CN104221372B - 自动立体显示器及显示3d图像的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及同时显示多于两个不同图像的自动立体显示器，包括：像素矩阵(11)，具有分布在不同子集上的多个像素(15)；光学元件(12)，设置在像素矩阵(11)的前方或后方，具有网格状结构，并且对从像素(15)发出或发射的光施加限定的传播方向，使得相对彼此横向偏移的多个观看区域(16)限定成使得每一观看区域(16)与一个子集关联，并使得从像素(15)的每一子集发出或发射的光被引导至与子集关联的观看区域(16)中；和控制单元(13)，用于根据限定3D图像的图像数据(14)控制像素矩阵(11)。在这方面，控制单元(13)配置成，针对的多个像素(15)条带中的每一条带，执行下列相应的步骤，以控制像素矩阵(11)从而从显示器前方的不同于标称间距(Dn)的观看距离(D)自动立体观看3D图像：‑确定位置坐标(x)的值；‑针对3D图像的视图的对应于所述条带的图像条带，确定通过图像数据14限定的强度值，3D图像的视图对应于从通过指定值限定的位置的视线方向；‑使用以这种方式确定的强度值来控制所述条带的像素(15)。

Description

自动立体显示器及显示3D图像的方法
技术领域
本发明涉及一种根据主权利要求的前序部分的用于同时显示多于两个不同图像的自动立体显示器，以及一种根据独立权利要求的前序部分的显示3D图像的方法，其中该方法可以通过上述的显示器来实现。
背景技术
一般显示器包括像素矩阵，该像素矩阵具有设置于不同行的多个像素，其中，所述像素矩阵上的多个(多于两个)不相交的像素子集被限定，使得每一子集形成一组平行条带，该条带具有与行的非零角度，其中，属于不同子集的条带相互交错，使得不同子集的条带和/或像素在行方向上周期交替。此外，这种显示器包括光学元件，该光学元件设置在像素矩阵的前方或后方，具有与条带平行取向的网格状结构，并且，对每一像素，该光学元件对从相应像素发出或发射的光施加所限定的传播方向，使得在由显示器的几何形状预定义的显示器前方的标称距离处，多个(对应于所指定的复数)观看区域被限定，其中，观看区域相对彼此横向偏移，且每一观看区域与一个子集关联，使得从每一像素子集发出或发射的光被引导至与该子集相关联的观看区域中。
这种显示器件本身被称为多视图显示器。按照预期，在使用从现有技术可知这些显示器时，多个(对应于所指定的复数)立体半图像中的相应的一个显示在指定的像素子集上，所述立体半图像中的在具有直接相邻的条带的子集上显示的相应的两个结合配对以形成立体图像。在这种方式下，不仅位于显示器前方的单个观看者可以自动立体地感知同一场景的三维呈现的图像，多个彼此相邻的观看者也可以自动立体地感知同一场景的三维呈现的图像。此外，观看者可以在显示器前方沿横向方向移动而不失去三维效果。他将从根据他的移动而变化的视角下看到同一场景。
然而，观看者或者多个观看者中的每一观看者只有在他的眼睛保持在通过显示器的几何形状预定义的自显示器的标称距离处时才可以看到品质满意的3D图像，在这方面是存在缺点的。否则观看者的每只眼睛即看到显示器的不同区域的一部分以及不同半图像的部分重叠。应当注意，在本申请中，术语标称距离、标称间距被用作同义词且被用来表示特定观看距离，该特定观看距离是由显示器的几何形状给定的并可被看做是标称观看距离。
发明内容
本发明的根本目的是开发一种自动立体显示器，在该自动立体显示器上，可以从应该可以尽可能地自由选择的距离观看所显示的场景的的三维效果的相应图像，其中，如所描述的现有技术一样，多个观看者应该可以同时观看显示器且每个观看者看到该场景的三维效果图像，以及观看者可以横向移动而不会失去三维效果。本发明的另一目的是提出一种在满足这些要求的自动立体显示器上显示3D图像的相应方法。
根据本发明，通过具有第一项权利要求的特征的自动立体显示器以及具有另一独立权利要求的特征的方法来实现该目的。有利的实施方式由从属权利要求的特征产生。
因此，提出的显示器具有控制单元，该控制单元用于根据限定3D图像的图像数据控制像素矩阵。该控制单元配置为，所述控制单元配置成，针对每一像素条带，执行下列相应的步骤，以控制所述像素矩阵从而用以从屏幕的前方的不同于所述标称间距的观看距离自动立体观看3D图像：
-确定位置坐标的值，所述位置坐标的值描述线上的位置的横向位置，所述线沿着所述行方向取向且设置在所述显示器的前方的所述观看距离处的所限定的高度处，其中，针对从该条带的像素(更确切地从相应的像素的区域的中心)发出或发射的光沿通过所述光学元件施加的所述传播方向入射至指定的所述线上的位置确定所述值；
-针对所述3D图像的视图的对应于所述条带的图像条带，确定通过图像数据限定的强度值，所述3D图像的视图对应于从通过指定值限定的位置的视线方向；
-使用所谓的强度值来控制所述条带的像素。
在这方面，根据观看距离确定相应的位置坐标的值通过简单的算术运算是可行的，且仅代表使用投影几何学。
各种坐标系可以作为限定位置坐标的基础。在具有沿行方向取向的x轴、竖直的y轴和沿着显示平面的法线方向取向的z轴的有利的坐标系中，所指定的位置坐标也可以选择为x坐标。在该坐标系中，可以用z坐标代表观看距离，用y坐标代表高度。然而，可替代的，任何对指定线的参数化，优选是恒定的参数化，均可以用作位置坐标。
指定线一般是平行于显示器取向的水平直线的一部分。然而，该指定线也可以是倾斜的或弯曲的。在这种情况下，使指定距离指示显示器和所限定的点(通常为线上的中心点)之间的距离。此外，使线被限定为其长度受限，即，仅覆盖显示器前方的限制宽度的空间，使得以所述方式确定的位置坐标的值是明确的。也就是说，通过光学元件传播的光线不应该考虑在内，使得这些光线不能通过通常位于显示器前方的中间位置的观看区域之一，而是通过所谓的辅助区域。
