CN101796849A

CN101796849A - 用于使视差栅栏屏对准屏幕的方法

Info

Publication number: CN101796849A
Application number: CN200780100515A
Authority: CN
Inventors: J·施瓦茨; L·贝格曼; S·奥特; F·托尔玛
Original assignee: Visumotion GmbH
Current assignee: 3D International Europe GmbH
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2010-08-04
Also published as: US20100245824A1; JP2010540980A; DE102007047470B3; EP2191656A1; WO2009039800A1

Abstract

本发明涉及一种用于使视差栅栏屏对准具有由行i和列j构成的格栅中的像素x(i，j)的屏幕以产生用于空间显示的屏幕的方法。在此，实施以下步骤：临时地施加定位标记(6a)，借助于相机(3)观察所述定位标记(6a)，对所述屏幕(1)进行相对对准，移除所述定位标记(6a)，将所述视差栅栏屏(2)定位在所述屏幕(1)的图像区域前面，在具有行i和列j的像素x(i，j)上呈现由不同的视点A(k)组成的测试图像，其中k＝1，...，n并且n＝6或n＝7，借助于所述相机(3)透过所述视差栅栏屏(2)观察被呈现的测试图像。根据本发明的方法可快速地实施并且因此适合于工业应用以制造用于空间显示的屏幕。

Description

用于使视差栅栏屏对准屏幕的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在屏幕上对准视差栅栏屏的方法。

背景技术

长久以来，在视差栅栏的专业领域中存在多种方法。这个领域中的先驱是Frederic Ives，他在文献GB190418672A中介绍了一种具有用于3D显示的“光栅”的***。此外，在Sam H.Kaplan的“Theory of parallax barriers”——Journal of SMPTE，第59卷第7号第11-21页，1952年7月——中描述了应用栅栏屏进行3D显示的基础认识。

但是，长期以来未能实现自由立体***的广泛传播。直到20世纪80年代，由于现在可供使用的计算能力和新的显示技术才使3D***有了一定的复兴。在90年代，关于无需眼镜的3D可视化的专利申请和出版物的数量快速上升。以下发明人或提供者取得了突出的成果：

在JP 08331605AA中，Masutani Takeshi等人(Sanyo)描述了一种阶梯栅栏(Stufenbarriere)，其中，透明的栅栏元件大约具有彩色子像素(红、绿或蓝)的尺寸。利用这个技术首次实现了将在大多数自由立体***中由于同时多个视点(至少两个视点，优选多于两个视点)的显示而出现的水平方向上的分辨率损失也部分地转换到垂直方向上。在此不利的是高的光损失，如同在所有栅栏方法中存在的情况。此外，在观察者进行侧向移动时，立体对比度从几乎100％变化到约50％然后重新上升到100％，这导致在观察空间中波动的3D图像质量。

Armin Grasnick等以DE 100 03 326C2在二维结构化波长选择性滤波器阵列方面改进了栅栏技术以产生3D印象。然而，在此同样不利的是，相对于2D显示器，这类3D***的亮度显著下降。

最后，Wolfgang Tzschoppe等申请了WO 2004/077839A1，其涉及一种在亮度上有所改善的栅栏技术。在此，在JP 08331605AA的阶梯栅栏的方法以及DE 100 03 326C2的方法的基础上提出透明的栅栏滤波器元件与不透明的栅栏滤波器元件的特定占空比

)，该占空比大于1/n，其中n是所示视点的数目。然而，由于立体对比度——与JP 08331605AA的教导相比——显著下降，因而在这篇文献中公开的构型和教导通常产生令人不快的莫尔(Moir)效应和/或明显受限的深度感。

在US 2006/0051109A1(Lim等)中描述了3D屏幕的制造，其中，3D图像产生装置(例如，透镜或栅栏屏)在屏幕前面进行对准，随后在正确对准的情况下硬化粘合连接。在此，特征性地显示由操作者或相机(或摄像机)观察到的黑线。此处特别不利的是，在仅仅根据黑线或黑色平面进行对准的情况下不必然达到所需要的正确性。与之相比，另外所提出的使用分别具有完全白色的平面和完全黑色的平面的不同图像内容的至少一个左图和一个右图作为对准测试图像的方法要求分析两个不相交的部分图像，即左图和右图。

在DE 102 52 830B3(Maly-Motta)中描述了一种用于平面屏幕的自由立体适配器，所述平面屏幕通过光电传感器进行自动校准。然而，关于在此使用的测试图像未作任何说明，因此没有关于最后校准的品质的任何信息。

