。
在本发明的另一方面，一种三维图像显示装置包括：显示器件，其用于对多个视差图像进行采样、复用和显示，以实现三维图像；以及柱面透镜板，其设置在所述显示器件的正面，并且其垂直轴相对于所述显示器件的垂直轴倾斜预定角度α，其中，所述预定角度α是由以下等式获得的：α＝arctan(5Hp/7Vp)(其中，Hp表示水平方向上的子像素周期，而Vp表示垂直方向上的子像素周期)。
在本发明的另一方面，一种三维图像显示装置包括：液晶显示板(LCD)，其用于对多个视差图像进行采样、复用和显示，以实现三维图像；三维图像滤光器，其设置在所述LCD的正面，用于分割所述多个视差图像；以及平板支撑板，其设置在所述LCD的正面和背面中的至少一个上，用于将所述LCD支撑在一个平面内。
应该理解，对本发明的以上概述和下面的详述都是示例性和说明性的，并旨在对所要求保护的本发明提供进一步的说明。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，并入附图而构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施方式并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是示出使用柱面透镜方法的传统三维图像显示装置的图；
图2是示出图1所示的三维图像显示装置的分辨率劣化的图；
图3是示出使用柱面透镜方法的另一传统三维图像显示装置的图；
图4是示出图3所示的三维图像显示装置的分辨率劣化的图；
图5和图6是示出在利用柱面透镜方法的传统三维图像显示装置中的基本三维空间的图；
图7和图8是示出在由LCD实现平板显示装置的情况下LCD弯曲的状态的图；
图9是示出根据本发明的使用柱面透镜方法的三维图像显示装置的第一实施方式的图；
图10是示出生成多个视差图像的处理的图；
图11是示出根据本发明的使用柱面透镜方法的三维图像显示装置的第一实施方式中的多个视差图像的复用模式以及柱面透镜板的倾斜角度的图；
图12是示出根据本发明的三维图像显示装置的第一实施方式的分辨率与传统三维图像显示装置的分辨率之间的比较的图；以及
图13是示出能够防止使用LCD的平板显示器件弯曲的三维图像显示装置的图。
具体实施方式
现在详细描述本发明的优选实施方式，在附图中示出了其示例。在附图中，将尽可能地使用相同的附图标记来指代相同或类似的部分。
图9是示出根据本发明的使用柱面透镜的三维图像显示装置的第一实施方式的视图。
如图9所示，根据本发明的三维图像显示装置包括：平板显示器件22，其用于对多个视差图像进行采样、复用和显示；以及柱面透镜板24，其设置在平板显示器件22的正面，用于分割多个视差图像。柱面透镜板24与平板显示器件22间隔开预定距离1，使得图像位于柱面透镜的聚焦表面上。平板显示器件22可由LCD或PDP实现。当如图9所示，平板显示器件22由LCD实现时，三维图像显示装置还包括作为光源的背光26。这是因为LCD不能自发光。
在本发明中，为了解决水平分辨率劣化的问题，提出了这样一种方法，其将柱面透镜设置为使得柱面透镜的垂直轴相对于显示器件的垂直轴倾斜预定角度α。
如图10所示，利用n个相机C1、C2、…、Cn(27a、27b、…、27n)获取n个视差图像PV1、PV2、…、PVn，来生成多个视差图像。通过预定模式对n个视差图像进行采样和复用，以构造基本三维图像。
利用7m(m是自然数)个视差图像来生成基本三维图像28。在本实施方式中，用于生成基本三维图像的视差图像的数量是35、42、49或56。其中，考虑到最优分辨率，视差图像的数量最优选地是35。在下文中，为了方便描述，将描述利用35个视差图像构造的基本三维图像。
图11是示出根据本发明的使用柱面透镜方法的三维图像显示装置的第一实施方式的多个视差图像的复用模式以及柱面透镜板的倾斜角度的图。
如图11所示，在水平方向上，由35个视差图像组成的基本三维图像28重复地排列在平板显示器件22上。在垂直方向上，基本三维图像28在向左方偏移4个子像素的情况下重复地排列。排列在一个基本三维图像中的35个视差图像根据预定规则排列在以5行5列的阵列形式排列的子像素中。通过重复应用其中排列前5个像差图像的模式来依次排列这35个像差图像。
详细地说，排列在每行的最左侧的像差图像为第4、第7、第3、第6、第2、第5和第1个视差图像，它们从最上侧到最下侧依次排列。在每行中，平行图像的序列号从左侧到右侧增大7。即，在一个基本三维图像中，如果第15个视差图像设置在任意一个子像素中，则第22个视差图像排列在该子像素的右侧。
