[发明专利]智能型裸眼立体显示系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于立体显示技术，具体涉及一种将自适应光学与图像识别相结合的智能型裸眼立体显示系统及其控制方法。

背景技术

随着DLP、LED、LCD等技术的发展，视频显示技术正处于不断成熟的阶段，2008年末，平面显示器件的发展遇到了瓶颈；而2010年起，显示技术在一个新的领域找到了未来的发展方向——立体显示。

立体显示的基础是人的双目视差效应，指的是双眼看到同一物体的不同影像，这不同影像间的差异在大脑中合成时会产生视觉深度，让观众感受到立体感。目前的三维显示技术可以分为分光立体眼镜显示、自动分光立体显示、全息术和体立体显示4大类。

其中，全息术和体三维显示技术虽然属于真三维显示的范畴，但是它们目前实现起来都面临很大的技术困难（SLM等核心器件性能有待提高、处理数据量大、需在较暗环境下观看等），预计在未来十年时间内还无法广泛推广。

分光立体眼镜法是利用佩戴的眼镜对图像进行选择或适配，从视差图像中分选出左、右眼的需要观察的内容，观众的双眼分别观察到相应的视差图像之后，视觉欺骗效应会在大脑中将两幅附带视差信息的画面合成为具有视觉深度（即立体感）的图像，从而实现立体显示。眼镜式的立体显示方法最大的不足就是需要佩戴特殊的眼镜。首先，眼镜的佩戴时间不可以太久，否则容易感到疲劳；其次，近视和老花人士观看时除要佩戴立体眼镜外，还需戴上近视或老花眼镜，使用起来十分不便。此外，分光立体眼镜法的成本也较高，时分眼镜立体显示中的液晶光阀眼镜的售价在1500元左右，显示终端也较同尺寸的平面显示产品高3倍左右，而光分式眼镜立体显示中需要两台显示终端，会系统造价大幅度提高。

自由分光立体显示技术，是为了克服分光立体眼镜显示方法中的致命缺陷——对眼镜的依赖，所提出的一种显示方法。自由分光立体显示主要包括以下的技术方向：

1. 双视点双图像终端系统

图1所示的立体成像系统是夏普公司的设计。单光源（Light source）发出的光经过分光器(Beam-splitter)分为两束，分别经两面反射镜反射后成为了装载了左右图像的LCD的背景光，背景光照亮LCD后，再次经过另一个分光器（Beam-Combiner），使得左眼LCD的光进入左眼，右眼LCD的光进入右眼，从而达到了双象的分离。这种方法的优点是亮度高、分辨率高，缺点是观察位置固定，只可以在特定的位置上看到立体的效果。

2. 双视点单图像终端系统

（1）视差挡板技术（又称为障栅系统）

视差挡板技术基本原理如图2所示。LCD平面A上奇偶交替地竖直的排列了分割为细条的照明亮线（白色部分，偶像素列）和暗条（黑色部分，奇像素列）。在双眼L、R和平面A之间放置一多狭缝挡板，使得左眼L只看到偶像素列的照明亮线，右眼R只看到奇像素列的暗条，反之亦然，从而实现了双象的分离。图片A的记录可采用单相机法或多相机法。两种记录方法都在照相底片前放置多狭缝板。视差挡板立体显示的缺点有：水平显示的像素数减半；显示的亮度不高；视差挡板和像素之间容易产生莫尔条纹；容易产生左右眼观察区域的反转（又称crosstalk）；观察视点比较固定。

为改进位置上的缺点，日本Sanyo公司开发出新的立体显示装置。该装置将光学挡板改为电子挡板，通过电压控制，使挡板在左右视点移动时跟着移动，同时液晶显示板、左右视区也能自动做出相应的位移。

（2）微透镜柱面立体显示方式

微透镜柱面屏是微透镜阵列板的简化模型，如图3所示。透镜柱面是由一排垂直排列的半圆形柱面透镜组成，利用每个柱面镜头对光的折射作用，将左右图像分别折射到左右眼，使左眼图像聚焦于左眼，右眼图像聚焦于右眼，从而产生深度感。该方法产生的图像丰富真实，适合大屏幕显示，运用精密的成形手段，使每个透镜的截面达到微米级，从而支持更高的分辨率。

1995年，日本Sanyo公司推出的40英寸三维投影系统即采用了经过改进的双柱镜屏技术。用两台投影机分别把左右眼视像投射到双柱面屏上，由于双柱面屏的作用，使得两种像分别达到人的左眼和右眼，从而实现立体视觉。

该方法的缺点有：观察视点比较固定；水平的像素数减半；透镜和LCD的对焦难度较大；存在左右观察视区的反转。

3 多视点系统

双视点系统由于只能显示一幅立体图像，所以只可以单人观看，而且观看位置比较固定。更接近现实的情况是实现多人从不同角度同时观看到不同的立体图像，于是人们研究了多视点系统，其中代表是PHILIPS公司。