发明内容

本发明的任务在于，说明一种以尽可能简单的手段使视差栅栏屏对准屏幕以生产用于空间显示的屏幕的可行方案，从而在短时间内实现足够准确的对准。在此，即使在具有小的空间高度或过大的空间高度的空间中也应可以制造用于空间显示的屏幕，所述屏幕具有(几米的)大的观察距离。

根据本发明，所述任务通过一种用于使视差栅栏屏对准具有由行i和列j构成的格栅中的像素x(i，j)的屏幕以产生用于空间显示的屏幕的方法解决，所述方法包括以下步骤：

-优选大致在屏幕的图像区域的中心上临时地施加定位标记，

-借助于相机观察定位标记，其中，通过至少一个偏转镜使所述定位标记成像，并且其中，在监视器上显示由相机拍摄的图像，所述监视器同样大致在它的图像区域的中心上包含定位标记，

-对屏幕进行相对对准，使得在监视器上的图像中两个定位标记重叠，并且使得屏幕的图像区域的左、右、上或下图像边缘在监视器上的图像中被设置成平行于监视器的图像区域的左、右、上或下图像边缘，

-从屏幕的图像区域移除定位标记，

-将视差栅栏屏定位在屏幕的图像区域前面，

-呈现借助于具有行i和列j的像素x(i，j)生成的测试图像，所述测试图像由不同的视点A(k)组成，其中k＝1，...，n并且n＝6或n＝7，

-借助于相机从一已定义的距离透过视差栅栏屏来观察所呈现的测试图像，其中，再次在监视器上显示由相机拍摄的图像，

-根据在监视器上所显示的图像使视差栅栏屏在屏幕前面对准。

前提是在监视器上准确到像素(pixelgenau)地显示相机图像。优选的是，相机和监视器具有相同的分辨率并且相机图像在监视器上以全屏模式显示。

因为装配车间往往不具有将相机定位在平放的屏幕前面所必需的高度，所以优选在顶棚上设置偏转镜，使得光路被折叠，从而也在小的空间高度的情况下实现了相机至屏幕的(几米的)更大距离。

对准的步骤原则上可由操作者手动地执行或者由机器人自动地执行或者在必要时甚至由操作者和机器人混合地执行。

索引i对由像素x(i，j)构成的格栅上的行进行编址，而索引j对由像素x(i，j)构成的格栅上的列进行编址。

测试图像中6或7个视点的数目一方面允许有效的测试图像显示，另一方面产生用于实现正确对准的足够好的测试效果。

视差栅栏屏的参数例如可以利用从开头部分提到的Kaplan的文章中已知的两个公式(1)和(2)简单计算得出。由此得到由像素x(i，j)构成的格栅与视差栅栏屏之间的距离s、例如被设定为65mm的人眼平均距离、观察距离、栅栏的透明部分的(水平)周期长度之间所有必需的关系以及所述透明部分的条纹宽度。同样，开头部分提到的文献中的一些文献给出了本领域技术人员所熟知的关于视差栅栏屏的其他构型提示。

在大多数情况下，但并非必须总是，所呈现的测试图像的、在对准之后由相机拍摄的图像包含n＝6或n＝7个视点A(k)中的恰好一个的至少40％的像素。

为了更有利地设计根据本发明的方法以便应用于工业，在n＝6或n＝7个视点A(k)中的至少一个中——优选在所有n＝6或n＝7个视点A(k)中——包含包括文字和数字的符号、优选型号或序列号和/或识别标记/识别对象。由此确保了：如果在图像中可以看到型号并且操作者或机器人始终将所述型号与当前所加工的屏幕进行比较，则对于确定的屏幕型号也使用正确的测试图像。

此外，在使视差栅栏屏对准之后还可以执行存储所呈现的测试图像的、由相机拍摄的图像的另一步骤，其中优选进行与物理屏幕和/或已对准所述物理屏幕的视差栅栏屏的单义的对应，例如通过以屏幕的序列号的形式命名所述图像的待存储的图像数据。由此可在将来毫无疑义地证明，确定的屏幕已经通过视差栅栏屏的施加或对准按照规定地转化为3D状态。

此外，像素x(i，j)分别对应于各个单独的彩色子像素(红、绿或蓝)或者彩色子像素组(例如红绿、绿蓝或红绿蓝红或其他)或者全色像素，其中，全色像素既指由红绿蓝彩色子像素，即红绿蓝三原色构成的白色混合图像，也指——根据图像生成技术——真实的全色像素，如经常被用于投影屏幕的那样。

