CN102547310A

CN102547310A - 高清立体显示器

Info

Publication number: CN102547310A
Application number: CN2010105874155A
Authority: CN
Inventors: 薄淑英
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了一种高清自动立体显示器，该立体显示器由立体图像播放器、高刷新率的LCD和斜纹光栅构成。在斜纹光栅与LCD之间配置一个奇偶场切换层，将立体图像的奇数行像素组合成奇场图像，偶数行像素组合成偶场图像，奇场图像和偶场图像在倍频扫描的LCD屏上点对点交替显示，可以将立体图像的纵向清晰度提高一倍，除了显示立体图像外，不需作2D/3D转换直接显示高清晰平面图像和文字。

Description

高清立体显示器

技术领域：

本发明涉及一种自动立体显示器，更具体地讲，涉及一种高清晰的自动立体显示器，所述自动立体显示器可用于立体电视、3D游戏机、3D视频广告等。

背景技术：

立体显示器具有信息量大、能将实际场景的三维信息全部再现出来的特点，使观看者可以从显示器上直接看出图像中各物体的远近、纵深，因此观看者能获得更加全面而直观的信息。传统的立体显示器需要观看者佩带偏振眼镜、互补色眼镜或者液晶开关眼镜之类辅助工具，尽管具有很好的立体效果，但在许多场合并不适用。

近几年以来，不使用眼镜的自动立体技术被积极地研究，其代表是光栅立体显示技术，它由2D平面矩阵显示器上加装光栅而成，分为光栅前置式和光栅后置式，即光栅可位于背光源与矩阵显示板之间或矩阵显示板面向观众的那面，光栅可为柱镜光栅或狭缝光栅。光栅自动立体显示又分为双眼视差式和多视点立体显示，其中多视点立体显示具有良好的观看自由度和舒适度，适合多人同时观看，成为发展及应用的重点。

在多视点立体显示中，为了提高横向分辨率，并避免色彩混叠现象，立体像素采取了如图1所示的两种排列方式，R、G、B子像素从右上向左下组合一个完整像素。多视点立体显示的图像分辨率较低，特别是纵向清晰度降低到2D图像的1/3，因此不适合显示精细的图像和文字，为无损失地显示高精度的2D图像和文字，相关技术人员开发出了可2D/3D转换的光栅，当播放立体节目时，光栅处于3D状态，播放平面节目时，光栅处于2D状态。

发明内容：

本发明公开了一种立体显示器的结构和原理，目的在于提供一种可以以较高的清晰度显示立体图像的自由立体显示器，不用转换到2D显示方式，也可直接播放高清的2D/3D节目。

立体显示器由立体图像播放器、高刷新率的LCD和斜纹光栅构成。立体图像播放器可完成视频图像的解压缩，立体合成，分解奇偶场图像，全高清倍频播放等功能；斜纹光栅可以是柱镜光栅，也可以是狭缝光栅，能自由显示立体图像和视频；在斜纹光栅与LCD之间，或者LCD与背光源之间配置一个奇偶场切换层。每帧立体图像像素宽度与LCD相同，像素高度是LCD的两倍，将立体图像的奇数行像素组合成奇场图像，偶数行像素组合成偶场图像，奇场图像和偶场图像在倍频扫描的LCD屏上点对点交替显示，可以将立体图像的纵向清晰度提高一倍。

附图说明：

为了叙述的方便，在技术方案之前先对附图加以说明。

图1是现有技术立体显示屏像素结构示意图。每个全像素由RGB三个子像素左右排列构成，是正方形像素，将一个全像素拆分成3个子像素使用，从右上到左下重新组合成新的RGB立体像素，现有技术组合成立体像素的方式有两种，其中立体像素(7)的构成方式为：

