CN103916653A - 三维图像装置和用于显示图像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维(3D)图像装置。所述三维图像装置包含显示单元、前摄像机以及处理器。所述前摄像机摄取用户的眼睛的图像。所述处理器耦接到所述显示单元和所述前摄像机。所述处理器基于所述用户的眼睛的所述图像来确定所述用户的眼睛的位置，且基于所述用户的眼睛的所述位置来确定将三维图像还是二维(2D)图像显示于显示器上。

Description

三维图像装置和用于显示图像的方法

技术领域

本发明涉及三维(3D)图像装置。更明确地说，本发明涉及可应用于三维图像装置的用于显示图像的方法。

背景技术

如今，三维显示器和三维摄像机变得普遍。三维摄像机包含模拟人类的两个眼睛来拍摄三维图像的两个摄像机。三维摄像机通常包含供用户预览其正在拍摄的三维图像的内置三维显示器。当三维摄像机对焦时，由内置三维显示器显示的图像经常失去焦点且用户可感觉有点晕眩。

现今存在许多用于在平面显示器上产生三维效果的技术。屏障层为所述技术中的一者。屏障的结构为经设计以用于遮蔽三维显示器的像素以使得用户右眼仅看见供右眼看的子图像，且用户左眼仅看见供左眼看的子图像。因为屏障的物理限制，用户的眼睛必须处在正确位置才能观看三维图像。否则，三维图像可能失去焦点且用户可能感觉晕眩。

发明内容

因此，本发明涉及三维图像装置和用于显示图像的方法，所述装置和方法用于解决上述晕眩问题。

本发明的实施例提供一种三维图像装置。所述三维图像装置包含显示单元、前摄像机以及处理器。所述前摄像机摄取用户眼睛的图像。处理器耦接到显示单元和前摄像机。处理器基于用户眼睛的图像来确定用户眼睛的位置，且基于用户眼睛的位置来确定将三维(3D)图像还是二维(2D)图像显示于显示器上。

本发明的另一实施例提供一种用于显示图像的方法，其包含以下步骤：摄取用户的图像；基于用户的图像来确定用户的观看位置；以及基于用户的观看位置来确定将三维图像还是二维图像显示于显示单元上。

附图说明

图1为绘示根据本发明的实施例的三维图像装置的示意图。

图2为绘示根据本发明的实施例的用于显示图像的方法的流程图。

图3为绘示根据本发明的实施例的显示器和用户的眼睛的示意图。

图4为绘示根据本发明的另一实施例的显示器和用户的眼睛的示意图。

[主要元件标号说明]

100：三维图像装置           110：显示单元

120：前摄像机               130：处理器

140：右摄像机               150：左摄像机

210～250：方法步骤          310、320：眼睛

340：像素层                 350：屏障层

410、420：眼睛              440：像素层

451～45N：屏障层            L：左像素

R：右像素

具体实施方式

图1为绘示根据本发明的一实施例的三维图像装置100的示意图。三维图像装置100可为三维摄像机、三维监视器、三维游戏控制台、三维电视或支持三维显示器的任何其它电子装置。三维图像装置包括至少显示单元110、前摄像机120、处理器130、右摄像机140以及左摄像机150。在本发明的一个实施例中，前摄像机120、右摄像机140和左摄像机150可形成摄像机组。前摄像机120与显示单元110位于同一侧，可用以在用户观看显示单元110上的显示内容时摄取用户的图像。右摄像机140及左摄像机150相对于显示单元110位于三维图像装置的相反侧，其可用以摄取与用户眼睛观看到的场景相同的场景。由前摄像机120、右摄像机140和左摄像机150摄取的图像被发送到处理器130以用于处理，且处理器130用以提供经处理的图像以显示于显示单元110上。在本发明的一个实施例中，处理器130可为图像信号处理器、应用程序处理器和/或能够执行图像处理的其它处理器。为了提供图像的三维视图，处理器130可接收由右摄像机140和左摄像机150摄取的图像，或存取来自其它存储装置(例如，内部存储器、外部存储器和/或连接到三维图像装置100的其它存储装置)的图像。显示单元110可通过使用户右眼仅可看见右图像且同时用户左眼仅可看见左图像的方式，同时提供右图像和左图像来提供图像的三维视图。显示单元110还包括至少屏障模块和像素模块(未图示)。屏障模块用以控制显示单元的三维显示开启/关闭。在二维显示模式中，屏障模块可关闭，因此用户的两个眼睛将同时看见同一图像。在三维显示模式中，屏障模块开启以提供限于右眼的右图像的视角和限于左眼的左图像的视角。屏障模块可包括至少一个屏障层。然而，本发明不限于任何数量个层。