原则上，视差栅栏屏可在屏幕前面进行对准之后以一已定义的距离s被持久地安装在屏幕上。此处可以是永久的改装。

但是与此相比还可能的是，在对准步骤之后不在屏幕上施加视差栅栏屏，而是在另一步骤中在视差栅栏屏和/或屏幕上施加标记，这些标记允许后来在屏幕上已对准地安装视差栅栏屏，而不必在所述后来的时刻重复整个根据本发明的方法。

优选地，屏幕可以是彩色LCD屏幕、等离子显示器、投影屏幕、基于LED的屏幕、基于OLED的屏幕、SED屏幕或者VFD屏幕。

视差栅栏屏包括相对于垂直线倾斜一个角度a的透明部分和不透明部分。视差栅栏屏由玻璃衬底构成，在所述玻璃衬底上在背面施加了栅栏结构。

栅栏结构可以一方面是经曝光和显影的照相胶片，所述照相胶片被层压在玻璃衬底的背面上，其中优选地，所述照相胶片的感光乳剂层指向玻璃衬底。

替换地，栅栏结构的不透明区域可以通过印在玻璃衬底上的颜色形成。在此，简单地通过去除相应区域上的颜色来产生透明区域。

其他制造方法是现有技术中已知的并且此处不需要其他解释。

在根据本发明的方法中，所呈现的测试图像中不同视点A(k)的图像部分信息在由像素x(i，j)构成的格栅上的布置优选在二维周期图案中进行，其中在水平和垂直方向上的周期长度优选不超过各32个像素x(i，j)。各32个像素x(i，j)的上限的例外是允许的。

符合规定地，将所述二维周期图案的所述水平周期长度和垂直周期长度撑开为对边和邻边的角基本上等于视差栅栏屏上的透明部分相对于垂直线的倾斜角a。

有利地，视差栅栏屏包含用于减少干扰光反射的装置，优选包含至少一个光学干涉的防反射层。

在将来在具有已对准的视差栅栏屏的屏幕上进行3D显示时，视点A(k)分别对应于场景或物体的不同透视(Perspektive)，如在不同的其他3D再现方法中那样。

此外有利的是，偏转镜被设置成与屏幕的图像区域的中垂线以及与相机的光轴分别呈45度的角。然而根据空间条件，也可以与优选定位不同地彼此布置相机和偏转镜。

有利地，定位标记可以是十字形记号，这些十字形记号优选通过屏幕的和/或监视器的对角线预先给定。为了优选大致在屏幕的图像区域的中心上临时地施加定位标记，优选使用精确配合的模板(Schablone)，所述模板的外部尺寸大致等于屏幕的图像区域的尺寸，其中，从模板中空出定位标记的形状。

附图说明

以下根据实施例进一步说明本发明。附图示出：

图1：用于实施根据本发明的方法的示意性结构，

图2：在根据本发明的方法中所使用的视差栅栏屏的示例性栅栏结构，

图3：测试图像中不同视点的图像部分信息的示例性图像组合，

图4：在根据本发明的方法中所使用的用于定位标记的模板的示例性结构。

全部附图都不是按比例绘制的。这还尤其涉及角度尺寸。

具体实施方式

图1示出用于实施根据本发明的方法的示意性结构。在此使视差栅栏屏2以距离s对准具有由行i和列j构成的格栅中的像素x(i，j)的屏幕1，由此形成用于空间显示的屏幕。此外还可以看到通常适合用于拍摄二维图像的相机3，所述相机3的输出信号在此示例性地借助于帧捕获器卡输入到计算机4中。计算机4相应地对所述信号进行转换并且在监视器5上实现再现。

在以下步骤中实施根据本发明的方法：首先，大致在屏幕1的图像区域的中心或边缘上临时地施加定位标记6a。现在借助相机3记录具有定位标记6a的屏幕1，其中，根据图1使定位标记6a通过至少一个偏转镜7成像，并且通过计算机4在监视器5上显示由相机3拍摄的图像。在监视器5的图像区域的中心上同样施加了优选形状相同的定位标记6b。在此可以特别简单地通过计算机4产生定位标记6b并且使所述定位标记6b附加地与屏幕1的图像一起在监视器5上可视。现在使屏幕1对准，直到两个定位标记6a和6b在监视器5上重叠，使得屏幕1的图像区域的左、右、上或下图像边缘在监视器5上的图像中看起来平行于监视器5的图像区域的左、右、上或下图像边缘。现在，从屏幕1的图像区域重新移除定位标记6a，并且将视差栅栏屏2定位在屏幕1的图像区域前面。接下来，借助于具有行i和列j的像素x(i，j)产生测试图像，所述测试图像由不同的视点A(k)组成，其中k＝1，...，n并且n＝6或n＝7。借助于相机3从一已定义的距离透过视差栅栏屏2拍摄如此生成的测试图像并且在监视器5上再现所述测试图像。根据在监视器5上所显示的图像进行视差栅栏屏2在屏幕1前面的对准。

