[發明專利]一種裸眼立體顯示系統及其方法

有效

• 申請號: 201110398763.2
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN102520527A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 周建英;周延桂;陸錦洪;王嘉輝;彼得·克雷布斯;范杭;王自鑫
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;H04N13/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明

技術領域

?本發明屬于立體顯示技術領域，具體涉及一種裸眼立體顯示系統及其方法。

背景技術

隨著DLP、LED、LCD等技術的發展，視頻顯示技術正處于不斷成熟的階段，2008年末，平面顯示器件的發展遇到了瓶頸；而2010年起，顯示技術在一個新的領域找到了未來的發展方向——立體顯示。

立體顯示的基礎是人的雙目視差效應，指的是雙眼看到同一物體的不同影像，這不同影像間的差異在大腦中合成時會產生視覺深度，讓觀眾感受到立體感。目前的三維顯示技術可以分為分光立體眼鏡顯示、自動分光立體顯示、全息術和體立體顯示4大類。

其中，全息術和體三維顯示技術雖然屬于真三維顯示的范疇，但是它們目前實現起來都面臨很大的技術困難（空間光調制器（SLM）等核心器件性能有待提高、處理數據量大、需在較暗環境下觀看等），預計在未來十年時間內還無法廣泛推廣。

分光立體眼鏡法是利用佩戴的眼鏡對圖像進行選擇或適配，從視差圖像中分選出左、右眼的需要觀察的內容，觀眾的雙眼分別觀察到相應的視差圖像之后，視覺欺騙效應會在大腦中將兩幅附帶視差信息的畫面合成為具有視覺深度（即立體感）的圖像，從而實現立體顯示。眼鏡式的立體顯示方法最大的不足就是需要佩戴特殊的眼鏡。首先，眼鏡的佩戴時間不可以太久，否則容易感到疲勞；其次，近視和老花人士觀看時除要佩戴立體眼鏡外，還需戴上近視或老花眼鏡，使用起來十分不便。此外，分光立體眼鏡法的成本也較高，時分眼鏡立體顯示中的液晶光閥眼鏡的售價在1500元左右，顯示終端也較同尺寸的平面顯示產品高3倍左右，而光分式眼鏡立體顯示中需要兩臺顯示終端，會系統造價大幅度提高。

自由分光立體顯示技術，是為了克服分光立體眼鏡顯示方法中的致命缺陷——對眼鏡的依賴，所提出的一種顯示方法。自由分光立體顯示主要包括以下的技術方向：

1.?雙視點雙圖像終端系統

圖1所示的立體成像系統是夏普公司的設計。單光源（Light?source）發出的光經過分光器(Beam-splitter)分為兩束，分別經兩面反射鏡反射后成為了裝載了左右圖像的LCD的背景光，背景光照亮LCD后，再次經過另一個分光器（Beam-Combiner），使得左眼LCD的光進入左眼，右眼LCD的光進入右眼，從而達到了雙象的分離。這種方法的優點是亮度高、分辨率高，缺點是觀察位置固定，只可以在特定的位置上看到立體的效果。

2.?雙視點單圖像終端系統

（1）視差擋板技術（又稱為障柵系統）

視差擋板技術基本原理如圖2所示。LCD平面A上奇偶交替地豎直的排列了分割為細條的照明亮線（白色部分，偶像素列）和暗條（黑色部分，奇像素列）。在雙眼L、R和平面A之間放置一多狹縫擋板，使得左眼L只看到偶像素列的照明亮線，右眼R只看到奇像素列的暗條，反之亦然，從而實現了雙象的分離。圖片A的記錄可采用單相機法或多相機法。兩種記錄方法都在照相底片前放置多狹縫板。視差擋板立體顯示的缺點有：水平顯示的像素數減半；顯示的亮度不高；視差擋板和像素之間容易產生莫爾條紋；容易產生左右眼觀察區域的反轉（又稱crosstalk）；觀察視點比較固定。

為改進位置上的缺點，日本Sanyo公司開發出新的立體顯示裝置。該裝置將光學擋板改為電子擋板，通過電壓控制，使擋板在左右視點移動時跟著移動，同時液晶顯示板、左右視區也能自動做出相應的位移。

（2）微透鏡柱面立體顯示方式

微透鏡柱面屏是微透鏡陣列板的簡化模型，如圖3所示。透鏡柱面是由一排垂直排列的半圓形柱面透鏡組成，利用每個柱面鏡頭對光的折射作用，將左右圖像分別折射到左右眼，使左眼圖像聚焦于左眼，右眼圖像聚焦于右眼，從而產生深度感。該方法產生的圖像豐富真實，適合大屏幕顯示，運用精密的成形手段，使每個透鏡的截面達到微米級，從而支持更高的分辨率。

1995年，日本Sanyo公司推出的40英寸三維投影系統即采用了經過改進的雙柱鏡屏技術。用兩臺投影機分別把左右眼視像投射到雙柱面屏上，由于雙柱面屏的作用，使得兩種像分別達到人的左眼和右眼，從而實現立體視覺。

該方法的缺點有：觀察視點比較固定；水平的像素數減半；透鏡和LCD的對焦難度較大；存在左右觀察視區的反轉。

3?多視點系統

雙視點系統由于只能顯示一幅立體圖像，所以只可以單人觀看，而且觀看位置比較固定。更接近現實的情況是實現多人從不同角度同時觀看到不同的立體圖像，于是人們研究了多視點系統，其中代表是PHILIPS公司。