R B G G R B B G R R B G G R B B G R……R B G G R B B G R

与水平方向构成的角度为77.47°，与77.47°的斜纹光栅配合，具有较好的立体显示效果，可以消除颜色混叠现象。立体像素(8)的构成方式为：

R B G R B G R B G R B G R B G R B G……R B G R B G R B G

与水平方向构成的角度为71.57°，与71.57°的斜纹光栅配合，具有较好的立体显示效果，可以消除颜色混叠现象。还存在两种从左上到右下的对称立体像素结构，与上述两种完全等效，不再单独说明。现有技术的不足之处在于，纵向像素的分辨率只有原来的1/3，1080P全高清屏的立体显示清晰度只有360P。

图2是立体显示屏结构示意图，由斜纹光栅(1)、奇偶场切换层(2)、LCD(3)、背光源(4)和同步电路(5)构成。斜纹光栅(1)由柱镜光栅膜或者狭缝光栅膜与玻璃粘合而成，平行安装在LCD显示屏(3)之外，光栅的栅距、倾斜角度、与屏幕的间距必须与LCD(3)的立体像素排列相匹配。奇偶场切换层(2)如图2A所示安装在斜纹光栅(1)与LCD(3)之间，也可以如图2B所示安装在LCD(3)和背光源(4)之间。同步电路(5)协调奇偶场切换层(2)与LCD(3)图像显示的时序。图2C是立体显示屏的前视图，由于LCD(3)具有一定厚度，奇偶场切换层(2)与LCD(3)之间存在间距，在非正对屏幕时奇偶场切换层(2)的透光条与LCD的半像素间产生一定对应偏差，但这对最终显示效果影响并不大。

图3是LCD像素结构示意图。一个完整的像素由三个左右排列的RGB子像素(6)构成，呈正方形。LCD具有较高的刷新频率，可达到120～200Hz，能点对点显示全高清视频和图像。

图4A、图4B是奇偶场切换层两种透光状态示意图，是一组横向狭缝，狭缝栅距与LCD的点距相同，透光缝隙宽度是点距的1/2，在每场图像显示之前，奇偶场切换层的遮光条(12)与透光条(11)进行切换，即遮光条变成透光条，透光条变成遮光条。

图5是奇偶场切换层(2)与LCD(3)像素组合示意图，由黑场(14)和像素行(13)组成，图5A相当于隔行扫描的奇场图像，图5B相当于偶场图像。

图6是完整帧图像像素结构示意图，由倍频刷新的奇场和偶场图像合并而成，LCD(3)的纵向清晰度提高了1倍，达到2160i，子像素(6)的高度缩小了一半。立体图像由子像素按方式(9)和方式(10)排列而成，纵向清晰度为720i，每一帧视频的奇偶场都是同一幅3D图像拆分出来的，中间没有运动视差，因此具有与720p相同的清晰度，比原来360P提高了一倍。立体像素(9)中，斜纹光栅的栅线与水平方向的夹角为66.04°或113.96°，在斜纹方向上，子像素的组合方式由上到下为R B G G R B B G R R B G G R B B G R……R B G G R B B G R。立体像素(10)中，斜纹光栅的栅线与水平方向的夹角为56.31°或123.69°，在斜纹方向上，子像素的组合方式为R B G R B G R B G R B G R B G R B G……R B G R B G R B G。立体图像的显示需解决视差图像的子像素如何合理地排列到显示屏的像素矩阵上，因此子像素的排列方法是立体显示重要的依据。

图7是奇偶场切换层(2)结构示意图，奇偶场切换层是由液晶开关构成的，液晶开关由偏光板(15)、玻璃(16)、条状电极(17)、液晶层(18)、公共电极(19)构成，电极电压在同步电路(5)的控制下，遮光条与透光条可相互切换。液晶开关与LCD(3)的邻近的两块偏光板的偏极化方向相同，因此可以去除液晶开关上的这块偏光板(15)。

图8A是6镜头分屏图像示意图，由6个图像块(20)拼接而成。图像块(20)由视差图像的奇数行或者偶数行像素构成，图像块(20)中相同坐标的像素点(21)在分屏图像中处于不同的位置。图8B是立体图像合成规则示意图，完整的立体像素(22)近似于有一定倾角的楼梯形状，其中每个子像素都是分屏图像的图像块(20)中对应位置的子像素构成的。

