用于使观看区域平坦化并使动态串扰最小化的裸眼立体3D图像显示装置.pdf

本发明涉及一种3D图像显示装置，所述3D图像显示装置包括：图像显示面板，用于显示3D图像；控制单元，用于控制视点图像；观看者位置跟踪系统，用于确定观看者的瞳孔的位置并将位置信息发送到控制单元，其中，图像显示面板提供多个视点(诸如四个或更多个视点)，并且多个视点中的任何一个视点的观看区域与邻近视点的观看区域之间的交点具有视点之一的最大亮度的85％或更多。

权利要求书
1.  一种三维3D图像显示装置，包括：
图像显示面板，被构造为显示3D图像；
控制单元，被构造为控制视点图像，
观看者位置跟踪系统，被构造为确定观看者的瞳孔的位置并将位置信息发送到控制单元，
其中，图像显示面板提供多个视点，诸如四个或更多个视点，并且多个视点中的任何一个视点的观看区域与邻近视点的观看区域之间的交点具有多个视点之一的最大亮度的85％或更多。

2.  如权利要求1所述的3D图像显示装置，其中，最接近于观看者的两眼的中心的两个视点中的任何一个视点的观看区域中的光以最大亮度的5％或更少地进入在另一视点的观看区域的中心。

3.  如权利要求1或2所述的3D图像显示装置，其中，图像显示面板使用用作视差分离装置的视差屏障、柱状透镜或线光源显示3D图像。

4.  如权利要求3所述的3D图像显示装置，其中，当视差分离装置为视差屏障并且N-1个视点中心在两个双目视点中心之间隔开特定距离(N为整数2至65)时，视差屏障的狭缝宽度为像素宽度的1.6至(2N-1)倍。

5.  如权利要求3所述的3D图像显示装置，其中，当视差分离装置为线光源并且N-1个视点中心在两个双目视点中心之间隔开特定距离(N为整数2至65)时，线光源的宽度为像素宽度的1.6至(2N-1)倍。

6.  如权利要求3所述的3D图像显示装置，其中，当视差分离装置为柱状透镜时，N-1个视点中心在两个双目视点中心之间隔开特定距离(N为整数2至65)并且柱状透镜的原始焦距(f0)为柱状透镜与图像显示面板的像素之间的距离时，如果柱状透镜的焦距(f)小于柱状透镜的原始焦距(f0)，则f/f0为包括0.5至0.9，如果柱状透镜的焦距(f)大于柱状透镜的原始焦距(f0)，则f/f0为包括1.06至20.8。

7.  如权利要求1或2所述的3D图像显示装置，其中，观看者位置跟踪系统被构造为通过跟踪观看者的瞳孔的位置或观看者的面部的位置来跟踪观看者的两个瞳孔的位置的3D坐标。

8.  如权利要求3所述的3D图像显示装置，其中，在图像显示面板中， 控制单元使用通过观看者位置跟踪系统的跟踪而获得的观看位置信息，控制针对每个3D像素线的视点图像信息。

9.  如权利要求8所述的3D图像显示装置，其中，通过视差屏障的狭缝、柱状透镜或线光源以及用于提供视点图像的图像显示面板上的像素形成3D像素线。

10.  如权利要求9所述的3D图像显示装置，其中，通过使用关于观看者的瞳孔的位置的3D信息，在与最接近于观看者的两眼中心的观看区域中心相应的视点处提供与观看者的两眼相应的视点图像，并移除除了选择的视点的视点图像之外的视点图像来使串扰最小化，其中，通过观看者位置跟踪系统的实时跟踪来获得3D信息。

11.  如权利要求10所述的3D图像显示装置，其中，针对每条3D像素线确定与观看者的两眼相应的视点图像的提供和除了选择的视点的视点图像之外的视点图像的移除，以使串扰最小化。

12.  如权利要求10所述的3D图像显示装置，其中，观看者位置跟踪系统能够跟踪多个观看者的位置并被构造为跟踪每个观看者的瞳孔的位置并将关于观看者的数量和观看者的瞳孔的位置的信息传送到控制单元。

13.  如权利要求12所述的3D图像显示装置，其中，通过使用关于所述多个观看者的瞳孔的位置的3D信息，在与最接近于每个观看者的两眼中心的观看区域中心相应的视点处提供与每个观看者的两眼相应的视点图像，并移除除了选择的视点的视点图像之外的视点图像，来针对所述多个观看者使串扰最小化，其中，通过观看者位置跟踪系统的实时跟踪来获得3D信息。

14.  如权利要求13所述的3D图像显示装置，其中，针对每条3D像素线，确定与每个观看者的两眼相应的视点图像的提供和除了选择的视点的视点图像之外的视点图像的移除，以针对所述多个观看者使串扰最小化。