每一位置坐标值分别对应于指定线上的一观看位置，此处观看位置仅称为位置。相应的视图被限定为从该观看位置或从由此预定义的视线方向获得的3D图像的二维视图或者3D图像所显示的场景的二维视图。实际的或虚拟的摄像机位置可以与每一指定的位置坐标值相关联。对应于从相应的位置坐标值限定的位置的视线方向的视图意味着是由或将由从与该位置坐标值相关联的摄像机位置拍摄指定场景而获得的视图。
此处提到的强度值也可以被称为各像素的亮度值或控制值。因此，它们代表了在将由像素显示的相应的视图的各个图像元素上的图像信息。在多色像素的情况下，它们还可以包括颜色信息，或者，在具有不同基色的像素的像素矩阵中，可以依赖于相应的像素(一般称为子像素)的颜色。至少一些视图、或者更确切地属于各像素条带的视图的图像条带、以及因此至少部分视图需要根据指定的图像数据计算以确定所需的强度信息。这些图像数据显然限定3D图像，但是并不事先包含所有可能的视图的所有图像信息。而是他们仅通过图像数据间接限定并按需计算，其依赖于为不同条带确定的位置坐标值。此外，本身已知的各处理过程将被考虑，且其中的一些将在后面进行概述。
可通过提出的措施实现的是，当观看距离不同于标称距离时，从指定观看距离观看相应受控的显示器的观看者也将看到图像品质良好的三维效果的图像。通过所描述的对像素矩阵的控制尤其实现的是，尽管观看距离实际上并不能与显示器的几何形状匹配，但至少在很好的近似距离处，观看者看到相互补充的两个立体图像(其结合成一个立体图像)，同时避免的是在横向移动中有明显的令人烦扰的不规则或跳变发生。如果仅是响应于多个像素之间变化的观看距离而再分配以不变的方式限定的多个立体半图像的多个强度值，而不是提出的对相应限定、在每一情况下理想地限定的视图的多个不同的条带确定强度值，则后者将不能避免。因此显示器可以用于完全不同的观看距离。在特定情况下使显示器自身适应于观看距离可以通过特定用途预定义，例如，置于预先设定大小的房间内，在这方面隔墙是不需要的。
在本文件中术语“立体半图像”应指场景的各个视图，两个视图结合成该场景的一个立体图像，其中，这些视图对应于来自实际的或虚拟的摄像机位置或眼睛位置的相对彼此横向偏移约眼睛之间的平均距离的视图。因此，在一组多于两个的具有这些特性的视图的情况下，各个视图也应称为立体半图像。
可以通过针对每一条带控制相应的条带的像素来进行使用确定的强度值控制像素的上述步骤，使得3D图像的视图的对应于该条带的图像条带由该像素条带的像素再现，其中，3D图像的视图对应于从通过指定的位置坐标值限定的位置的视线方向，其中，对应于该条带的图像条带是所述视图的带状提取，并在该完整视图中具有与像素矩阵中的像素条带的取向和位置对应的取向和位置。
所描述的显示器可以是简单的仅配置了特殊控制单元或特殊编程的控制单元的多视图显示器，使得，除了标称距离以外，至少在可自由选择的一定限度内其他观看距离是可行的。在典型实施方式中，观看区域被有利地尺寸设计成使得在每一种情况下它们的横向距离大约对应于双眼之间的平均距离(例如65mm)，所指定的多个例如可以是9个或者甚至更多个。像素矩阵例如可以由LCD显示器或由OLED显示器提供。光学元件具体可以是视差屏障或者透镜屏幕。这些屏幕类型的组合也是可行的。在透镜屏幕的情况下，网格状结构通常是由一组平行柱面透镜形成。屏障屏幕，尤其是狭缝屏幕，可以用作视差屏障。最后，光学元件也可以是再生狭缝屏幕或者另一种屏幕类型的菲涅尔结构或者液晶结构。像素可以是多色像素或者不同基色(例如红色、绿色和蓝色)的子像素。在最后指定的情况下，通常来自相互跟随的三行的三个相应的像素或子像素将结合以形成一个中性颜色或真彩色的图像元素。
如果来自像素矩阵的每一行的每一条带包括至多一个像素，即具有仅一个像素的宽度，则所描述的相应的显示器的控制单元的配置是尤其有利的。即，则不存在执行各条带内亮度中心的横向移位以使控制适应变化了的观看距离的可能性。
还提出一种有利的方法，以在实现设定目标的所描述类型的自动立体显示器上显示3D图像。该方法是具有像素矩阵和设置在像素矩阵前方或后方的光学元件的显示器的特定用途，其中，所述像素矩阵具有设置于不同行的多个像素，其中，限定所述像素矩阵上的多个(多于两个)不相交的像素子集，使得每一子集形成一组平行条带，所述一组平行条带包括与所述行的非零角度，其中，不同子集的条带在行方向上周期交替，且其中，优选地，来自所述像素矩阵的每一行的每一条带包括至多一个像素，且其中，所述光学元件具有平行于所述条带取向的网格状结构，并且针对每一像素，所述光学元件对从相应的像素发出或发射的光施加所限定的传播方向，使得，在通过所述显示器的几何形状预定义的自所述显示器的标称间距处，多个(对应于所指定的复数个)相对彼此横向偏移的观看区域被限定成使得每一观看区域与一个子集相关联，并使得从多个像素的每一子集发出或发射的光被引导至与所述子集关联的观看区域中。
在该方法中，根据限定3D图像的图像数据控制所述像素矩阵，从而用以从所述显示器的前方的不同于所述标称间距的观看距离自动立体观看3D图像。为了实现该目的，针对每一像素条带，该方法包括以下各步骤：
-确定位置坐标的值，所述位置坐标的值描述线上的位置的横向位置，所述线沿着所述行方向取向且设置在所述显示器的前方的所述观看距离处的所限定的高度处，其中，针对从该条带的像素发出或发射的光沿通过所述光学元件施加的所述传播方向入射至指定的所述线上的位置相应地确定所述值；
-针对所述3D图像的视图的对应于所述条带的图像条带，确定通过图像数据限定的强度值，所述3D图像的视图对应于从通过指定值限定的位置的视线方向；
-使用以这种方式确定的强度值来控制所述条带的像素。
以上对显示器的论述相应可应用于方法的这些步骤中。使得，尽可能好的图像质量也可以由不同于标称距离的观看距离产生，在每种情况下，可以以尽可能精细分级的标度或者甚至没有刻度的标度精确地确定位置坐标，使得对于不同的条带可以取多个(其大于所指定的复数)不同的值。所提出的显示器的控制单元可以相应地配置成：可以以尽可能精细分级的标度或者甚至没有刻度的标度精确地确定位置坐标，使得对于不同的条带可以取多个(其大于指定的复数)不同的值。
