CN2911717Y - 自由立体显示器中光栅随动的装置 - Google Patents

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Abstract

自由立体显示器中光栅随动的装置，在显示器中的后部设有产生立体图案的狭缝光栅，显示器晶屏上方或下方放置摄像头，用来捕获并确定观者脸部位置；光栅设在随着观者头部跟踪而进行左右运动控制的位移平台上；位移控制平台控制光栅移动；通过平移台的移动，实现光栅位置的调整。通过探测观看者人脸位置的信息，并将最佳立体显示窗口始终提供给观看者，从而扩大立体视角范围。

Description

自由立体显示器中光栅随动的装置
技术领域
本实用新型涉及立体显示器的设置方法和装置，尤其是立体显示器的光栅随动的方法和装置。
背景技术
基于视差的立体液晶显示技术由来已久。但是传统的立体图像显示，需要借助辅助工具，如偏振光眼镜、互补色眼镜等。这必然限制了它在某些领域的应用。而如果采用自由立体显示技术，观看者就可以裸眼看到立体效果。国内在这个方面的研究已有很大进展。以LCD为基础，通过视差光栅形成的视差照明光源，实现自由立体显示，是一种新的自由立体显示器。不过，如果自由立体的图像资源采用国际通用的也是最有可能实现及占用资源最少的两幅立体图像对的话，由此将带来观看者的视角范围受到限制的问题。由于视差光栅形成的视差照明光源只能在较小的角度给观看者带来立体效果，其应用受限。
发明内容
本实用新型目的是：为了解决上述问题，提出一种利用对观察者(观察者头部)进行随动跟踪的装置，用于实现立体液晶的宽视角显示的方案，即探测观看者人脸位置的信息，并将最佳立体显示窗口始终提供给观看者，从而扩大立体视角范围。
自由立体显示器中光栅随动的装置，在显示器中的后部设有产生立体图案的狭缝光栅，显示器晶屏上方或下方放置摄像头，用来捕获并确定观者脸部位置；光栅设在随着观者头部跟踪而进行左右运动控制的位移平台上；位移控制平台控制光栅移动；通过平移台的移动，实现光栅位置的调整。立体成像的窗口始终跟随观看者，这样，无论观看者的眼睛出于哪个位置，都可以观看到立体图像，扩大了立体显示器的视角。
光栅由位移控制平台控制；通过平移台的移动，实现光栅位置的调整。
捕获并确定观者脸部位置的方法可以采用本申请人同时提出的方案：通过液晶屏上方放置摄像头，捕获并确定观者脸部位置；采用基于结构光的人脸定位方法，利用结构光产生装置对人脸主动投射，用图像摄取装置对结构光条纹提取；结构光是水平(或垂直)投射于人脸的相对凹凸的表面上光线将发生弯曲；用一维卷积因子对图形矩阵的列的方向进行卷积，初始条纹得到细化选择适当的阈值提取条纹；基于垂直积分投影的人脸预定位：根据垂直积分投影公式，得到反应人脸特征是垂直积分投影，并在图像摄取人脸观测范围的尖峰完成基于垂直积分投影的人脸预定位；精确定位：人脸上的结构光条纹根据人鼻明显凸出的特征而产生很明显的跃变，其条纹与其他条纹相比明显向下(或垂直光时的弯曲)弯曲，在垂直方向上积分投影找出垂直积分投影的最低点，并根据人脸对称中心的结构特征，从区域积分投影的最低点坐标值确定人脸中心位置。
实用新型效果，通过探测观看者人脸位置的信息，并将最佳立体显示窗口始终提供给观看者，从而扩大立体视角范围。可以采用单片机等方式对步进电动机的位移进行控制。单片机接收数据信号，通过驱动器，驱动步进电动机移动到相应的位置(由***的光栅位置决定)。步进电动机采用细分驱动器控制，能够实现微小位移的移动。
附图说明
图1是本实用新型步进电机控制平移台与光栅构成的移位控制方法示意图