对准的步骤例如由操作者手动地实施。

相机3优选以对应于在屏幕1前面所选择的3D观察距离的距离设置在视差栅栏屏2前。所述距离——如本领域技术人员已知的——符合规定地通过屏幕1与视差栅栏屏2之间的距离s结合例如在开头部分提到的Kaplan的文献中所列举的其他参数来确定。

根据图1，通过偏转镜7来折叠光路，从而在小的空间高度的情况下也能实现相机3到屏幕1的(几米的)更大距离。优选地，相机3在此通过偏转镜7光学垂直地定位在屏幕1的面中心点前面。在此根据图1，所必需的从相机3到屏幕1的光学距离是距离X和Y的总和。

此外有利的是，偏转镜7设置成与屏幕1的图像区域的中垂线以及与相机3的光轴分别呈45度的角，如同样可从图1看到的那样。

图2中示出了在根据本发明的方法中所使用的视差栅栏屏2的示例性栅栏结构。视差栅栏屏2包括相对于垂直线倾斜一个角度a的透明部分和不透明部分。视差栅栏屏由玻璃衬底构成，在所述玻璃衬底上在背面施加了栅栏结构。其他构型也是可能的，例如不是由玻璃构成的衬底(例如由塑料构成的衬底)。

在此，栅栏结构例如是经曝光和显影的照相胶片，所述照相胶片被层压在玻璃衬底的背面上，其中，优选地，所述照相胶片的感光乳剂层指向玻璃衬底。

有利地，视差栅栏屏2包含用于减少干扰光反射的装置，优选包含至少一个光学干涉的防反射层。

此外，图3再现了测试图像中不同视点的图像部分信息的示例性图像组合，所述示例性图像组合被显示在像素x(i，j)上。在根据本发明的方法中，所呈现的测试图像中不同视点A(k)的图像部分信息在由像素x(i，j)构成的格栅上的布置有利地在二维周期图案中进行。

符合规定地，(在直角三角形中)将所述二维周期图案的所述水平周期长度和垂直周期长度撑开为对边和邻边的角基本上等于视差栅栏屏2上的透明部分相对于垂直线的倾斜角a。

有利地，定位标记6a和6b可以是两个直角相交或者倾斜相交的线条，其中，优选至少一个线条沿着屏幕1的对角线延伸并且交叉点设置在屏幕的中心，如在图4中所示。为了大致在屏幕1的图像区域的中心上临时地施加定位标记6a，优选使用精确配合的模板，所述模板的外部尺寸大致等于屏幕1的图像区域的尺寸，其中，从模板中空出定位标记的形状。定位标记6b通常具有相同的形状，但这并不是必须的。

为了更有利地设计根据本发明的方法以便应用于工业，在n＝6个视点A(k)中的至少一个中——优选在所有n＝6个视点A(k)中——包含包括文字和数字的符号、优选型号或序列号和/或识别标记/识别对象。由此确保对于确定的屏幕型号也使用正确的测试图像。

此外，在使视差栅栏屏2对准之后可以实施存储所呈现的测试图像的、由相机3拍摄的图像的另一步骤，其中，优选地进行与物理屏幕1和/或已对准所述物理屏幕1的视差栅栏屏2的单义的对应，例如通过以屏幕1的序列号的形式命名所述图像的待存储的图像数据。

在所述构型示例中，视差栅栏屏2借助用于保持以上所定义的距离s的距离保持装置持久地安装在屏幕1上，例如粘附在屏幕1上或借助螺纹连接在屏幕1上。

优选地，屏幕1可以是彩色LCD屏幕。

将来在具有已对准的视差栅栏屏2的屏幕1上进行3D显示时，视点A(k)分别对应于一个场景或一个物体的不同透视，如在不同的其他3D再现方法中那样。

为了进一步说明根据本发明的方法的可能的实施，以下给出其他示例性的细节和参数。

本发明的优点是多方面的。根据本发明的方法尤其允许在相对较短的时间内使视差栅栏屏2对准屏幕1以产生用于空间显示的屏幕。此外，可非常灵活地将所述方法用于不同大小的屏幕。另外，可手动地、自动地或半自动地实施所述对准。