即，针对其横向位置对应于之前指定的多个观看区域的位置或从显示器来看被恰好设置在这些观看区域之前或之后的位置，位置坐标采用多个(对应于所指定的复数)可能的位置坐标值。因此，在当前情况下，位置坐标应该另外地采取或可以采取这些离散值之间的中间值。然而，为了保持限度内的计算工作量，如果在每一种情况下仅数量有限的离散中间值允许使用以及如果位置坐标四舍五入至相应的最接近的允许值或中间值，则这会是有利的。因此可以实现的是，总体所需的视图的数量，或者更确切的说至少个别图像条带所需或可能所需的视图数量，仍然可控。
通常，指定的视图被限定成使得，对于多个(对应于所指定的复数)值，它们对应于多个(对应于所述复数)立体半图像，在每种情况下，所述多个立体半图像中对应于所述多个值中的最接近彼此的值的两个立体半图像结合，以形成立体图像。它们是在传统地控制显示器时或在观看距离对应于标称距离时显示在指定子集上的半图像。在观看距离不同于标称距离的当前情况下，需要与位于这两个立体半图像的视线方向之间的视线方向对应地，选择对应于位置坐标的中间值的至少一个视图。
在该方法的有利的实施方式中，在之前的段落中，确定位置坐标，使得针对在所述像素矩阵上在中心延伸的多个(对应于所指定的复数)直接相邻的条带采用指定数量的值，而针对至少一些设置在更外侧的条带采用中间值。控制单元可相应地配置为以该方式确定位置坐标。在图像中心处的像素矩阵的控制不会有所不同，或者仅仅不明显地不同于针对标称距离提供的控制。
任何所需的本身已知的渲染过程可以用于为不同的视图确定所需的强度值。在这一方面，在每一种情况下，有利地，如果对于每一视图，仅确定对应于该视图的位置坐标值已确定的图像条带或那些图像条带的强度值，则这是充分的。因此，所需的计算能力保持在限度内，该计算能力使得该方法可用于非预先限定而是实时限定的图像序列，例如在计算机游戏或在用立体摄像机拍摄的现场拍摄的播放中。
一种可能性是，针对不同的视图确定强度值，其中，根据通过所指定的图像数据所限定的一个深度图或多个深度图、以及根据用于通过所述深度图所表示的表面的多个区域部分的通过所述图像数据所限定的纹理值，确定用于相应的视图的所需的一个或多个图像条带的图像信息。没有预先呈现的关于获取视图的图像信息的过程的细节，例如可以参见文献DE 102010028668A1。
在另一种实施方式中，可以确定用于不同视图的强度值，其中，确定通过图像数据限定的至少两个立体半图像之间的差异，以及确定用于所需的一个或多个图像条带的图像信息，其中，根据差异和所指定的位置坐标的相应的值，通过内插和/或通过转换，将该视图限定为所指定的立体半图像之间的中间图像。如何来完成该过程的说明可以从文献US 6366281B中找到。该过程也被称为“图像变形(morphing)”。
另一可能性包括这样的事实：确定用于不同视图的强度值，其中，确定通过图像数据限定的至少两个立体半图像之间的差异，根据差异计算深度图，且使用深度图确定用于相应的视图的所需的一个或多个图像条带的图像信息。
因此，为了确定用于不同视图的强度值，所提出的显示器的控制单元可以配置成：
-根据通过所指定的图像数据所限定的深度图、以及根据用于通过深度图所表示的表面的多个表面部分的通过所述图像数据所限定的纹理值，确定用于相应的视图的所需的一个或多个图像条带的图像信息；或
-确定通过图像数据限定的至少两个立体半图像之间的差异，以及确定用于相应的视图的一个或多个图像条带的图像数据，其中，根据差异和所指定的位置坐标的相应的值，通过内插和/或通过转换，将该视图限定为所指定的立体半图像之间的中间图像；或
-确定通过图像数据限定的至少两个立体半图像之间的差异，根据差异计算深度图，且使用深度图确定用于相应的视图的所需的一个或多个图像条带的图像信息。
从而，该控制可以自动适用于观看者距离显示器的当前距离，显示器可以包括追踪装置，追踪装置用于确定至少一个观看者的一对眼睛与显示器之间的距离，且控制单元可配置成控制所述像素矩阵，以使观看距离对应于上述距离。因此，控制单元配置成，如果所测量的距离不同于标称距离，则以之前描述的方式控制像素矩阵，使得用作控制基础的指定观看距离对应于通过追踪装置所确定的距离。在相应有利设计的方法中，检测至少一个观看者的一对眼睛与显示器之间的距离，其中，观看距离相应地被选择成由此检测的距离，以用于针对不同的条带确定所述位置坐标的值。为实现该目的，例如，由立体摄像机拍摄的在显示器前方的空间的图像可以使用合适的图像评估程序进行评估。
本申请的主题可以描述为一种用于在本身已知类型的自动立体屏幕上再现3D图像的方法。在典型的实施方式中，该屏幕具有包括大量像素的像素矩阵，以及设置在像素矩阵前方的光学元件，该光学元件在下文将称为光学网格，其中，像素矩阵中的像素被设置成其形成大量条带，这些条带以等距的方式相邻设置并在下文称为列，列方向是竖直方向或相对于竖直方向倾斜的方向，其中，光学网格包括一组带状结构，这些带状结构平行于所述列取向，并且等距相邻设置，以及，针对每一像素，所述光学网格预定义从相应的像素发出的光的至少一个限定的传播平面，所述传播平面贯穿限定的水平传播方向和列方向，其中，相邻的带状结构的通过横向偏移限定的光学网格的周期长度比直接相邻的列的横向偏移大系数n×Dn/(Dn+a)，其中，a表示像素矩阵和光学网格之间的有效距离，Dn表示自动立体屏幕的标称间距，以及，n表示对应于上述多于两个的多个观看区域的数量的大于2的整数。
在此处提出的使用该类型的屏幕中，再现3D图像的方法包括以下步骤，其使得能够在偏离标称距离Dn的观看距离D处自动立体观看3D图像：
-为每一所述列，分配在观看者空间中的位置坐标值和另一位置坐标值，其中，第一次提到的位置坐标值给出了在显示器前方观看距离D处水平取向的坐标轴上的位置，即，位置的横向位置，所述位置是通过这样的事实限定的，即，光线从相应的列发出并经过光学网格落在该位置的坐标轴上，其中，另一位置坐标值给出了相应的列在横向方向的位置或从该列像素发出的光线所经过的光学格的带状结构在横向方向上的位置，
