CN1234571A - 一种计算机立体成像技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计算机立体成像技术,在正常场频下计算机上半屏显示左眼垂直压缩图像,下半屏显示右眼垂直压缩图像,场倍频后上半屏左眼图像和下半屏右眼图像被时分合成,实现隔场显示左眼图像和右眼图像,形成时分立体图像。观察者利用被同步驱动的液晶眼镜观看这种计算机立体图像。该技术可以被各种通用平面图像设计软件支持,水平视差和垂直视差可由软件调节或硬件调节,既可以显示静止立体图像,也可以显示动态立体图像。

Description

一种计算机立体成像技术

利用计算机显示立体图像的方法有多种。较早出现的计算机立体图像显示方法是偏振光法，它是在显示器的上半屏显示左眼图像，下半屏显示右眼图像，并将上半屏和下半屏的图像正交起偏，再通过一面半透镜将这两幅图像合成，观察者通过正交线性检偏镜观察立体图像。这种偏振光法编程简单，成本低，但视野小，观察者只能自上而下观看，很不方便。随着高速响应液晶材料的出现，利用液晶眼镜取代原有的线性检偏镜的计算机立体成像技术开始出现，通常是在计算机屏幕上交替显示左眼图像和右眼图像，观察者通过液晶眼镜观看这种立体图像，这种计算机立体图像显示方法可以获得较大视野，观察者也可以象观看普通计算机图像一样观看立体图像，故而较之偏振光法方便许多，但这种方法必须使用特殊的图像格式，传统的平面图像处理软件无法使用，因而限制了这种技术的推广。利用液晶显示屏显示计算机立体图像是另一种实用的计算机立体成像技术，它将高速液晶开关屏悬挂在计算机屏幕前，将时分显示的左眼图像和右眼图像交替正交线性起偏，或正交旋转起偏，观众通过线性检偏镜或旋转检偏镜观看这种计算机立体图像，由于观察者可以配戴轻便的线性检偏镜或旋转检偏镜观看立体图像，所以这种计算机立体成象技术特别适用于地图作业和需要长时间观察立体图像的领域。然而这种计算机立体成像技术同样需要编写专用的立体图像格式。为了形成被称为“自由立体成像”的不戴眼镜的计算机立体成像技术，也有人试制多显示屏的计算机立体成像技术，但由于只能显示有限的深度层次，所以到目前为止尚未发现其实用价值。

本发明涉及一种计算机立体成像技术，它可以在绝大多数平面图像处理软件上应用，如PHOTOSTYLER、PHOTOSHOP、PAINT等平面图像处理软件。可以工作在绝大多数的平面图像格式，如TIFF、TG、BMP等。利用立体摄像机或立体照相机拍摄动态或静态立体像对，或利用计算机生成动态或静态立体像对，在正常场频下，利用平面图像处理软件在计算机显示屏的上半屏显示左眼图像(或右眼图象)，在计算机的显示屏的下半屏显示右眼图像(或左眼图像)，将计算机显示卡输出的行场同步信号中的场同步信号倍频，因此可以将上述的上半屏图像的左眼图像(或右眼图象)和下半屏图像的右眼图象(或左眼图像)时分合成，使得一场显示左眼图像(或右眼图像)、而另一场显示右眼图像(或左眼图像)，利用被同步驱动的液晶眼镜观看这种计算机立体图像。计算机立体图像的水平视差和垂直视差可以被软件调节，也可以被硬件调节。计算机立体图像的尺寸、色度、对比度、亮度、色调都可以利用原平面图象处理软件处理、调节。由于本发明所涉及的计算机立体成像技术不受图像格式的限制、可以工作于已有的平面图像处理平台、可以方便地调节水平视差和垂直视差、即可以显示动态立体图像，又可以显示静态立体图像，因此应用领域更加宽广，更有利于推广普及。

下面结合附图，对本发明进行详细说明。

图1．是本发明的原理框图。1和2是拍摄左眼图像和右眼图像的两只摄像机或照相机，它可以拍摄实物立体运动图像对，也可以拍摄实物静止立体图像对，也可以拍摄已经拍摄好的立体图像对，这些立体图像对由3和4表示。5是模数转换器，它将由1和2拍摄的立体图像对转换为数字图像对送入计算机中6。7是计算机6中使用的平面图像处理软件，它可以是PHOTOSTYLER、PHOTOSHOP、PAINT等通用平面图像设计软件。8是场同步信号倍频电路，它具有直通和倍频工作两个状态，当它在直通状态时，它可以将通过计算机6和7送来的计算机显示信号中的场同步信号直接送入显示器12中。9是在显示器12上显示的左眼图像(或右眼图像)，10是在显示器12上显示的右眼图像(或左眼图像)，这两幅图像具有相同的尺寸但分成上下排列。上下排列左眼图像(或右眼图像)和右眼图像(或左眼图像)的工作可以通过平面设计软件实现。当它在倍频工作状态时，它可以将通过计算机6和7送来的计算机显示信号中的场同步信号锁相倍频后再送入显示器12中。这时9和10在显示器12上交替显示，形成时分立体图像13。11是液晶眼镜红外同步信号发生器，它发出和倍频后的场同步信号相一致的场倍频同步信号。15是红外场同步信号接收器，它接收由11发出的红外场同步信号，并将其转换为电信号，送入液晶眼镜14。液晶眼镜14受到场同步信号的控制，交替开关左眼前和右眼前的液晶镜片，使显示器显示左眼图像时，左眼前的液晶镜片打开，而显示器显示右眼图像时，右眼前的液晶镜片打开，观察者快速交替地看到左眼图像和右眼图像，因此在观察者的大脑中合成立体图像。