更详细地说，在基本三维图像的子像素中，第4、第11、第18、第25和第32个视差图像从左侧到右侧排列在第一行子像素中，第7、第14、第21、第28和第35个视差图像从左侧到右侧排列在第二行子像素中，第3、第10、第17、第24和第31个视差图像从左侧到右侧排列在第三行子像素中，第6、第13、第20、第27和第34个视差图像从左侧到右侧排列在第四行子像素中，第2、第9、第16、第23和第30个视差图像从左侧到右侧排列在第五行子像素中，第5、第12、第19、第26和第33个视差图像从左侧到右侧排列在第六行子像素中，第1、第8、第15、第22和第29个视差图像从左侧到右侧排列在第七行子像素中。
其中，第二行中的视差图像位于与第一行中的视差图像平行的方向上的同一线上，第四行中的视差图像位于与第三行中的视差图像平行的方向上的同一线上，第六行中的视差图像位于与第五行中的视差图像平行的方向上的同一线上。
当视差图像如图9所示排列时，柱面透镜板24的垂直轴25必须相对于平板显示器件22的垂直轴倾斜预定角度α，以利用一个柱面透镜来显示25个视差图像，而不使分辨率劣化。此时，可利用图9所示的三角形29计算柱面透镜板24的垂直轴25的倾斜角度α，倾斜角度α由等式3表示。
等式3
α＝arctan(5Hp/7Vp)
其中，Hp表示水平方向上的子像素周期，而Vp表示垂直方向上的子像素周期。
此时，与在水平方向上排列的5个子像素相对应地形成包括在柱面透镜板24中的一个柱面透镜24a。
图12是示出根据本发明的三维图像显示装置的第一实施方式的分辨率与传统三维图像显示装置的分辨率之间的比较的图。
图12示出根据本发明的实施方式的一种情况，其中利用35个视差图像来构造基本三维图像，并且柱面透镜板24倾斜由等式3计算的角度。图12B示出根据传统三维图像显示装置的一种情况，其中利用9个视差图像来构造基本三维图像，并且柱面透镜板12倾斜由等式1计算的角度。在图12中，矩形30和32分别表示由于柱面透镜板24和12的影响而导致的单位分辨率。随着面积A或B减小，分辨率增大。
如图所示，因为根据本发明的使用35个视差图像的装置的单位分辨率的面积A大约是使用9个视差图像的传统装置的单位分辨率的面积B的83％，所以根据本发明的三维图像显示装置的分辨率高于传统装置的分辨率。即，因为在根据本发明的装置中使用的视差图像的数量比在传统装置中使用的视差图像的数量大，所以从等式3可知，增大了基本三维空间的尺寸，并且提高了分辨率。
图13是示出能够防止使用LCD的平板显示器件弯曲的三维图像显示装置的图。
如图13所示，当由LCD来实现平板显示器件22时，通过在LCD的外侧安装支撑板，三维图像显示装置可防止LCD弯曲。如图所示，平板支撑板40和42被安装在根据本实施方式的三维图像显示装置的LCD中的偏振板36和38的外表面。与位于液晶层44的外侧的透明基板46和48类似，平板支撑板40和42由透明玻璃或透明塑料形成。
尽管在上述实施方式中平板支撑板40和42被安装在偏振板36和38的外表面上，但是在经修改的实施方式中平板支撑板可被安装在偏振板36和38的任意一个的外表面上。在上述三维图像显示装置中，可使用狭缝阵列片作为三维滤光器用于分割多个视差图像，而不是使用柱面透镜板。
对于本领域技术人员而言，很明显，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对本发明中做出各种修改和变化。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同形式的范围内的本发明的这些修改和变化。
工业实用性
在根据本发明的装置中使用的视差图像的数量大于在传统装置中使用的视差图像的数量，因此可以看出，基本三维空间的尺寸增大并且分辨率得到提高。

Claims (20)

1、一种三维图像显示装置，该三维图像显示装置包括：
显示器件，其用于对多个视差图像进行采样、复用和显示，以实现三维图像；以及
柱面透镜板，其设置在所述显示器件的正面，并且其垂直轴相对于所述显示器件的垂直轴倾斜预定角度α，
其中，包括在所述三维图像的基本三维图像中的视差图像的数量为7的倍数。
2、根据权利要求1所述的三维图像显示装置，其中，包括在所述三维图像的基本三维图像中的视差图像的数量在水平方向上是5。
3、根据权利要求2所述的三维图像显示装置，其中，所述预定角度α是由以下等式获得的：
α＝arctan(5Hp/7Vp)
其中，Hp表示水平方向上的子像素周期，而Vp表示垂直方向上的子像素周期。
4、根据权利要求3所述的三维图像显示装置，其中，所述基本三维图像在水平方向上重复排列，而在垂直方向上在偏移了4列的情况下重复排列。
5、根据权利要求3所述的三维图像显示装置，其中：
由35个视差图像来构造所述基本三维图像，并且
包括在所述柱面透镜板中的一个柱面透镜的宽度与所述基本三维图像的在水平方向上排列的5个子像素相对应。
6、根据权利要求3所述的三维图像显示装置，其中，通过以下方式来构造所述基本三维图像：
在第一行中从第一侧到第二侧排列第4、第11、第18、第25和第32个视差图像，
在第二行中从第一侧到第二侧排列第7、第14、第21、第28和第35个视差图像，