-通过图像合成为每一列计算图像的提取，其中，该图像是由从在分配给相应的列的第一次提到的位置坐标值限定的位置再现的3D图像的视角给出的，以及，提取是由该图像的条带限定的，该条带在该图像中具有与分配给相应的列的另一位置坐标值对应的横向位置，
–以这种方式控制像素矩阵中的像素，从而为每一列计算的提取记录在相应的列中。
为了帮助理解，上面给出的第一次提到的位置坐标的限定意味着第一次提到的位置坐标值对应这样一个位置：在该位置处由光学网格限定的从相应列发出的光线的传播平面和前面提到的水平坐标轴交叉。
因此，3D图像可见的、质量相对较好的可以被自动立体地三维地感知的区域在显示屏前方的观看距离D处产生了。然而，降低图像质量的干扰可能会在该区域的边缘发生，且经常以在列方向移动的条带形式可见，例如，在倾斜的且平行相邻排列的方向。该干扰是由相邻的列或像素条带的串扰引起的，其中，相对视角差别区别很大的图像的提取被再现。使用所描述的控制，视角或者观看方向通常略有差异的图像的提取在相邻的列或像素条带被再现。然而，在每一个近似第n列跳变处，可引起前述干扰的更大的视角跳变出现在相反方向。
允许该干扰至少被衰减的方法概述如下。在这种情况下，平均强度值通过一些列被记录或者被再现。在图像的提取中，这优选涉及从直接相邻的列极大的偏离的视角或观看方向的记录，也就是说，前述的相对较大的视角跳变发生的像素矩阵的列。在这种情况下，对应在前述的显示屏前的区域的右边边缘和左边边缘的两个视角的贡献被平均。
更确切的说，在这种情况下，使用平均强度值控制像素条带中所选择的条带的像素，所选择的条带被确定为确定位置坐标的值的步骤由于以下事实在给定的位置坐标区间内具有两个解的多个条带或一些条带：从相应条带的像素发出的光通过所述光学元件中两个相邻的结构传播，其中，每一平均强度值确定为第一强度值和第二强度值的平均值，针对相应的像素且针对所述两个解中的第一解确定所述第一强度值，且针对同一像素且针对所述两个解中的第二解确定所述第二强度值。通常，对于特定选择的条带的每一像素，通过将针对相应的像素确定的加权的第一强度值和加权的第二强度值相加获得平均强度值，所述第一强度值和所述第二强度值根据所确定位置坐标的值进行加权。如果所确定的值越接近给定的位置坐标区间的边缘，则所使用加权系数越小；如果所确定的值越不接近所述位置坐标区间的边缘，则所使用的加权系数越大。
附图说明
下面将参照图1至图4对本发明的实施方式进行说明，图中示出：
图1为自动立体显示器以及该显示器前方的观看空间的平面示意图；
图2为图1中的显示器的像素矩阵的细节的正视图；
图3为以对应于图1的表示示出的同一显示器，该显示器的部分组件被省略而仅通过示例的方式示出一些光束路径以解释所提出的对显示器的控制；以及
图4为在特定实施方式中的一部分像素矩阵的正视图。
具体实施方式
图1示出自动立体显示器，该自动立体显示器尤其适于作为同时显示多个不同图像的多视图显示器，在当前情况下同时显示9个图像。该显示器具有像素矩阵11和设置于像素矩阵11前方的光学元件12。此外，该显示器包括控制单元13，该控制单元13用于根据限定3D图像的图像数据14控制像素矩阵11。通常，该3D图像会随着时间变化因此更准确的说是图像序列。在这方面，该图像数据14可以被存储例如存储在数据载体上并可从数据载体读取，或者可以通过电脑游戏根据其进程限定。
像素矩阵11为具有设置于不同行的多个像素15的LCD或OLED显示器。该像素矩阵11的细节如图2所示。各个像素15分别由图中的长方形所示。在当前情况下，像素15是基色(在图2中分别以字母R、G和B标示的红色、绿色和蓝色)的子像素。
像素15的多个不相交的子集(在当前情况下为9个，多个当然也可以更多或更少)在像素矩阵11上被限定，使得这些子集中的每一子集形成一组平行条带。这些子集从1到9顺序编号，且在图2中每一像素15被提供有该像素15所属的子集的编号。从图2中可知，多个指定的条带包括与行的非零角度，不同子集的条带在行方向上周期交替，以及，每一条带在每一行包括不多于一个的像素15。
光学元件12例如可以被设计成狭缝屏幕或透镜屏幕，且该光学元件12具有平行于条带取向的网格状结构，如图2中虚线所示。在该方面，在当前情况下，
d＝9b Dn/(Dn+a)
应用于该结构在横向(对应于行方向)的周期，其是相邻像素15的区域中心的横向距离，a指示像素矩阵11和光学元件12之间的距离，Dn代表所谓的标称距离。从而在每一种情况下，光学元件12针对从像素15发出或发射的光施加相应限定的传播方向。如此使得，在显示器前方的标称间距Dn处，多个(对应之前指定的复数个，即9个)相对彼此横向偏移的观看区域16被限定，使得每一观看区域16与一个子集相关联，并使得从像素15的每一子集发出或发射的光被引导至与该子集关联的观看区域16中。这在图1中通过用于子集2的两个极端向外设置的像素15的相应的虚线来示出。光学元件12设置在像素矩阵11的后方的变型也可以实现。观看区域16在图1中以其菱形横截面示出，且根据子集从1到9顺序编号。彼此相邻的观看区域16横向上相互偏移约65mm。
在操作显示器的传统模式中，在像素15的每个子集上显示九个立体半图像中相应的一个，使得这些立体半图像之一能够从每一观看区域16可见。然后，这些立体半图像被选择成使得从直接相邻的观看区域16可见的两个立体半图像分别结合以形成一个立体图像，该立体图像对应于由此显示的3D图像的视图。则一个或多个观看者分别可以从视平面17看到具有深度效果的三维效果的视图之一，其中，视平面17设置在显示器前方的标称距离Dn处。
现将描述操作显示器的另一种模式，在该模式中，像素矩阵11被控制以从不同于标称距离Dn的观看距离D处自动立体观看3D图像。