15.  如权利要求3所述的3D图像显示装置，其中，视差屏障、柱状透镜或线光源被布置为与3D图像显示装置的屏幕的垂直线倾斜特定角度。

16.  如权利要求15所述的3D图像显示装置，其中，图像显示装置的像素沿与相应视差屏障的狭缝、线光源或柱状透镜的倾斜基本上相同的角度倾斜。

17.  如权利要求15所述的3D图像显示装置，其中，移除图像显示装置的像素的至少两个边缘。

说明书用于使观看区域平坦化并使动态串扰最小化的裸眼立体3D图像显示装置
技术领域
本发明涉及一种裸眼立体三维(3D)图像显示装置，更具体地讲，涉及一种可通过如下的操作来动态地最小化观看者的瞳孔处的串扰以及即使观看者移动也最小化3D图像的亮度改变的3D图像显示装置，其中，所述操作包括：使通过布置作为用于形成观看区域的光学板的视差屏障、柱状透镜或线光源而产生的视点图像的观看区域亮度分布平坦化，使平坦化的邻近视点的观看区域重叠，实时跟踪观看者的位置，在观看者的瞳孔的视点处提供视点图像，并移除邻近视点图像。
背景技术
裸眼立体3D图像显示装置被分类为使用光学板的类型(诸如柱状透镜或视差屏障)和使用用于形成观看区域的线光源阵列的类型。然而，在使用视差屏障、柱状透镜和用于形成观看区域的线光源阵列的传统3D图像显示装置中，即使在相同观看区域中，相应视点图像的亮度也随着眼睛的移动而变化，并且还发生与邻近视点的图像部分重叠的串扰。因此，在观看者移动时，难以实现自然的3D图像，从而给观看者带来不便。
图1示出在最佳观看位置处，使用视差屏障的传统裸眼立体3D图像显示装置的根据水平位置移动的针对视点的观看区域的亮度分布。在图1中，假设视点之间的距离与观看者的瞳孔之间的距离(大约65mm)相同，当最佳观看位置处的观看者位于3D图像显示装置前面时，观看者的左眼位于第一观看区域的中心(位置A)，观看者的右眼位于第二观看区域的中心(位置C)，每个视点的相应观看区域中的图像在观看者的两眼偏离位置A和位置C时迅速变暗，从而降低图像质量。此外，位于第一观看区域中的图像的一部分和位于第三观看区域中的右眼图像的一部分同时被观看者的左眼观看到，位于第二观看区域中的左眼图像的一部分和位于第四观看区域中的图像的一部分同时被观看者的右眼观看到。因此，即使在最佳位置处也发生特定量的串扰，并且当观看者离开最佳位置时，串扰量增加。具体地讲，当观看者的 左眼位于第一观看区域和第二观看区域之间的中间位置(位置B)，并且观看者的右眼位于第二观看区域和第三观看区域之间的中间位置时，发生最大串扰。此外，由于视点之间的距离被设计为即使在观看者静止时也适合平均的观看者的瞳孔之间的距离，因此当观看3D图像的观看者的瞳孔之间的距离偏离平均值时，在图1的观看区域的亮度分布中，不能观看到左右最佳亮度图像。
当观看者在静止或移动时在最佳观看位置附近的位置处观看3D图像时，上述问题发生在传统裸眼立体3D图像显示装置中。此外，基本上，当沿深度方向移动时，观看者不能很好地观看3D图像。这将参照图2至图5进行描述。
图2至图5是用于描述使用四个视点视差屏障的传统裸眼立体3D图像显示装置的示例的示图。如图1中所示，观看区域在最佳观看位置处很好地分离。然而，例如，如果观看者沿深度方向离开最佳观看距离(OVD)位置并向位置P1(OVD的一半的距离的位置)移动，则与OVD不一样，针对左眼观看点的观看区域和针对右眼观看点的观看区域没有很好地分离，并且每个观看区域与邻近观看区域重叠。因此，观看者不能很好地观看到3D图像(针对位置P1处的观看区域分布，见图4)。这里，由于针对各个缝隙的观看区域没有精确地匹配，因此邻近观看区域被表现为重叠。图4示出一起测量针对相同视点的所有图像的结果。也就是说，针对各个缝隙的观看区域没有单独地扩大。可在图7和图8中看见该结果，图7和图8示出针对各个缝隙的观看区域分布图。限定观看区域分布图的各个缝隙被定义为3D像素线。3D像素线可以是用于柱状型的圆柱形透镜或用于线光源型的线光源。此外，图4的结果可分析地示出串扰量大。