CN102752621A - 景深保持装置、3d显示装置及显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种景深保持装置，涉及显示技术领域，包括：3D视频信号输入装置、位置测定装置、图像处理装置及3D视频信号输出装置，3D视频信号输入装置、位置测定装置及3D视频信号输出装置均连接图像处理装置，3D视频信号输入装置将获取的3D视频信号传输至图像处理装置；位置测定装置将检测到的观看者与显示屏幕的位置信息传输至图像处理装置；图像处理装置根据位置信息调节3D视频信号中的左右眼视图中各物点的间距使景深保持不变，并将调节后的3D视频信号传输至3D视频信号输出装置。还公开了一种3D显示装置及方法。本发明根据观看者移动后与显示屏幕的距离重新计算显示屏幕上左右眼视图的间距，从而使得景深不变，达到了较好的观看效果。

Description

景深保持装置、3D显示装置及显示方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种景深保持装置、3D显示装置及显示方法。

背景技术

3D显示已经成为显示行业的一大趋势。现在的3D显示的基本原理就是“视差产生立体”，即，使观看者的左眼只看到左眼图，右眼只看到右眼图，左眼图和右眼图是对于某一空间景象的了两个角度拍摄而得，这二者被称为立体图像对。人的大脑就会把这两幅图融合起来，从而产生3D效果。

而人眼睛判断显示内容的景深的方法可以用图1来说明。处于观看者位置处的两间距为S的圆圈分别代表观看者左右眼，S为瞳距。显示屏幕平面所在位置上两个正方形代表某个物体的左右眼视图，他们分别被观看者的右、左眼看到。经过此立体成像，观看者的大脑就会认为该物体其实位于距离屏幕表面L的位置，距离L就是景深，D是观看者的观看距离。所以根据上图，很容易得到如下公式：

$\frac{M}{S}=\frac{L}{D-L}$

现有的3D显示器中，对于同一场景，显示屏幕上立体图像对的间距是不变的（即M不变），于是当观看者位置发生变化时（即D变化），其实景深会跟着变化了（即L随D变化）。如图2所示（左图为观看距离变化前的情况，右图为观看距离变化后的情况），S为瞳距，不能变，当M不变时，观看者观看距离D变化成D＂时，景深L变为了L＂。而事实上，为了模拟出更逼真的画面，希望景深是不变的。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何使得在观看者移动的情况下，保持观看者看到的3D画面的景深不变。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种景深保持装置，包括：3D视频信号输入装置、位置测定装置、图像处理装置及3D视频信号输出装置，所述3D视频信号输入装置、位置测定装置及3D视频信号输出装置均连接所述图像处理装置，

所述3D视频信号输入装置将获取的3D视频信号传输至所述图像处理装置；

所述位置测定装置将检测到的观看者与显示屏幕的位置信息传输至所述图像处理装置；

所述图像处理装置根据所述位置信息调节3D视频信号中的左右眼视图中各物点的间距使景深保持不变，并将调节后的3D视频信号传输至所述3D视频信号输出装置。

其中，所述图像处理装置包括：

左右眼视图调节模块，根据所述位置信息调节3D视频信号中的左右眼视图中各物点的间距使景深相对同一观看者保持不变，将调节后的左右眼视图传输至3D视频信号生成模块；

3D视频信号生成模块，根据调节后的左右眼视图生成新的3D视频信号，并将新的3D视频信号传输至所述3D视频信号输出装置。

其中，所述图像处理装置还包括：左右眼视图提取模块，所述左右眼视图提取模块接收所述3D视频信号，并将从所述3D视频信号提取的左右眼视图传输至左右眼视图调节模块。

其中，所述左右眼视图提取模块包括：

采样子模块，采集所述3D视频信号中的一帧数据，并将所述一帧数据发送至拆分子模块；

拆分子模块，将从所述一帧数据中拆分出的左右眼视图传输至所述左右眼视图调节模块。

其中，还包括：景深获取装置和景深存储器，所述景深获取装置连接所述位置测定装置、所述图像处理装置和景深存储器，所述景深存储器连接所述图像处理装置，

所述景深获取装置接收所述位置测定装置检测得到的观看者的初始位置信息和接收所述图像处理装置发送的3D视频信号中的左右眼视图中各物点的初始间距，并计算所述景深，将所述景深发送至景深存储器存储。

其中，还包括：景深获取装置和景深存储器，所述景深获取装置连接所述景深存储器，所述景深存储器连接所述图像处理装置，所述景深获取装置将接收到的初始景深值发送至所述景深存储器存储。

其中，所述位置测定装置包括：摄像头、红外感应器或手动输入位置信息的装置。

本发明还提供了一种3D显示装置，包括：显示装置及上述任一项所述的景深保持装置，所述景深保持装置的3D视频信号输出装置连接所述显示装置，将所述调节后的3D视频信号传输至所述显示装置显示。