为了测量观看距离D，本实施方式的显示器具有追踪装置，该追踪装置通过指向显示器前方的观看空间的立体摄像机18以及用于进行图像评估过程的评估单元19来实现。使用该追踪装置，至少一个观看者的头部位置被检测到，以及，测量观看距离D作为该观看者的双眼与显示器之间的距离。
控制单元13针对每一像素15条带、通过相应的技术程序装置、根据图像数据14和由追踪装置确定的观看距离D，来执行在下文更详细地说明一些步骤，以控制像素矩阵11从而用以从在显示器前方的不同于标称距离Dn的观看距离D自动立体观看3D图像。
首先，根据可如下描述的规则为每一条带确定位置坐标x的相应值。在可根据需要在很大程度上选择的特定高度，在行方向(即水平方向)上取向的假想线20被限定在显示器前方的对应于所确定的观看距离D的间距处。位置坐标被限定成使得其描述在线20上的位置的横向位置。在当前情况下，线20是直线的一部分。然而，它还可以以倾斜的方式延伸或者是弯曲的。在这种情况下，使指定的距离指示该显示器和限定点之间的距离，该限定点通常是在显示器前方的位于线20上的中心点。针对每一条带的位置，通过简单的数学运算确定位置坐标值，在该位置处，从该条带的像素发出或发射的光沿光学元件12施加的传播方向入射至指定的线20。例如，针对一个条带，实际上针对像素15的属于子集7且布置在靠近显示器的左边缘的条带，图1中通过虚线示出这一点。针对这些从显示器的中央来看恰好设置在观看区域16的前方的多个位置，位置坐标x取九个离散值。在本实施例中，位置坐标x被缩放使得他们是离散值1、2、3、4、5、6、7、8和9。在每一种情况下，以精细分级的标度或者甚至至少类似而没有准确分级的标度确定位置坐标x的值，使得其还采用这些离散值之间的中间值，且针对不同的条带可采用远多于之前指定的九个的许多不同的值。因此，例如，x＝3.5更确切地应用于该条带，针对该条带，图1中示出确定位置坐标x的值。从图1中还可知，限定位置坐标x使得，针对在像素矩阵上在中心延伸的九个直接相邻的条带取离散值1、2、3、4、5、6、7、8和9，而针对至少一些设置在更外侧的条带取这些离散值之间的中间值。
因此，位置坐标x的每一值代表了线上的特定位置以及特定观看位置，该特定观看位置反过来又和由3D图像限定的场景的视线或视角的特定方向相关联。在另一步骤中，针对每一条带确定强度值，且针对3D图像的视图的对应于该条带的图像条带通过图像数据14限定该强度值，该3D图像的视图对应于从通过指定值限定的位置的视线的方向。从这方面来说，相应的视图被限定为从该观看位置或从由此预定义的视线的方向获得的3D图像的或者通过3D图像显示的场景的二维视图。
最后，使用由此确定的强度值控制相应的条带的像素15，在当前情况下，这些强度值当然也根据包含在图像数据14中的颜色信息以及根据各像素15的颜色。在变型中，像素矩阵11当然也可包括多色像素，然后使用相应地确定的强度值和颜色值分别控制这些多色像素。
对于离散值1、2、3、4、5、6、7、8和9，指定的视图被限定为九个立体半图像，其中，在上文关于针对从标称距离Dn观看的显示器的操作的传统模式指定这九个立体半图像。然而，在此专注的操作模式中，对于分别对应于设置在这些九个立体半图像的视线方向之间的视线方向的位置坐标x的中间值，仅需要单独的条带的大多数视图被限定。为了说明这一点，例如，图1中示出x值1、5和9的光线，x值1、5和9示出像素矩阵11上的点，光必须从该点发出以通过光学元件12入射至线20上通过相应的x值限定的位置。然而，可以从图1中容易的辨别出，这些点只是位于在特殊情况下光线实际从其发出的一个像素15的中央。从实际存在的像素15(这通常意味着像素15的区域中央)发出的光相反在大多数情况下入射至线20上对应于x坐标的中间值的位置。对于位于显示器前方的观看距离D处的观看者来说，通过使用对应于相应选择的中间视图的图像信息通过此处提出的对这些像素15的控制来实现最佳质量的展示。
图3再次图示了这些关系，在图3中，再次以相同的附图标记提供重复的特征。在对应于图1的其它表示方式中，对于像素矩阵11中的三个不同的区域此处以示例的方式示出了相应的光束，该光束从三到四个相应的相邻的子像素15发出且照亮线20上的由坐标值x＝5限定的位置周围的区域。从而，观看者的眼睛能够从这个位置看到干扰尽可能少的视图，所述视图对应于来自由值x＝5限定的摄像机位置的视线方向，不同子集的像素15由于此处容易识别的几何关系而需要按照如下方式被控制。使用在正常情况下(也就是在从标称距离Dn观看时)属于在第五观看区域16可见的立体半图像的强度值控制在像素矩阵11的左手端的子集9的像素15、以及在像素矩阵11的右手端的子集1的像素15。相反，在图3中通过附图标记21所确定的像素矩阵的区域中，没有使用这个视图的强度值来控制像素15，这是因为没有像素15设置在相应的图像信息需要被成像的地方。相反，使用属于值x＝4.6的所计算的视图的图像信息来控制子集3的像素15，而使用属于值x＝5.6的另一所计算的视图的图像信息来控制区域21中的子集4的像素15。这意思是通过获取来自摄像机位置的显示场景所产生的视图，这些摄像机位置设置在之前指定的九个立体半图像中的第四立体半图像的摄像机位置和第五立体半图像的摄像机位置之间的相应位置，或者，设置在九个立体半图像中的第五立体半图像的摄像机位置和第六立体半图像的摄像机位置之间的相应位置。
线20以x方向上的长度或宽度受限的方式被确定，使得可以以上述方式清楚地确定位置坐标x的值。通过位置坐标x对线20的参数化当然也可以具有不同于图1所示情况的缩放比例。其还可以通过将对应于离散的x值1、2、3、4、5、6、7、8和9的位置之间的距离拉伸来实现，其中，视图与用于x的特定值的关联不变，使得从线20上的彼此远离眼睛之间的平均距离约65mm的两个位置可见的两个视图也对应于自相应地彼此远离且不是更远离(例如，具有更小的D)的摄像机位置的两个相应的视角。因此，两个视图之间的视差，或更准确的说是通过所描述的控制获得的且观看者从观看距离D通过他的双眼看到的视图之间的视差，应该尽可能准确地对应于在观看所显示的视图时通过平均眼距获得的视差。