此外，虽然在图2中未示出，但是即使在观看者移动到OVD的1.5倍距离的位置处时，如图5中所示，观看区域形状因与图4相似的原因而变化并且串扰增加。为了参照图4对这进行更详细地描述，考虑图2的位置P1的虚线内的观看区域之间的边界的交点，当瞳孔位于位置P1的深度位置(例如，位置e1)处时，可通过中心缝隙在第三观看区域的中心附近观看到3D图像，但是来自左侧缝隙的3D图像位于第一观看区域和第二观看区域之间的边界上，使得3D图像使观看者体验最大串扰。此外，虽然在附图中没有精确示出来自右侧缝隙的3D图像，但是由于3D图像位于第四观看区域和子观看区域中的第一观看区域之间的边界，因此3D 图像导致观看者体验最大串扰和反向观看区域。因此，即使在考虑所有缝隙而在任何一个像素的观看区域的中心存在一个瞳孔时，也存在多种情况：根据情况，即使当在其它缝隙的观看区域之中选择最接近瞳孔中心的观看区域时，一个瞳孔也在视点之间的屏障上。在这种情况下，如上所述，针对每个缝隙，串扰完全或接近最大化。因此，平均起来，串扰增加。这种情况即使在距离远离最佳观看位置时也发生。因此，如果观看者与最佳观看位置足够远，则在所有位置不可避免地发生大量串扰。
最后，传统裸眼立体3D图像显示装置通常被设计为使得一个观看者可观看3D图像。对于多个观看者，裸眼立体3D图像显示装置可仅允许位于限制位置(即，最佳观看位置内的特定位置)处的观看者在他们的位置处观看3D图像。
因此，存在用于即使在多个观看者自由移动时也观看自然的3D图像的裸眼立体图像显示装置作为上述问题的解决方案的需要。
发明内容
[技术问题]
本发明的一个目的在于提供一种裸眼立体3D图像显示装置，通过所述裸眼立体3D图像显示装置，可在没有佩戴特定眼镜(诸如偏振眼镜或快门眼睛)的情况下观看3D图像，并且可使在观看者移动时在传统裸眼立体3D图像显示装置中发生的3D图像的亮度改变最小化并将观看者的两眼的视点图像的串扰减小到眼镜型3D图像显示装置的水平或更小。
本发明的另一目的在于克服观看者可观看最佳3D图像的位置的限制，其中，与眼镜型3D图像显示装置不同，所述限制是传统自动立体3D图像显示装置中的问题。具体地讲，即使在观看者沿3D图像显示装置的距离方向(深度方向)移动时，本发明允许观看者观看到具有与设计的最佳观看位置中相同的图像质量的3D图像。
本发明的另一目的在于当多个观看者沿包括深度方向的三维方向移动时允许所述多个观看者连续地观看3D图像，以便解决仅向一个观看者或具有很大移动限制范围的多个观看者提供最佳3D图像的问题。
[解决方案]
本发明的一方面在于提供一种3D图像显示装置，包括：图像显示面板， 被构造为显示3D图像；控制单元，被构造为控制视点图像，观看者位置跟踪系统，被构造为确定观看者的瞳孔的位置并将位置信息发送到控制单元，其中，图像显示面板提供多个视点(诸如四个或更多个视点)，并且多个视点中的任何一个视点的观看区域与邻近视点的观看区域之间的交点具有视点之一的最大亮度的85％或更多。
最接近于观看者的两眼的中心的两个视点中的任何一个视点的观看区域中的光以最大亮度的5％或更少地进入在另一视点的观看区域的中心可达到。
图像显示面板可使用用作视差分离装置的视差屏障、柱状透镜或线光源来显示3D图像。
当视差分离装置为视差屏障并且N-1个视点中心在两个双目视点中心之间隔开特定距离(N为整数2至65)时，视差屏障的缝隙宽度可以为像素宽度的1.6至(2N-1)倍。
当视差分离装置为线光源并且N-1个视点中心在两个双目视点中心之间隔开特定距离(N为整数2至65)时，线光源的宽度可以为像素宽度的1.6至(2N-1)倍。
当视差分离装置为柱状透镜时，N-1个视点中心在两个双目视点中心之间隔开特定距离(N为整数2至65)并且柱状透镜的原始焦距(f0)为柱状透镜与图像显示面板的像素之间的距离，如果柱状透镜的焦距(f)小于柱状透镜的原始焦距(f0)，则f/f0为包括0.5至0.9，如果柱状透镜的焦距(f)大于柱状透镜的原始焦距(f0)，则f/f0为包括1.06至20.8。