图2．是本发明的场倍频原理框图。16是自计算机显示卡输出的场同步信号，18是锁相倍频器，19是锁相倍频器使能开关，17是经锁相倍频器输出的场倍频同步信号，具有直通和倍频两种工作状态。20是信号16的波形，23是场同步信号周期，24是场同步头。21是倍频后的场同步信号，22是倍频后的场同步周期，25是场同步头。26是显示器屏幕，9是被垂直压缩后的左眼图像(或右眼图像)，10是被垂直压缩后的右眼图像(或左眼图像)，画在26右侧的23和22是经计算机主机显示卡输出的场同步信号周期和经18倍频后输出的场同步信号周期，后者的扫描周期只是前者的一半，因此被压缩的图像9和10在场方向被拉长还原，并且隔场分时叠加在一起，形成时分立体图像信号13，该信号交替显示在显示器上，13是其中的一幅图像，它可以是左眼图像，或者是右眼图像。当使能开关信号19接通时，场同步信号倍频电路18工作，显示器26输出倍频时分立体图像信号13，当使能开关19关断时，场同步倍频电路18直通，显示器26输出左眼图像和右眼图像按上下压缩排列的图像。

图3是本发明的场倍频电路原理图。27是计算机内部的视频显示卡，45是视频卡同计算机主板的接口，36是视频显示卡输出至显示器的R、G、B、H视频信号和行同步信号线，37和38是自视频显示卡输出的电源线和地线，39是视频显示卡输出的场同步信号线，28是锁相环，它可以由集成电路4046构成，29是计数器，它可以由集成电路4040构成，28和29构成倍频器，它使得输入信号的场频加倍，30是脉冲占空比调整电路，它由集成电路4069和集成电路4538构成，它将倍频后的场同步信号的脉冲宽度调整到显示器的标准场同步脉冲宽度，43是场倍频脉冲位置调整信号，它可以调整倍频后的隔场场同步信号脉冲位置，从而调整屏幕垂直视差，44是直通开关，它控制28和29停止工作或执行工作，使得27输出的场同步信号直通至显示器34，或倍频后通至显示器34，44可以安置在鼠标右键或鼠标其它键上，以便于操作。31和32是视频开关和振荡电路，它由集成电路4052和集成电路4011构成，它输出场由50K方波信号调制的场倍频同步信号并输出至红外信号发射器33，33发射液晶眼镜场同步红外控制信号，控制液晶眼镜14的同步开关。液晶眼镜14上的红外信号传感器15接收到33发射的红外控制信号后，通过液晶眼镜内部的电路控制液晶眼镜镜片的开关，使得当显示器显示左眼图像时，左眼前的液晶镜片打开，右眼前的液晶镜片关闭，而当显示器上显示右眼图像时，右眼前的液晶镜片打开，左眼前的液晶镜片关闭，观察者通过液晶眼镜交替看到左眼图像和右眼图像，从而在观察者大脑中合成立体图像。40和41是电源和地线信号，42是场倍频同步信号或直通的场同步信号。35是显示的场倍频后的时分立体图像。由28、29、30、31和32构成的场倍频电路可以安置在计算机主机内，作为一种内置式计算机立体成像卡，也可以安置在计算机主机外，作为一种外置式计算机立体成像装置。红外发射器33可以安置在显示器内，构成专用平面/立体两用显示器，也可以安装在显示器外壳上，构成外置式液晶眼镜红外同步信号发射器。

图4是两个实施列。27是视频显示卡，47是内置式立体成像卡，51是鼠标控制卡，53是鼠标，57是内置式红外液晶眼镜控制信号发射器，14是液晶眼镜，15是液晶眼镜红外信号接收器，58是鼠标右键，55是时分立体图像，56是有内置液晶眼镜红外控制信号发射器的专用立体成像显示器。由48输出的图像信号和图像同步信号经49送入立体成像卡47,47处理后的信号经50送往显示器56,47被鼠标右键控制，以保证在鼠标右键按下奇数次时保证27输出的信号经48、49和50直通到56，而当鼠标右键58按偶数次时，27输出的信号中的场同步信号被47倍频后输出至56。57受到47送出的倍频场同步信号控制发射液晶眼镜红外同步控制信号，当15接收到该信号后，控制液晶片于显示器上显示的左右图像同步开关，以使观察者通过该液晶眼镜观看到立体图像。