下面说明立体显示器的结构和实现过程。

首先，出于对立体视频文件传输和存储的方便性考虑，立体视频用分屏格式存储比较合理。所为分屏格式，就是将视差序列图像按图像块拼接成一个完整的大图，称为分屏图像，分屏图像一般为全高清1920*1080大小，典型的拼接方式为“田”格或九宫格，将分屏图像编辑成全高清视频，便于压缩和保存。播放立体图像之前，先将视频解压成序列分屏图像，再将分屏图像按斜纹光栅的分光规则重新组合成立体图像，实时播放出来。本发明的原意是将合成的每帧立体图像分解成奇偶场图像播放，但会带来这样的问题：如果想保持最佳的清晰度，没有像素损失或像素插值，分屏图像和立体图像的大小均为1920*2160，支持这种清晰度的视频播放器几乎没有。所以我们先将视差序列图分解成奇场图像和偶场图像，分别组合成奇场分屏图像和偶场分屏图像，按“奇偶奇偶奇偶......奇偶”的顺序编辑成视频文件，每场分屏图像的大小为1920*1080；视频播放的全过程包括视频解压、合成立体图像、倍频点对点播放。在同步电路的控制下，奇偶场切换层与LCD的操作时序为，奇偶场切换层切换到奇场透光状态，LCD显示奇场图像，奇偶场切换层切换到偶场透光状态，LCD显示偶场图像，交替进行。

一般来说，自由立体显示器采用4～9镜头的视差序列图像源都是合适的，作为广告应用，大众的观看自由度和舒适度是要考虑的重点，镜头数可定为6～9，其中7镜头视差图在拼合分屏图像时并不是一个合适的选择，可去除，因此理想的镜头数为6、8、9，如果单纯追求高分辨率，4镜头比较合适，清晰度可达1440*720。我们以6镜头立体图像为例来说明分屏图像的结构、立体图像的清晰度、斜纹光栅的倾斜角度和栅距，以及立体图像的合成规则。

全高清LCD的清晰度为1920*1080，6镜头立体图像的清晰度为(1920*3/6)*(1080*2/3)，即960*720，图像宽高比为16∶9，显然，立体图像横纵向分辨率是不相等的，纵向具有更高的清晰度。摄取6镜头视差图像源时，宽高比按16∶9进行裁切，然后非等比缩放成960*720像素，再分解成奇场图像和偶场图像，像素尺寸变成960*360，按2*3块拼接成1920*1080的奇场分屏图像和偶场分屏图像，进一步编辑成3D视频文件。LCD屏像素的点距为d，斜纹光栅的倾斜角度x＝56.31°，栅距(d/3*6sinx)＝1.664d*c，其中c为修正系数，与光栅材料折射率、光栅到显示屏之间的距离以及观看距离均有关系，其值在0.995～0.999之间，需要依靠试验修正，最多三次试验就能获得精确的结果。

将分屏图像合成为立体图像是根据映射表格完成的。分屏图像合成立体图像的过程，是将分屏图像上每个子像素的值，按配置光栅的分光规则填充到立体图像中，像素值不变，仅仅是子像素的位置发生变化。为了实现快速转换，可以在二者之间建立起子像素位置的一一对应关系，映射表格是一个(1920*3，1080)的二维数组，数组元素(i，j)的值就是分屏图像中位置(i，j)的子像素在立体图像的新位置。映射表格与分屏方式、视差图像镜头数、光栅斜率有关，6镜头立体图像配置56.31°斜纹光栅的对应关系如图8所示，6幅960*360的视差图像，按2*3块拼接成1920*1080的分屏图像，所有视差图像相同位置的一个点，分别位于分屏图像中6个不同位置，按图8所示规则合成立体图像中一个完整的立体像素。

本发明公开的高清晰自动立体显示器，具有观看自由度好，清晰度高的优点，与先前斜纹光栅立体显示器相比，清晰度提高了一倍以上，不用作2D/3D转换直接显示高清晰平面图像和文字。