其中，所述显示装置包括：快门眼镜式、相位差板式（不闪式3D）、视差挡板式、柱透镜光栅式或指向背光式3D显示装置。

本发明还提供了一种采用上述景深保持装置实现的3D显示方法，包括以下步骤：

S1：根据观看者的位置变化实时采集观看者与显示屏幕之间的位置信息，并获取3D视频信号中的左右眼视图；

S2：根据所述位置信息实时计算所述左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距，使景深相对于同一观看者保持不变；

S3：按照步骤S2计算的间距和左右眼视图生成新的3D视频信号并在显示屏幕上显示。

其中，所述步骤S1中通过摄像头、红外感应器或手动输入位置信息的装置采集观看者与显示屏幕之间的位置信息。

其中，若3D视频信号中左右眼视图以同一幅图的形式传输，所述步骤S1中获取3D视频信号中的左右眼视图的步骤包括：

采集所述3D视频信号中的一帧数据；

从所述一帧数据中拆分出的左右眼视图。

其中，所述步骤S2中计算公式如下：

$M=\frac{\mathrm{SL}}{D-L}$

其中，M为左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距，S为观看者的瞳距，D为观看者与显示屏幕之间的距离，L为景深。

其中，所述步骤S1之前还包括：根据左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距的初始值和观看者与显示屏幕之间的距离的初始值，按如下公式计算景深：

$L=\frac{\mathrm{MD}}{S+M}$

其中，M为左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距，S为观看者的瞳距，D为观看者与显示屏幕之间的距离，L为景深。

其中，所述步骤S1之前还包括：获取用户设置的初始景深。

（三）有益效果

本发明根据观看者移动后与显示屏幕的距离重新计算显示屏幕上左右眼视图（即立体图像对）的间距，从而使得景深不变，达到了较好的观看效果。

附图说明

图1是观看者感知3D显示的原理图；

图2是观看者移动前后分别感知3D显示的原理图；

图3是本发明实施例的一种景深保持装置结构示意图；

图4是本发明实施例的另一种景深保持装置结构示意图；

图5是本发明实施例的又一种景深保持装置结构示意图；

图6是本发明实施例的一种3D显示装置结构示意图；

图7是本发明实施例的一种3D显示方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例的景深保持装置结构如图3所示，包括：3D视频信号输入装置1、位置测定装置2、图像处理装置3及3D视频信号输出装置4。3D视频信号输入装置1、位置测定装置2及3D视频信号输出装置4均连接图像处理装置3。

3D视频信号输入装置1将获取的3D视频信号传输至图像处理装置3。该3D视频信号输入装置1可以是能够传输3D视频信号的各种类型的传输接口。

位置测定装置2将检测到的观看者与显示屏幕的位置信息传输至图像处理装置3，本实施例中，位置测定装置2包括但不限于：摄像头、红外感应器或手动输入位置信息的装置，其中，该位置信息可以是观看者和显示屏幕在当前空间坐标系下的坐标，也可以是观看者与显示屏幕间的距离。如：摄像头采集到观看者和显示屏幕在空间坐标系下的位置坐标，将该坐标数据传输至图像处理装置3，或者摄像头中的运算模块根据空间坐标系下显示屏幕的坐标和该位置坐标计算出观看者与显示屏幕间的距离，并将该距离数据传输至图像处理装置3。

图像处理装置3根据上述位置信息调节3D视频信号中的左右眼视图中各物点的间距使景深相对同一观看者保持不变，并将调节后的3D视频信号传输至3D视频信号输出装置4。本实施例中，图像处理装置3可以是MCU、FPGA或PLCD等构成的嵌入式芯片系统。其中3D视频信号通常包括左右眼视图（左眼视图和右眼视图）和两者在显示时各物点的初始间距。图像处理装置3具体包括：左右眼视图调节模块32和3D视频信号生成模块33。

左右眼视图调节模块32根据上述位置信息调节3D视频信号中的左右眼视图中各物点的间距使景深保持不变，将调节后的左右眼视图传输至3D视频信号生成模块33。若位置信息为观看者的位置坐标时，该模块先根据空间坐标系下显示屏幕的坐标和该位置坐标计算观看者与显示屏幕间的距离。其中，调节3D视频信号中的左右眼视图中各物点的间距M的公式如下：

$M=\frac{\mathrm{SL}}{D-L}$

其中，S为瞳距，不能变，L为景深，也要保持不变，D为观看者观看与显示屏幕之间的距离，当D变化时根据以上公式计算得到新的M。

得到新的M值后根据该新的M值调节左右眼视图，并将调节后的左右眼视图传输至3D视频信号生成模块33。3D视频信号生成模块33根据调节后的左右眼视图生成新的3D视频信号。