当启用三维显示模式时，显示单元开启屏障模块且同时提供对应右图像和左图像。为了产生三维观看效果，用户右眼看见的右图像和用户左眼看见的左图像应具有某一位移以便产生景深。然而，右眼视图与左眼视图的位移应控制于恰当距离中，否则场景看起来将分散且因此令人不舒服。因此，如果用户以错误距离或错误角度观看，那么三维图像看起来将模糊且因此令人不舒服。本发明利用三维图像装置100的前摄像机120来摄取用户的面部的图像，从面部图像提取眼睛位置信息，且确定用户是否在对于三维显示模式恰当的位置处观看。当用户在具有清晰三维焦点的预定范围外的位置(距离、角度等)处观看，三维图像装置100可暂时切换到二维显示模式，直到确定图像在相对于用户眼睛的三维焦点上为止。以这种方式，用户将具有较好的观看体验。

图2为绘示根据本发明的实施例的用于显示图像的方法的流程图。在步骤210处，前摄像机120摄取用户的图像，所述图像可包括用户眼睛信息。在步骤220处，处理器基于由前摄像机120摄取的图像来确定用户眼睛的位置。处理器可执行面部/眼睛检测以识别图像中的用户眼睛，且确定眼睛相对于三维图像装置的位置。举例来说，处理器可首先执行此项技术中已知的面部检测，且通过颜色对比来定位眼睛区与面部的其它区域。接着根据中心的位置来计算两个眼睛的位置。用户眼睛的位置可包括两个相对位置，即，用户眼睛与显示单元110之间的相对位置，以及用户眼睛与面部之间的相对位置。用户眼睛与显示单元110的相对位置和用户眼睛与面部的相对位置可从(例如)眼睛位置的距离与三维图像装置100的焦距导出。其它方法也可用以获得眼睛距离与显示单元110和用户的面部的几何关系。在步骤230处，处理单元130基于所摄取图像中的眼睛位置来确定将三维图像还是二维图像显示于显示单元110上。接下来，处理器130基于确定步骤230在步骤240处将三维图像显示于显示单元110上或在步骤250处将二维图像显示于显示单元110上。在本发明的一个实施例中，如果所摄取图像中的眼睛位置表明用户正以不在三维可见范围内的角度观看，那么处理器130指示显示单元110切换到二维显示模式，且向显示单元110提供二维图像。在本发明的另一实施例中，处理器130可响应于所摄取图像中的眼睛位置表明用户正在远离三维可见范围的距离处观看，而指示切换到二维显示模式。当启用三维显示模式时，可存在许多准则供处理器130确定显示三维图像还是暂时显示二维图像。下文论述部分准则的细节。

图3为绘示根据本发明的实施例的显示单元110和用户的眼睛310和320的示意图。在这个实施例中，显示单元110包括像素层340和屏障层350。像素层340包含属于右图像的多个右像素R和属于左图像的多个左像素L。右图像和左图像可从右摄像机140和左摄像机150接收，或从存储装置存取。如图3所示，右像素R和左像素L交替地设置于像素层340中。显示于显示单元110上的三维图像或二维图像可由两个子图像组成。右像素R可显示三维图像或二维图像的第一子图像，而左像素L可显示三维图像或二维图像的第二子图像。

屏障层350设置于像素层340前方，且用以用于遮蔽右像素R和左像素L，使得当用户眼睛310和320处于用于观看显示单元110上的三维图像的正确位置时，右眼310仅看见第一子图像且左眼320仅看见第二子图像。

对于三维图像装置100，两个子图像可由右摄像机140和左摄像机150提供。当处理器130将三维图像显示于显示单元110上时，右摄像机140提供第一子图像且左摄像机150提供第二子图像。两个摄像机140和150模拟用户的两个眼睛，且分别摄取第一子图像和第二子图像。当眼睛310和320处于正确位置且两个子图像由右像素R和左像素L以如图3所示的交错方式显示时，右眼310仅看见第一子图像且左眼320仅看见第二子图像。因此，用户的大脑合并两个子图像且感觉像看真实的三维场景。

当处理器130指示显示单元110切换到二维显示模式时，右摄像机140或左摄像机150可提供第一子图像和第二子图像两者。由于由右像素R和左像素L显示的子图像来自同一摄像机(140或150)，因此用户在显示单元110上看见常规二维图像。在本发明的实施例中，屏障层350不需要关闭，这是因为两个眼睛将看见同一图像。