具体实施方式：

用47英寸120Hz的全高清LCD组建一台6视点高清立体显示器。

准备一台47英寸的LCD屏，刷新频率120Hz，像素点距为0.5415mm。斜纹光栅(1)由柱镜光栅膜与光学玻璃粘合而成，平行安装在LCD(3)之外，斜纹光栅的栅距0.8992mm，与水平方向的倾斜角度为56.31°，柱面朝内与LCD(3)保持合适的间距，使立体图像处于柱镜光栅的聚焦面上。在斜纹光栅与LCD之间配置一个由液晶开关构成的奇偶场切换层(2)，其横向狭缝的栅距为0.5415mm，透光缝隙宽度0.2707mm。将6镜头视差序列图像源每一幅均按16∶9的宽高比进行裁切，然后非等比缩放成960*720像素，再分解成奇场图像和偶场图像，像素尺寸变成960*360，按2*3块拼接成1920*1080的奇场分屏图像和偶场分屏图像，进一步编辑成3D视频文件。立体图像播放器将3D视频文件解压缩，实时按映射表格将分屏图像转换成全高清的奇场立体图像和偶场立体图像，在倍频播放的LCD屏上点对点交替显示，将立体图像的纵向清晰度从360P提高到了720P。

尽管已参照实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，可在其中进行各种形式和细节上的改变。例如显示屏采用是高刷新率的全高清的等离子屏而非LCD，或者立体图像是由竖幅的视差序列图合成的，在播放时，将整个立体显示器转置90°，竖幅播放立体画面。或者利用同样的思路，用多倍频LCD与多场切换层组合，可进一步提高3D视频的清晰度，在3倍频的竖屏LCD上，用竖直放置的柱镜光栅，可实现全高清的3视点立体视频。

Claims

1.一种立体显示器，由立体图像播放器、LCD和斜纹光栅构成，立体图像播放器可完成视频图像的解压缩，立体合成，全高清实时显示等功能，斜纹光栅可以是柱镜光栅，也可以是狭缝光栅，能自由显示立体图像和视频，其特征在于，在斜纹光栅与LCD之间，或者LCD与背光源之间配置一个奇偶场切换层，每帧立体图像像素宽度与LCD相同，像素高度是LCD的两倍，将立体图像的奇数行像素组合成奇场图像，偶数行像素组合成偶场图像，奇场图像和偶场图像在倍频扫描的LCD屏上点对点交替显示，奇偶场切换层是一组横向狭缝，狭缝栅距与LCD的点距相同，透光缝隙宽度是点距的1/2，在每场图像显示之前，奇偶场切换层的遮光条与透光条进行切换，即遮光条变成透光条，透光条变成遮光条。

2.如权利要求1所述的立体显示器，其特征还在于，斜纹光栅的栅线与水平方向的夹角为66.04°或113.96°，在斜纹方向上，立体像素(9)子像素的组合方式由上到下为R B G G R B B G R R B G G R B B G R……R B G G R B B G R。

3.如权利要求1所述的立体显示器，其特征还在于，斜纹光栅的栅线与水平方向的夹角为56.31°或123.69°，在斜纹方向上，立体像素(10)的组合方式为R B G R B G R B G R B G R B G R B G……R B G R B G R B G。

4.如权利要求1所述的立体显示器，其特征还在于，奇偶场切换层是由液晶开关构成的，液晶开关由偏光板、液晶层、条状电极构成，在同步电路的作用下，遮光条与透光条可相互切换。

5.如权利要求1所述的立体显示器，其特征还在于，立体视频的编辑过程为，先将视差序列图分解成奇场图像和偶场图像，分别组合成奇场分屏图像和偶场分屏图像，按“奇偶奇偶奇偶......奇偶”的顺序编辑成视频文件，每场分屏图像的大小为1920*1080，视频播放的过程包括视频解压、按映射表格将分屏图像转换成立体图像、倍频点对点播放。

6.如权利要求3所述的立体显示器，其特征还在于，立体图像是由竖幅的视差序列图合成的，在播放时，将整个立体显示器转置90°，竖幅播放立体画面。