由于，现有的某些3D视频信号中左眼视图和右眼视图可能是作为同一幅图传输，则需要将左眼视图和右眼视图从该幅图中拆分出来。因此，本实施例的景深保持装置进一步包括：左右眼视图提取模块31。如图4所示，左右眼视图提取模块31接收3D视频信号输入装置输入的13D视频信号，并将从该3D视频信号提取的左右眼视图传输至左右眼视图调节模块32。该左右眼视图提取模块31包括：采样子模块和拆分子模块，采样子模块用于采集3D视频信号中的一帧数据，并将一帧数据发送至拆分子模块；拆分子模块用于将从该一帧数据中拆分出的左右眼视图传输至左右眼视图调节模块32。

其中，瞳距S和景深L为事先确定的值，该值通过事先获取，并存储在构成图像处理装置3的芯片系统的存储器中。当某用户初次观看时，需要获取该景深L的初始值，同时为了保证L在存储器中不被其他数据覆盖，本实施例的景深保持装置进一步包括：景深获取装置5和景深存储器6。景深获取装置5连接景深存储器6，将获取到的初始景深值发送到景深存储器6中存储。景深存储器6连接左右眼视图调节模块32，左右眼视图调节模块32从景深存储器6中获取初始景深。景深获取装置5包括以下两种方式获取初始景深。

1、景深获取装置5为具有运算功能的模块，如图3、4所示，景深获取装置5连接位置测定装置2，若3D视频信号中左眼视图和右眼视图作为同一幅图传输，则景深获取装置5还连接左右眼视图提取模块31（从左右眼视图提取模块31中获取3D视频信号中的左右眼视图中各物点的初始间距），景深获取装置5接收3D视频信号中的左右眼视图中各物点的初始间距M和位置测定装置2检测得到的观看者的初始位置信息D，并按如下公式计算初始景深，将该初始景深发送至景深存储器存储。

$L=\frac{\mathrm{MD}}{S+M}.$

2、景深获取装置5为一种输入装置，如：键盘，如图5所示，景深获取装置5连接景深存储器6，该景深获取装置5将接收到的用户输入的初始景深值发送至景深存储器6存储。此输入式的景深获取装置5方便用户输入适合自己观看的景深，用户体验感好。

本实施例的景深保持装置在观看者移动时能够实时地调节显示屏幕上左右眼视图中各物点的间距M,使景深保持不变，达到了较好的观看效果。

实施例2

本实施例提供了一种3D显示装置，如图6所示，包括：3D显示装置7和实施例1中的景深保持装置。景深保持装置中的3D视频信号生成模块33将生成新的3D视频信号传输至3D显示装置7显示，以保证3D显示装置7的在显示时保持景深不变。其中，3D显示装置包括：快门眼镜式（shutter Galss 3D）、相位差板式（Patternretarder 3D，又称作不闪式3D）、视差挡板式（barrier 3D）、柱透镜光栅式（lenticular 3D）或指向背光式3D显示面板。

实施例3

本实施例提供了一种3D显示方法，如图7所示，包括：

步骤S701，根据观看者的位置变化实时采集观看者与显示屏幕之间的位置信息，并获取3D视频信号中的左右眼视图。具体地，采用摄像头、红外感应器或手动输入位置信息的装置实时采集观看者与显示屏幕之间的位置信息。该位置信息可以是观看者和显示屏幕在当前空间坐标系下的坐标，也可以是观看者与显示屏幕间的距离。如：摄像头采集到观看者和显示屏幕在空间坐标系下的位置坐标。或者摄像头中的运算模块根据空间坐标系下显示屏幕的坐标和该位置坐标计算出观看者与显示屏幕间的距离。3D视频信号通常包括左右眼视图（左眼视图和右眼视图）和两者在显示时各物点的初始间距，若3D视频信号中左眼视图和右眼视图作为同一幅图传输，采集3D视频信号中的一帧数据；从该一帧数据中拆分出的左右眼视图。

步骤S702，根据位置信息实时计算左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距，使景深相对同一观看者保持不变。即根据观看者移动后与显示屏幕间的距离按以下公式计算，左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距。

$M=\frac{\mathrm{SL}}{D-L}$

其中，M为左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距，S为观看者的瞳距，D为观看者与显示屏幕之间的距离，L为景深。

步骤S703，按照计算出的间距和左右眼视图生成新的3D视频信号并在显示屏幕上显示。

若是观看者初始观看，在步骤S701之前还包括：根据左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距的初始值和观看者与显示屏幕之间的距离的初始值，按如下公式计算景深：

$L=\frac{\mathrm{MD}}{S+M}$

或在步骤S701之前根据用户设置的初始景深值来确定初始景深。

本实施例的方法中在观看者移动时能够实时地调节显示屏幕上左右眼视图中各物点的间距M,使景深保持不变，达到了较好的观看效果。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：（方法的步骤），所述的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。”，来保护计算机可读取存储介质。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (15)