也可以利用这种计算机立体成像技术制作成计算机外置式立体成像装置61。由视频显示卡27输出的视频信号和同步信号经64送入61,61在按钮开关62按下奇数次时将27输入61的场同步信号倍频，然后同27输出的其它信号一同经66送往显示器56，在显示器56上显示时分立体图像55。另一路液晶眼镜红外同步信号经65送往外置式红外信号发射器60，发射液晶眼镜红外控制信号。液晶眼镜14经红外接受元件15接收到红外控制信号后，控制液晶眼镜14的液晶镜片于显示器上显示的时分立体图像同步开关，以使观察者通过该液晶眼镜观看到立体图像。而当按钮开关62按下偶数次时，27输入61的场同步信号不被倍频，该信号和27输出的其它信号一同经66直通至显示器56，在显示器56上显示普通平面图像。63是电源供给电路，它提供给61和60所需要的工作电源。

Claims (8)

1．本发明涉及一种计算机立体成像技术，其基本特征是，该技术由立体图像生成技术、利用图像处理技术和软件进行立体图像对的压缩和编码技术、对视频显示卡输出的场同步信号进行场同步信号锁相倍频技术、将上半屏显示左眼图像和下半屏显示右眼图像的显示模式转变为倍频隔场显示左眼图像和右眼图像的技术、利用倍频场同步信号控制红外信号发射器发射液晶眼镜红外控制信号技术、控制液晶眼镜镜片与显示器上显示的左眼图像和右眼图像同步开关的技术，观察者通过液晶眼镜观察立体图像的技术所组成。

2．权利要求1中所提及的“···立体图像生成技术···”，其基本特征是该图像由相隔一定距离放置的两只照相机或摄像机同步拍摄而成，该图像由数字扫描仪输入计算机形成计算机立体图像对，该图像对中每一幅图像的水平像素数和垂直像素数同显示器的所能显示的最大水平像素数和垂直像素数相一致。

3．权利要求1中提及的“···立体图像生成技术···”，其基本特征是该图像由相隔一定距离放置的两部摄像机同步拍摄而成，该图像由实时图像压缩卡压缩后将左眼图像和右眼图像按照每场图像在上半屏和下半屏编码后，然后输入计算机形成动态计算机立体图像对序列，该图像的水平像素数同显示器可以实时显示的动态图像的水平像素数相等，垂直像素数同显示器可以实时显示的动态图像的垂直像素数相等。

4．权利要求1中提及的“···利用图像处理技术和软件进行立体图像对的压缩和编码技术···”，其基本特征是，首先将立体图像对中每一幅图像定义为水平像素数同显示器水平像素数相等，而垂直像素数同显示器垂直像素数相等，然后将每一幅图像在垂直方向压缩二分之一，将被压缩后的左眼图像和右眼图像分别按上下位置编码，被编码后图像的上半部分是左眼压缩图像，下半部分是右眼压缩图像，这幅图像的水平像素数和垂直像素数同显示器水平像素数和垂直像素数相等，所生成的文件格式可以是TIFF、TGA或BMP文件，图像处理软件可以是PHOTOSTYLER、PHOTOSHOP平面图像设计软件。

5．权利要求1中所提及的“···对视频显示卡输出的场同步信号进行场同步信号锁相倍频技术··”，其基本特征是，对视频显示卡输出的场同步信号的倍频由锁相环、计数器、单稳态电路组成，该锁相环是4046，该计数器是4040，该单稳态是4538，隔场倍频同步信号的位置可以通过单稳态电路调整，由此控制垂直视差。

6．权利要求1中提及的“···利用图像处理技术和软件进行立体图像对的压缩和编码技术···”，其基本特征是，将由两部分隔一定距离放置的立体摄像机拍摄的动态立体图像，经由实时图像压缩卡和软件将一个立体像对中左眼图像的在垂直方向压缩在一场图像的上半部分，而将其右眼图像压缩在垂直方向压缩在该场图像的下半部分，形成一幅将左右图像上下编码的立体图像序列，该立体图像序列中的每一场图像的水平和垂直像素数同显示器的水平像素数和垂直像素数相等。

7．权利要求1中所提及的“···利用倍频场同步信号控制红外信号发射器发射液晶眼镜红外控制信号技术···”，其基本特征是，该红外发射器可以内置于显示器内或外置于显示器上。

8．权利要求1中所提及的“···对视频显示卡输出的场同步信号进行场同步信号锁相倍频技术···”，其基本特征是，该倍频电路可以内置于计算机内形成计算机立体成像卡，也可以置于计算机外形成计算机立体成像装置，控制将场同步信号倍频的开关可以安装于鼠标右键上，也可以安装于计算机立体成像装置上。

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