可以做此规定，即，位置坐标x的值相应地四舍五入至来自有限数量的离散中间值中的最邻近的中间值。例如，可以确定位置坐标相应地仅精确至第一位小数点。然后，九个相应的可能的中间图像被设置在与x值1、2、3、4、5、6、7、8和9对应的这些立体半图像之间。所需要的最大的视图数量、更确切的说是至少可需要各个图像条带的视图数量，则降至最多90。通过该限制可以将计算工作量有利地限制到离散数量的视图，然而，其多于原始数量的九个视图。
可通过控制单元13的相应编程来使用本身已知的不同过程，以说明所需视图或更确切的说是视图的所需图形条带，以及确定不同的视图的强度值。
尤其是以下情况是可行的：
例如图像数据14可以限定深度图以及通过该深度图所再现的表面的多个区域部分的纹理值。然后，可以针对不同的视图确定强度值，其中，根据深度图以及通过该深度图所再现的表面的多个区域部分的纹理值确定用于相应的视图的所需的一个或多个图像条带的图像信息。
在其它情况下，图像数据限定两个或多于两个的立体半图像。然后，可以针对不同的视图确定强度值，其中，确定已限定的立体半图像之间的差异，以及针对相应的视图的所需的一个或多个图像条带确定图像信息，其中，根据所述差异和所指定的位置坐标x的相应的值，通过内插和/或通过转换(通过所谓的“图像变形(morphing)”)，将该视图限定为所指定的立体半图像之间的中间图像。相反，也可以从由已存在的半图像导致的差异计算深度图。则接着可以使用该深度图确定用于相应的视图的所需的一个或多个图像条带的图像信息。
需要进一步指出的是，追踪装置当然还配置成使用至少一对眼睛的头部位置确定该至少一对眼睛的横向位置。因此，控制单元13还可以配置成，根据至少由追踪装置所确定的横向位置来控制像素矩阵11，使得3D图像自动立体可见的区域也包括一个或多个被追踪的观看者的一对眼睛或多对眼睛。如有需要，这可以通过线20或观看区域16的横向移位来完成。
在本实施方式中，通过追踪装置确定观看距离D，并根据如此确定的观看距离D控制像素矩阵11。作为替代，观看距离D当然也可以通过用户例如根据显示器所安装的房间的尺寸进行选择且可以通过在控制单元13处的输入进行预定义。
在该显示器的具体实施方式中，光学元件12可以是可控的，并可以形成具有根据光学元件12的控制而可变的折射特性的透镜元件。液晶可以用来实现这些本身已知的结构。在这种情况下，独立于观看距离D是通过输入任意确定还是根据追踪装置的输出信号确定，控制单元13可以配置成根据观看距离D控制光学元件12，使得透镜元件的折射特性适于该观看距离D。
如果如上所述控制像素矩阵11的像素15，则可以从显示器的前方的约中心的特定区域观看3D图像，该区域与显示器之间的距离对应于观看距离D。在图1中，可以通过线20的对应于1和9之间的x坐标值的部分来识别该区域。然而，在该区域的边缘处可以发生降低图像质量的干扰。该干扰是由相邻的像素条带之间的串扰引起的，其中，相对大的不同视角的图像的提取被再现。换言之，在一些情况下，在接近9或10的x值将被分配至两个相邻的像素15的条带中的一个条带，而接近0或1的x值被分配至同样的两个相邻像素15的条带中的另一个条带，该问题就会发生。
可以通过使用用于各个像素15的条带的平均强度值来降低该现象引起的质量损失。图4示出如何在特定实施方式中实现这一点。图4示出了像素矩阵11的一部分，该部分包括10行57列的像素15。所述列顶部的字母R、G、B分别表示相应的列的像素15是红色、绿色还是蓝色。在图4中示出的每一像素15中绘制至少一个数字。这些数字表示针对相应的像素15通过上述方式所确定的位置坐标x的值，或者，更准确的说，表示针对所述相应的像素15所属的条带所确定的位置坐标x的值。当确定位置坐标x的值时，仅允许0和10之间的值。尽管在该给定的位置坐标区间内，对于一些像素15的条带找到位置坐标x的两个不同的值。这归因于这样一个事实：从相应条带的像素15发出并落在所述区域的光线通过光学元件11中两个相邻的结构传播。
发现在0和10之间的两个不同的x值的像素15的条带，即，发现确定位置坐标x的值的步骤产生两个解的条带，或者，至少一些条带被选择为使用平均强度值控制的像素15的条带。分配给这些条带的两个不同的x值(此后将分别称为x1和x2)在图4中以x1×x2的格式绘制。每一个平均强度值I确定为第一强度值f(x1)和第二强度值f(x2)的平均值，在确定强度值的步骤中，针对相应的像素15且针对两个解中的第一解x1确定第一强度值f(x1)，针对同一像素且针对两个解中的第二解x2确定第二强度值f(x2)。因此，第一强度值f(x1)是通过与从借助位置坐标值x1所限定的位置的视线方向对应的视图的图像点限定的强度值，而第二强度值f(x2)是通过与从借助位置坐标值x2所限定的位置的视线方向对应的视图的图像点限定的强度值。对于特定选择的条带的每一像素15，通过将针对相应的像素15确定的加权的第一强度值f(x1)和加权的第二强度值f(x2)相加获得平均强度值I，第一强度值f(x1)和第二强度值f(x2)根据所确定位置坐标的值x1和x2进行加权。如果所确定的值越接近给定的0到10的位置坐标区间的边缘，则用于该平均的加权系数越小；如果所确定的值越不接近该位置坐标区间的边缘，则用于该平均的加权系数越大。这在图4中针对所选的条带的一些像素15通过像素矩阵11的可见部分下方的公式进行说明。
此处描述的多个示例中，观看距离D小于标称间距Dn。当然，这并不是必须的情况。为了使显示器适于在大于标称观看距离Dn的观看距离D处观看，可以类似地执行相同的步骤。

Claims (18)

1.一种用于同时显示多于两个不同图像的自动立体显示器，包括：