在本发明的一个实施例中，当处理器130将二维图像显示于显示单元110上时，两个子图像的内容可相同。在这种情形中，右摄像机140或左摄像机150向右像素R和左像素L提供同一子图像。这实际上将显示单元110的分辨率降低一半。或者，右摄像机140或左摄像机150可分别向右像素R和左像素L提供不同子图像。由于显示单元110可为用于预览三维图像的小显示器，所以显示单元110的分辨率可比右摄像机140和左摄像机150的分辨率小得多。在这种情形中，右摄像机140或左摄像机150能够输出更多像素数据以维持显示单元110的分辨率。在这个实施例中，屏障层350关闭且两个眼睛将看见两个图像。

屏障层350实际上仅在眼睛310和320处于正确位置时工作(这意味眼睛310和320与显示单元110之间的相对位置以及眼睛310和320与面部之间的相对位置两者必须处在某一可见范围内)。关于三维图像装置100，用户在错误位置观看三维图像时会感觉晕眩。为了解决晕眩问题，当眼睛310和320处于用于观看显示单元110上的三维图像的正确位置时，处理器130将三维图像显示于显示单元110上。否则，处理器130将二维图像显示于显示单元110上。

关于三维图像装置100，处在正确位置并不足够，这是因为摄像机140和150的对焦操作也可能引起晕眩。在这种情形中，处理器130可在右摄像机140和左摄像机150两者的对焦完成，且用户眼睛310和320处于正确位置后，才将三维图像显示于显示单元110上。另外，处理器130可暂时将二维图像显示于显示单元110上以保护用户以防晕眩。

在本发明的一些实施例中，处理器130可指示开启屏障层350以起始像素的遮蔽，或关闭屏障层350以停用像素的遮蔽。在这些实施例中，屏障层350可在二维图像显示于显示单元110上时开启。或者，屏障层350可在将三维图像显示于显示单元110上时开启，且在将二维图像显示于显示单元110上时关闭。

图4为绘示根据本发明的另一实施例的显示单元110和用户眼睛410和420的示意图。在这个实施例中，显示单元110包含多个屏障层以提供用户较宽三维观看范围。在这个实施例中，显示单元110包含像素层440和N个屏障层451到45N。N为大于一的预置整数。像素层440类似于像素层340。每个屏障层451到45N设置于距像素层440不同的距离处，以用于遮蔽右像素R和左像素L，使得当用户的眼睛410和420处于对应位置时，用户右眼410仅看见第一子图像且用户左眼420仅看见第二子图像。

处理器130可使用由前摄像机120拍摄的眼睛410和420的图像来确定用户的眼睛410和420在哪一屏障层的对应位置处。当用户的眼睛410和420处在屏障层451到45N中的一者的对应位置处时，处理器130将三维图像显示于显示单元110上且开启那一个屏障层并关闭其它屏障层451到45N。当用户的眼睛410和420不在屏障层451到45N中的任一者的对应位置处时，处理器130将二维图像显示于显示单元110上以保护用户以防晕眩。处理器130可在将二维图像显示于显示单元110上时关闭所有屏障层451到45N。

总的来说，本发明基于用户眼睛的位置来确定显示三维图像还是二维图像。在本发明的一些实施例中，基于三维摄像机的对焦状态和用户眼睛的位置两者来在三维图像与二维图像之间进行选择。因此，本发明仅在用户可恰当地观看三维图像时显示三维图像，从而保护用户以防感觉晕眩。

所属领域的技术人员应明白，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下对本发明的结构作各种修改和变化。鉴于以上内容，本发明涵盖本发明的修改和变化，只要所述修改和变化落入所附权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种三维图像装置，其包括：

显示单元，用以支持三维显示模式和二维显示模式；

前摄像机，其用于摄取用户的眼睛的图像；以及

处理器，其耦接到所述显示单元和所述前摄像机，且用于基于所述用户眼睛的所述图像来确定所述用户眼睛的位置，且基于所述用户眼睛的所述位置来确定以所述三维模式还是所述二维模式提供将显示于所述显示单元上的至少一个图像。

2.根据权利要求1所述的三维图像装置，其中响应于所述用户眼睛的所述位置处在预定范围中，所述处理器指示所述显示单元以所述三维显示模式来显示所述至少一个图像；且响应于所述用户眼睛的所述位置不在所述预定范围中，所述处理器指示所述显示单元以所述二维显示模式来显示所述至少一个图像。

3.根据权利要求2所述的三维图像装置，其中所述眼睛位置包括所述用户眼睛与所述显示单元之间的第一相对位置，以及所述用户眼睛与所述用户的面部之间的第二相对位置。

4.根据权利要求1所述的三维图像装置，其中所述显示单元包括：

像素层，其包括多个右像素和多个左像素，其中所述右像素显示所述至少一个图像的第一子图像，所述左像素显示所述至少一个图像的第二子图像，所述右像素和所述左像素交替地设置于所述像素层中；以及