1.一种景深保持装置，其特征在于，包括：3D视频信号输入装置、位置测定装置、图像处理装置及3D视频信号输出装置，所述3D视频信号输入装置、位置测定装置及3D视频信号输出装置均连接所述图像处理装置，

所述3D视频信号输入装置将获取的3D视频信号传输至所述图像处理装置；

所述位置测定装置将检测到的观看者与显示屏幕的位置信息传输至所述图像处理装置；

所述图像处理装置根据所述位置信息调节3D视频信号中的左右眼视图中各物点的间距使景深保持不变，并将调节后的3D视频信号传输至所述3D视频信号输出装置。

2.如权利要求1所述的景深保持装置，其特征在于，所述图像处理装置包括：

左右眼视图调节模块，根据所述位置信息调节3D视频信号中的左右眼视图中各物点的间距使景深相对同一观看者保持不变，将调节后的左右眼视图传输至3D视频信号生成模块；

3D视频信号生成模块，根据调节后的左右眼视图生成新的3D视频信号，并将新的3D视频信号传输至所述3D视频信号输出装置。

3.如权利要求2所述的景深保持装置，其特征在于，所述图像处理装置还包括：左右眼视图提取模块，所述左右眼视图提取模块接收所述3D视频信号，并将从所述3D视频信号提取的左右眼视图传输至左右眼视图调节模块。

4.如权利要求3所述的景深保持装置，其特征在于，所述左右眼视图提取模块包括：

采样子模块，采集所述3D视频信号中的一帧数据，并将所述一帧数据发送至拆分子模块；

拆分子模块，将从所述一帧数据中拆分出的左右眼视图传输至所述左右眼视图调节模块。

5.如权利要求1所述的景深保持装置，其特征在于，还包括：景深获取装置和景深存储器，所述景深获取装置连接所述位置测定装置、所述图像处理装置和景深存储器，所述景深存储器连接所述图像处理装置，

所述景深获取装置接收所述位置测定装置检测得到的观看者的初始位置信息和接收所述图像处理装置发送的3D视频信号中的左右眼视图中各物点的初始间距，并计算所述景深，将所述景深发送至景深存储器存储。

6.如权利要求1所述的景深保持装置，其特征在于，还包括：景深获取装置和景深存储器，所述景深获取装置连接所述景深存储器，所述景深存储器连接所述图像处理装置，所述景深获取装置将接收到的初始景深值发送至所述景深存储器存储。

7.如权利要求1~6中任一项所述的景深保持装置，其特征在于，所述位置测定装置包括：摄像头、红外感应器或手动输入位置信息的装置。

8.一种3D显示装置，其特征在于，包括：显示装置及权利要求1~5中任一项所述的景深保持装置，所述景深保持装置的3D视频信号输出装置连接所述显示装置，将所述调节后的3D视频信号传输至所述显示装置显示。

9.如权利要求8所述的3D显示装置，其特征在于，所述显示装置包括：快门眼镜式、相位差板式、视差挡板式、柱透镜光栅式或指向背光式3D显示装置。

10.一种采用如权利要求1所述的景深保持装置实现的3D显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据观看者的位置变化实时采集观看者与显示屏幕之间的位置信息，并获取3D视频信号中的左右眼视图；

S2：根据所述位置信息实时计算所述左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距，使景深相对于同一观看者保持不变；

S3：按照步骤S2计算的间距和左右眼视图生成新的3D视频信号并在显示屏幕上显示。

11.如权利要求10所述的3D显示方法，其特征在于，所述步骤S1中通过摄像头、红外感应器或手动输入位置信息的装置采集观看者与显示屏幕之间的位置信息。

12.如权利要求10所述的3D显示方法，其特征在于，若3D视频信号中左右眼视图以同一幅图的形式传输，所述步骤S1中获取3D视频信号中的左右眼视图的步骤包括：

采集所述3D视频信号中的一帧数据；

从所述一帧数据中拆分出的左右眼视图。

13.如权利要求10所述的3D显示方法，其特征在于，所述步骤S2中计算公式如下：

$M=\frac{\mathrm{SL}}{D-L}$

其中，M为左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距，S为观看者的瞳距，D为观看者与显示屏幕之间的距离，L为景深。

14.如权利要求10~13中任一项所述的3D显示方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：根据左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距的初始值和观看者与显示屏幕之间的距离的初始值，按如下公式计算景深：

$L=\frac{\mathrm{MD}}{S+M}$

其中，M为左右视图在显示屏幕上显示时各物点的间距，S为观看者的瞳距，D为观看者与显示屏幕之间的距离，L为景深。

15.如权利要求10~13中任一项所述的3D显示方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：获取用户设置的初始景深。

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