像素矩阵(11)，所述像素矩阵具有设置于不同行中的多个像素(15)，其中，在所述像素矩阵(11)上限定多个像素(15)的多于两个的多个不相交的子集，使得每一子集形成一组平行条带，所述一组平行条带包括与所述行的非零角度，其中，不同子集的条带在行方向上周期交替；
光学元件(12)，所述光学元件设置在所述像素矩阵(11)的前方或后方，所述光学元件具有平行于所述条带取向的网格状结构，并且针对每一像素(15)，所述光学元件对从相应的像素(15)发出或发射的光施加所限定的传播方向，使得，在通过所述显示器的几何形状预定义的自所述显示器的标称距离(Dn)处，对应于所指定的复数的多个相对于彼此横向偏移的观看区域(16)被限定成使得每一观看区域(16)与一个子集相关联，并使得从多个像素(15)的每一子集发出或发射的光被引导至与所述子集关联的观看区域(16)中；以及
控制单元(13)，所述控制单元用于根据限定3D图像的图像数据(14)控制所述像素矩阵(11)，
其特征在于：
所述控制单元(13)配置成，针对每一像素(15)条带，执行下列相应的步骤，以控制所述像素矩阵(11)从而用以从所述显示器的前方的不同于所述标称距离(Dn)的观看距离(D)自动立体观看3D图像：
-确定位置坐标(x)的值，所述位置坐标(x)被限定成使得所述位置坐标(x)描述线(20)上的位置的横向位置，所述线沿着所述行方向取向且设置在所述显示器的前方的所述观看距离(D)处的所限定的高度处，其中，针对从相应的条带的像素(15)发出或发射的光沿通过所述光学元件(12)施加的所述传播方向入射至指定的所述线(20)上的位置确定所述位置坐标(x)的值；
-针对所述3D图像的视图的对应于所述条带的图像条带，确定通过图像数据(14)限定的强度值，所述3D图像的视图对应于从通过指定值限定的位置的视线方向；
-使用以这种方式确定的强度值来控制所述条带的像素(15)，
其中，所述控制单元(13)配置成使用平均强度值控制像素(15)条带中所选择的条带的像素(15)，所选择的条带被确定为确定位置坐标(x)的值的步骤由于以下事实在给定的位置坐标区间内具有两个解的条带或一些条带：从相应条带的像素(15)发出的光通过所述光学元件(12)中两个相邻的结构传播，其中，每一平均强度值确定为第一强度值和第二强度值的平均值，针对相应的像素(15)且针对所述两个解中的第一解确定所述第一强度值，且针对同一像素(15)且针对所述两个解中的第二解确定所述第二强度值。
2.如权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述控制单元(13)配置成以这样的精确度确定所述位置坐标(x)的值：对于不同条带，所述位置坐标(x)采用大于所指定的复数的多个不同的值。
3.如权利要求1或2所述的显示器，其特征在于，对应于所指定的复数的多个值的视图为对应于所述复数的多个立体半图像，所述多个立体半图像中对应于所述多个值中的相互最接近的值的相应的两个立体半图像结合，以形成立体图像，而对应于所述位置坐标(x)的中间值的至少一个视图对应于设置在这些立体半图像的视线方向之间的视线方向。
4.如权利要求3所述的显示器，其特征在于，所述控制单元(13)配置成确定所述位置坐标(x)，使得针对在所述像素矩阵(11)上在中心延伸的对应于所指定的复数的多个直接相邻的条带采用指定数量的值，而针对至少一些设置在更外侧的条带采用中间值。
5.如权利要求1或2所述的显示器，其特征在于，所述控制单元(13)配置成针对不同的视图确定强度值，其中，
-根据通过所指定的图像数据(14)所限定的至少一个深度图、以及根据用于通过所述深度图所表示的表面的多个表面部分的通过所述图像数据(14)所限定的纹理值，确定用于相应的视图的所需的一个或多个图像条带的图像信息；
-确定通过所述图像数据(14)限定的至少两个立体半图像之间的差异，以及确定用于所述相应的视图的所需的一个或多个图像条带的图像信息，其中，根据所述差异和所指定的位置坐标(x)的相应的值，通过内插和/或通过转换，将该视图限定为所指定的立体半图像之间的中间图像；或
-确定通过所述图像数据(14)限定的至少两个立体半图像之间的差异，根据所述差异计算深度图，且使用所述深度图确定用于所述相应的视图的所需的一个或多个图像条带的图像信息。
6.如权利要求1或2所述的显示器，其特征在于，每一条带包括来自所述像素矩阵(11)的每一行的至多一个像素(15)。
7.如权利要求1或2所述的显示器，其特征在于，所述显示器包括追踪装置，所述追踪装置用于确定至少一个观看者的一对眼睛与所述显示器之间的距离，其中，所述控制单元(13)配置成控制所述像素矩阵(11)使得所指定的观看距离(D)对应于通过所述追踪装置所确定的距离。
8.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，所述追踪装置还配置成确定至少一对眼睛的横向位置，其中，所述控制单元(13)配置成根据由所述追踪装置所确定的至少一个横向位置控制所述像素矩阵(11)，使得所述至少一对眼睛位于所述3D图像自动立体可见的区域中。
9.如权利要求1或2所述的显示器，其特征在于，所述光学元件(12)是能够控制的并形成具有根据所述光学元件(12)的控制而能够改变的折射特性的透镜元件，其中，所述控制单元(13)配置成控制所述光学元件(12)，以使所述透镜元件的折射特性适于所述观看距离(D)。
10.如权利要求1或2所述的显示器，其特征在于，所述光学元件(12)的网格状结构由周期设置的带状结构给出，相邻的带状结构的横向偏移比直接相邻的像素(15)条带的横向偏移大系数n×Dn/(Dn+a)，其中，a表示所述像素矩阵(11)和所述光学元件(12)之间的有效距离，Dn表示自动立体屏幕的标称距离(Dn)，以及n表示对应于所述复数的大于2的整数。
11.一种用于在自动立体显示器上显示3D图像的方法，所述自动立体显示器具有像素矩阵(11)和设置在所述像素矩阵(11)的前方或后方的光学元件(12)，