在第三行中从第一侧到第二侧排列第3、第10、第17、第24和第31个视差图像，该第三行在第一侧相对于第二行偏移一个子像素，
在第四行中从第一侧到第二侧排列第6、第13、第20、第27和第34个视差图像，
在第五行中从第一侧到第二侧排列第2、第9、第16、第23和第30个视差图像，该第五行在第一侧相对于第四行偏移一个子像素，
在第六行中从第一侧到第二侧排列第5、第12、第19、第26和第33个视差图像，并且
在第七行中从第一侧到第二侧排列第1、第8、第15、第22和第29个视差图像，该第七行在第一侧相对于第六行偏移一个子像素。
7、根据权利要求1所述的三维图像显示装置，其中：
所述显示器件是液晶显示板(LCD)，并且
所述三维图像显示装置还包括光源。
8、根据权利要求1所述的三维图像显示装置，其中，所述显示器件是等离子体显示板(PDP)。
9、一种三维图像显示装置，该三维图像显示装置包括：
显示器件，其用于对多个视差图像进行采样、复用和显示，以实现三维图像；以及
柱面透镜板，其设置在所述显示器件的正面，并且其垂直轴相对于所述显示器件的垂直轴倾斜预定角度α，
其中，所述预定角度α是由以下等式获得的：
α＝arctan(5Hp/7Vp)
其中，Hp表示水平方向上的子像素周期，而Vp表示垂直方向上的子像素周期。
10、根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其中，包括在所述三维图像的基本三维图像中的视差图像的数量为7的倍数，并且该数量在水平方向上是5。
11、根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其中：
由35个视差图像来构造所述基本三维图像，并且
包括在所述柱面透镜板中的一个柱面透镜的宽度与所述基本三维图像的在水平方向上排列的5个子像素相对应。
12、根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其中所述基本三维图像在水平方向上重复排列，而在垂直方向上在偏移了4列的情况下重复排列。
13、根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其中，通过以下方式来构造所述基本三维图像：
在第一行中从第一侧到第二侧排列第4、第11、第18、第25和第32个视差图像，
在第二行中从第一侧到第二侧排列第7、第14、第21、第28和第35个视差图像，
在第三行中从第一侧到第二侧排列第3、第10、第17、第24和第31个视差图像，该第三行在第一侧相对于第二行偏移一个子像素，
在第四行中从第一侧到第二侧排列第6、第13、第20、第27和第34个视差图像，
在第五行中从第一侧到第二侧排列第2、第9、第16、第23和第30个视差图像，该第五行在第一侧相对于第四行偏移一个子像素，
在第六行中从第一侧到第二侧排列第5、第12、第19、第26和第33个视差图像，并且
在第七行中从第一侧到第二侧排列第1、第8、第15、第22和第29个视差图像，该第七行在第一侧相对于第六行偏移一个子像素。
14、根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其中，所述第二行中的视差图像位于与所述第一行中的视差图像平行的方向上的同一线上。
15、根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其中，所述第四行中的视差图像位于与所述第三行中的视差图像平行的方向上的同一线上。
16、根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其中，所述第六行中的视差图像位于与所述第五行中的视差图像平行的方向上的同一线上。
17、根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其中：
所述显示器件是液晶显示板(LCD)，并且
该三维图像显示装置还包括光源。
18、根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其中，所述显示器件是等离子体显示板(PDP)。
19、一种三维图像显示装置，该三维图像显示装置包括：
液晶显示板(LCD)，其用于对多个视差图像进行采样、复用和显示，以实现三维图像；
三维图像滤光器，其设置在所述LCD的正面，用于分割所述多个视差图像，以及
平板支撑板，其设置在所述LCD的正面和背面中的至少一个上，用于将所述LCD支撑在一个平面内。
20、根据权利要求19所述的三维图像显示装置，其中，所述平板支撑板由透明塑料或透明玻璃制成。
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