图2是立体电视有效观看区间的空间分布示意图
图3单片机位移控制程序流程图，
人脸1、光栅2、位移控制平移台3、光栅左移4、人脸在屏幕前水平左右移动方向5、光栅右移的箭头方向6、摄像头7、液晶屏8。
具体实施方式
观者头部跟踪***是一种能够跟随观察者位置变化的因果***，如图1所示。立体液晶显示器的显示装置为液晶屏，它位于结构的最外层，用来显示图像；液晶屏的上方放置CMOS摄像头，用来捕获人脸位置；液晶屏的后面是光栅。光栅由位移控制平台控制。通过平移台的移动，可以实现光栅位置的调整。当人脸处于屏幕正中垂直于屏幕法线方向的A观察位置时，光栅的位置处于A’；则当人脸偏离A，向左运动到B观看位置时，光栅位置也相应地调整到B’；同理，当人脸向右运动到C’观看位置时，光栅位置也会调整到C’。我们假设当观看者处于A位置时，能够观测到最佳立体效果的窗口宽度为B0。
一般情况下，只有当人脸处于以A为中心、宽度为B0的立体窗口范围内时，观看者才能够观测到最佳立体效果。这就导致了观看者得视角受到了限制。因此，为了扩大立体显示的视角，必须根据观看者的脸部位置调整光栅与显示图像的液晶屏之间的相对位置，即进行微相位差调节，从而使观看者在变动头部位置，如从A窗口移动到B窗口或者C窗口范围时，仍然能够观看到最佳的立体效果。
如图2所示，当人脸处于有效显示区域内(L，R)时，观看者的左右眼恰好分别只能观看到左图像和右图像，此时立体显示器具有最佳的立体显示效果[1]。并且，在立体窗口范围内，观测立体效果不受观看者头部位置变化的影响。但是，当观看者移动到立体窗口之外时，人眼观测立体图像会感觉到模糊，此时便需要根据人脸位置对光栅的位置进行调整。只要光栅的位移量与人脸位置的位移量保持一致，即使观看者处于立体窗口之外，仍然可以得到最佳观测效果。
光栅的移动，是通过由步进电机控制的平移台的运动来实现的，由于步进电机可以利用细分驱动来减少振动，提高步距精度，因此，我们采用细分电路驱动步进电机以达到精密推动位移控制台移动的目的。控制台上设有将步进电机的角位移通过螺杆转换为平移台的水平位移的运动传递机构。
光栅位置调整量：Δp＝B0*β，式中：Δp为光栅移动量；B0为立体窗口宽度；β为成像投影比，取800-1200左右。
程序流程如图3所示。首先通过RS-232串口通信，建立单片机与上位机通讯。当人脸在显示屏幕前方移动时，其对应的坐标信息将由上位机传输给单片机。单片机接收并且存储此坐标值，之后，通过判断处理，输出与坐标信息对应的控制步进电机的脉冲个数，从而实现单片机对步进电机控制。现已应用于立体显示器的控制装置中。

Claims (4)

1、自由立体显示器中光栅随动的装置，在显示器中的后部设有产生立体图案的狭缝光栅，显示器晶屏上方或下方放置摄像头，用来捕获并确定观者脸部位置；其特征是光栅设在随着观者头部跟踪而进行左右运动控制的位移平台上；位移控制平台控制光栅移动；通过平移台的移动，实现光栅位置的调整。
2、根据权利要求1所述的自由立体显示器中光栅随动的装置，其特征是狭缝光栅的运动方向与观者头部的运动方向相反。
3、根据权利要求1所述的自由立体显示器中光栅随动的装置，其特征是光栅位置调整量：Δp＝B0*β，式中：Δp为光栅移动量；B0为立体窗口宽度；β为成像投影比，取800-1200左右。
4、根据权利要求1所述的自由立体显示器中光栅随动的装置，其特征是光栅的移动平台是由步进电机控制的平移台运动来实现，设有将步进电机的角位移通过螺杆转换为平移台的水平位移的运动传递机构。
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