其中，所述像素矩阵(11)具有设置于不同行中的多个像素(15)，其中，在所述像素矩阵(11)上限定多个像素(15)的多于两个的多个不相交的子集，使得每一子集形成一组平行条带，所述一组平行条带包括与所述行的非零角度，其中，不同子集的条带在行方向上周期交替，
并且其中，所述光学元件(12)具有平行于所述条带取向的网格状结构，并且针对每一像素，所述光学元件对从相应的像素(15)发出或发射的光施加所限定的传播方向，使得，在通过所述显示器的几何形状预定义的所述显示器前方的标称距离(Dn)处，对应于所指定的复数的多个相对彼此横向偏移的观看区域(16)被限定成使得每一观看区域(16)与一个子集相关联，并使得从多个像素(15)的每一子集发出或发射的光被引导至与所述子集关联的观看区域(16)中，
其中，根据限定3D图像的图像数据(14)控制所述像素矩阵(11)，
其特征在于：
控制所述像素矩阵(11)，以从所述显示器的前方的不同于所述标称距离(Dn)的观看距离(D)自动立体观看3D图像，其中，针对每一像素(15)条带，所述方法包括下列步骤：
-确定位置坐标(x)的值，所述位置坐标(x)被限定成使得所述位置坐标(x)描述线(20)上的位置的横向位置，所述线沿着所述行方向取向且设置在所述显示器的前方的所述观看距离(D)处的所限定的高度处，其中，针对从相应的条带的像素(15)发出或发射的光沿通过所述光学元件(12)施加的所述传播方向入射至指定的所述线(20)上的位置确定所述位置坐标(x)的值；
-针对所述3D图像的视图的对应于所述条带的图像条带，确定通过图像数据(14)限定的强度值，所述3D图像的视图对应于从通过指定值限定的位置的视线方向；
-使用由此确定的强度值来控制所述条带的像素(15)，
其中，使用平均强度值控制像素(15)条带中所选择的条带的像素(15)，所选择的条带被确定为确定位置坐标(x)的值的步骤由于以下事实在给定的位置坐标区间内具有两个解的多个条带或一些条带：从相应条带的像素(15)发出的光通过所述光学元件(12)中两个相邻的结构传播，其中，每一平均强度值确定为第一强度值和第二强度值的平均值，针对相应的像素(15)且针对所述两个解中的第一解确定所述第一强度值，且针对同一像素(15)且针对所述两个解中的第二解确定所述第二强度值。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，以这样的精确度确定所述位置坐标(x)的值：对于不同条带，所述位置坐标(x)采用大于所指定的复数的多个不同的值。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，对应于所指定的复数的多个值的视图为对应于所述复数的多个立体半图像，所述多个立体半图像中对应于所述多个值中的相互最接近的值的相应的两个立体半图像结合，以形成立体图像，而对应于所述位置坐标(x)的中间值的至少一个视图对应于设置在这些立体半图像的视线方向之间的视线方向。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，确定所述位置坐标(x)，使得针对在所述像素矩阵(11)上在中心延伸的对应于所指定的复数的多个直接相邻的条带采用指定数量的值，而针对至少一些设置在更外侧的条带采用中间值。
15.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，针对不同的视图确定强度值，其中，
-根据通过所指定的图像数据(14)所限定的至少一个深度图、以及根据用于通过所述深度图所表示的表面的多个区域部分的通过所述图像数据(14)所限定的纹理值，确定用于相应的视图的所需的一个或多个图像条带的强度值；
-确定通过所述图像数据(14)限定的至少两个立体半图像之间的差异，以及确定用于所述相应的视图的所需的一个或多个图像条带的强度值，其中，根据所述差异和所指定的位置坐标(x)的相应的值，通过内插和/或通过转换，将该视图限定为所指定的立体半图像之间的中间图像；或
-确定通过所述图像数据(14)限定的至少两个立体半图像之间的差异，根据所述差异计算深度图，且使用所述深度图确定用于所述相应的视图的所需的一个或多个图像条带的强度值。
16.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，检测至少一个观看者的一对眼睛与所述显示器之间的距离，其中，所述观看距离(D)相应地被选择成由此检测的距离，以用于针对不同的条带确定所述位置坐标(x)的值。
17.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过控制所述多个像素(15)进行使用所确定的强度值控制相应的条带的像素(15)的步骤，使得3D图像的视图的对应于所述条带的图像条带由所述像素(15)条带的像素(15)再现，其中，所述3D图像的视图对应于从通过指定的位置坐标(x)的值限定的位置的视线方向，其中，对应于所述条带的所述图像条带是所述视图的带状提取，所述带状提取在完整视图中具有与所述像素矩阵(11)中的所述像素(15)条带的取向和位置对应的取向和位置。
18.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，对于特定选择的条带的每一像素(15)，通过将针对相应的像素(15)确定的加权的第一强度值和加权的第二强度值相加获得平均强度值，所述第一强度值和所述第二强度值根据所确定位置坐标(x)的值进行加权，如果所确定的所述位置坐标(x)的值越接近给定的位置坐标区间的边缘，则用于加权所述第一强度值和所述第二强度值的加权系数越小；如果所确定的所述位置坐标(x)的值越不接近所述位置坐标区间的边缘，则所述加权系数越大。
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