至少一个屏障层，其设置于所述像素层前方，以用于遮蔽所述右像素和所述左像素以便响应于所述显示单元处于所述三维显示模式，而向所述用户右眼提供所述第一子图像且向所述用户左眼提供所述第二子图像。

5.根据权利要求4所述的三维图像装置，其中所述至少一个屏障层响应于所述显示单元处于所述二维显示模式而开启，且所述第一子图像与所述第二子图像相同。

6.根据权利要求4所述的三维图像装置，其中所述至少一个屏障层响应于所述显示单元处于所述三维显示模式而开启，且响应于所述显示单元处于所述二维显示模式而关闭。

7.根据权利要求4所述的三维图像装置，其中所述显示单元包括多个屏障层，每个所述屏障层设置于距所述像素层不同的距离处，以用于在所述三维显示模式中遮蔽所述右像素和所述左像素。

8.根据权利要求7所述的三维图像装置，其中所述显示单元在所述三维显示模式中根据所述用户眼睛的所述位置来选择开启至少一个所述屏障层，且关闭其它所述屏障层；且所述显示单元在所述二维显示模式中关闭所述多个屏障层。

9.根据权利要求4所述的三维图像装置，其还包括：

右摄像机，其耦接到所述处理器且用于摄取右图像；以及

左摄像机，其耦接到所述处理器且用于摄取左图像；

其中响应于所述右摄像机和所述左摄像机完成对焦操作和所述用户眼睛的所述位置处在所述预定范围内，所述处理器指示所述显示单元以所述三维模式显示，否则所述处理器指示所述显示单元以所述二维模式显示。

10.根据权利要求9所述的三维图像装置，其中响应于所述显示单元处于所述三维显示模式，所述右摄像机提供所述第一子图像且所述左摄像机提供所述第二子图像；响应于所述显示单元处于所述二维显示模式，所述第一子图像和所述第二子图像由所述右摄像机或所述左摄像机提供。

11.一种用于显示图像的方法，其包括：

摄取用户的图像；

基于所述用户的所述图像来确定所述用户的观看位置；以及

基于所述用户的所述观看位置来确定将三维图像还是二维图像显示于显示单元上。

12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：

响应于所述用户的所述观看位置处在三维可见范围中，将所述三维图像显示于所述显示单元上；以及

响应于所述用户的所述观看位置不在所述三维可见范围中，将所述二维图像显示于所述显示单元上。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述观看位置包括用户眼睛与所述显示单元之间的第一相对位置，以及所述用户眼睛与所述用户的面部之间的第二相对位置。

14.根据权利要求11所述的方法，其还包括：

提供交替地设置于所述显示单元的像素层中的多个右像素和多个左像素；

通过所述右像素来显示所述三维图像或所述二维图像的第一子图像；

通过所述左像素来显示所述三维图像或所述二维图像的第二子图像；以及

提供设置于所述像素层前方的至少一个屏障层，以用于遮蔽所述右像素和所述左像素以便响应于所述显示单元处于所述三维显示模式，而向所述用户的右眼提供所述第一子图像，且向所述用户的左眼提供所述第二子图像。

15.根据权利要求14所述的方法，其还包括：

响应于所述显示单元处于所述二维显示模式，开启所述至少一个屏障层。

16.根据权利要求14所述的方法，其还包括：

响应于所述显示单元处于所述三维显示模式，开启所述至少一个屏障层；以及

响应于所述显示单元处于所述二维显示模式，关闭所述至少一个屏障层。

17.根据权利要求14所述的方法，其还包括：

提供多个屏障层，其中所述多个屏障层设置于距所述像素层不同的距离处，以用于在所述三维显示模式中遮蔽所述右像素和所述左像素。

18.根据权利要求17所述的方法，其还包括：

响应于所述显示单元处于所述三维显示模式，根据所述用户的所述观看位置来选择性地开启至少一个所述屏障层，且关闭其它所述屏障层；以及

响应于所述显示单元处于所述二维显示模式，关闭所述多个屏障层。

19.根据权利要求14所述的方法，其还包括：

当右摄像机和左摄像机的对焦操作完成，且所述用户的所述观看位置处在预定范围中，将所述三维图像显示于所述显示单元上；以及

否则，将所述二维图像显示于所述显示单元上。

20.根据权利要求19所述的方法，其还包括：

在所述三维显示模式中，通过所述右摄像机来提供所述第一子图像，且通过所述左摄像机来提供所述第二子图像；以及

在所述二维显示模式中，选择性地通过所述右摄像机或所述左摄像机来提供所述第一子图像或所述第二子图像。