此外，即使在具有小的空间高度的空间中也可以如所要求的那样制造用于空间显示的、具有(几米的)大的观察距离的屏幕。

本发明可通过简单的并且商业上通用的手段实现。

Claims

1.用于使一视差栅栏屏(2)对准一屏幕(1)以产生用于空间显示的屏幕的方法，所述屏幕(1)具有在一由行i和列j构成的格栅中的像素x(i，j)，所述方法包括以下步骤：

大致在所述屏幕(1)的图像区域上临时地施加一定位标记(6a)，

借助于一相机(3)观察所述定位标记(6a)，其中，使所述定位标记(6a)通过至少一个偏转镜(7)成像，并且其中，在一监视器(5)上显示由所述相机(3)拍摄的图像，所述监视器(5)同样大致在它的图像区域的中心上包含一定位标记(6b)，

对所述屏幕(1)进行相对对准，使得在所述监视器(5)上的图像中两个定位标记(6a，6b)重叠并且此外所述屏幕(1)的图像区域的限界边在所述监视器(5)上的图像中看起来平行于所述监视器(5)的图像区域的限界边，

从所述屏幕(1)的图像区域移除所述定位标记(6a)，

将所述视差栅栏屏(2)定位在所述屏幕(1)的图像区域前面，

借助于所述具有行i和列j的像素x(i，j)呈现一测试图像，所述测试图像由不同的视点A(k)组成，其中k＝1，...，n并且n＝6或n＝7，

借助于所述相机(3)从一已定义的距离透过所述视差栅栏屏(2)观察被呈现的测试图像，其中，由所述相机(3)拍摄的图像被再次显示在所述监视器(5)上，

根据在所述监视器(5)土再现的图像使所述视差栅栏屏(2)在所述屏幕(1)前面对准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被呈现的测试图像的、在所述对准之后由所述相机(3)拍摄的图像包含所述n＝6或n＝7个视点A(k)中的恰好一个的至少40％的像素。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述n＝6或n＝7个视点A(k)中的至少一个中，优选在所述n＝6或n＝7个视点A(k)的所有视点中，加上包括文字与数字的符号、如型号或序列号和/或识别标记/识别对象。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在使所述视差栅栏屏(2)对准之后实施存储所述被呈现的测试图像的、由所述相机(3)拍摄的图像的一个另外的步骤，其中，优选进行与所述物理屏幕(1)和/或与已对准所述物理屏幕(1)的所述视差栅栏屏(2)的单义的对应，例如通过以所述屏幕(1)的序列号的形式来命名用于所述图像的待存储的图像数据。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述像素x(i，j)对应于彩色子像素(红、绿或蓝)或者彩色子像素组(例如，红蓝或绿蓝)或者全色像素。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述视差栅栏屏(2)在在所述屏幕(1)前面进行对准之后以一已定义的距离s被持久地安装在所述屏幕(1)上。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述对准步骤之后不将所述视差栅栏屏(2)安装到所述屏幕(1)上，而是在一个另外的步骤中将标记施加在所述视差栅栏屏(2)和/或所述屏幕(1)上，从而实现所述视差栅栏屏(2)的在所述屏幕(1)上的后来的已对准的安装。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用一彩色LCD屏幕、一等离子显示器、一投影屏幕、一基于LED的屏幕、一基于OLED的屏幕、一SED屏幕或者一VFD屏幕作为屏幕(1)。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述视差栅栏屏(2)包括相对于垂直线倾斜了一个角度a的透明部分和不透明部分。

10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述视差栅栏屏(2)由一玻璃衬底构成，在所述玻璃衬底上在背面施加了栅栏结构。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述栅栏结构是一经曝光和显影的照相胶片，所述照相胶片被层压在所述玻璃衬底的背面上，其中，优选地，所述照相胶片的感光乳剂层指向所述玻璃衬底。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述栅栏结构的不透明区域通过印在所述玻璃衬底上的颜色形成。

13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述视差栅栏屏(2)包含用于减少干扰光反射的装置，优选包含至少一个光学干涉的防反射层。

14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述定位标记(6a，6b)由两个直角相交或倾斜相交的线条形成，其中，至少一个线条沿着所述屏幕(1)的一对角线延伸并且交叉点被分别设置在所述屏幕(1)的或所述监视器(5)的中心。

15.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述偏转镜(7)被设置成与所述屏幕(1)的图像区域的中垂线以及与所述相机(3)的光轴分别呈45度的角。

16.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了大致在所述屏幕(1)的图像区域的中心上临时地施加所述定位标记(6a)，使用一精确配合的模板，所述模板的外部尺寸大致等于所述屏幕(1)的图像区域的尺寸，其中，从所述模板中空出所述定位标记(6a)的形状。