观看者位置跟踪系统可被构造为通过跟踪观看者的瞳孔的位置或观看者的面部的位置来跟踪观看者的两个瞳孔的位置的坐标。在图像显示面板中，控制单元可被构造为使用通过观看者位置跟踪系统的跟踪获得的观看位置信息，控制针对每个3D像素的视点图像信息。
可通过视差屏障的缝隙、柱状透镜或线光源以及用于提供视点图像的图像显示面板上的像素形成3D像素线。
可通过使用关于观看者的瞳孔的位置的3D信息，在与最接近于观看者的两眼中心的观看区域中心相应的视点处提供与观看者的两眼相应的视点图像，并移除除了选择的视点的视点图像之外的视点图像来使串扰最小化，其中，通过观看者位置跟踪系统的实时跟踪来获得3D信息。可针对每条3D像素线确定与观看者的两眼相应的视点图像的提供和除了选择的视点的视点图 像之外的视点图像的移除以使串扰最小化。
观看者位置跟踪系统可跟踪多个观看者的位置并被构造为跟踪每个观看者的瞳孔的位置并将关于观看者的数量和观看者的瞳孔的位置的信息传送到控制单元。可通过使用关于所述多个观看者的瞳孔的位置的3D信息，在与最接近于每个观看者的两眼中心的观看区域中心相应的视点处提供与每个观看者的两眼相应的视点图像，并移除除了选择的视点的视点图像之外的视点图像，来针对所述多个观看者使串扰最小化，其中，通过观看者位置跟踪系统的实时跟踪来获得3D信息。在这种情况下，可针对每条3D像素线，确定与每个观看者的两眼相应的视点图像的提供和除了选择的视点的视点图像之外的观看者图像的移除，以针对所述多个观看者，使串扰最小化。
视差屏障、柱状透镜或线光源可被布置为与3D图像显示装置的屏幕的垂直线倾斜特定角度。图像显示装置的像素可沿与相应视差屏障、线光源或柱状透镜的缝隙的倾斜基本上相同的角度倾斜。移除图像显示装置的像素的至少两个边缘。
[有益效果]
根据本发明的实施例，即使在观看者在包括每条3D像素线的视点的3D空间中移动和观看区域中的最佳观看距离(OVD)时，也可动态地使观看者的瞳孔处的串扰最小化，使与瞳孔相应的视点图像的亮度改变最小化，并提供可应用于多个观看者的3D图像显示装置，其中，通过布置视差屏障、柱状透镜和用于形成观看区域线光源的方法产生3D像素线。
附图说明
图1是用于描述根据现有技术的在裸眼立体3D图像显示装置的观看者的位置处的一般观看区域分布的概念图。
图2是用于描述根据现有技术的在观看者沿使用视差屏障的3D图像显示装置的深度方向移动时发生的程序的概念图。
图3示出根据现有技术的在使用视差屏障的3D图像显示装置中在最佳观看位置处的观看区域分布。
图4示出当观看者沿深度方向朝向位置P1(作为OVD深度的1/2的距离)移动时因观看区域之间的不一致性而导致串扰增加。
图5示出在OVD的1.5倍的距离处产生的串扰的增加。
图6示出当针对每条3D像素线考虑观看区域时，针对每条3D像素线的在OVD处的观看区域分布。
图7示出当观看者沿深度方向移动到P1(OVD的1/2)时针对每个3D像素线的观看区域分布。
图8示出在观看者沿远离OVD的方向移动到OVD的1.5倍的距离时针对每条3D像素线的观看区域分布的仿真结果。
图9至图12是示出根据本发明的优选实施例的观看区域的亮度分布和布置的概念图。
图13是示出根据本发明的优选实施例的3D图像显示装置的框图。
图14是用于描述视差屏障型3D图像显示装置中的一般缝隙设计条件的概念图。
图15和图16示出在图14的一般视差屏障缝隙条件中获得的观看区域的特性仿真结果。
图17是用于描述根据本发明的实施例的四个视点视差屏障缝隙设计条件的概念图。
图18至图20是用于描述在具有图17的视差屏障缝隙的图像显示装置中的观看区域的形状和在观看者移动时控制视点图像的方法的概念图。
图21示出根据本发明的实施例的在倾斜视差屏障处的观看区域特性仿真结果。
图22a和图22b示出根据本发明的实施例的通过计算在两眼的两个视点之间存在N-1个隔开特定距离的视点中心时针对视差屏障中的缝隙设计条件的范围、最小缝隙条件和最大缝隙条件而获得的结果。
图23是用于描述根据本发明的实施例的四个视点线光源的设计条件的概念图。
图24示出根据本发明的实施例的通过计算在两眼的两个视点之间存在N-1个隔开特定距离的视点中心时针对视线光源、最小线光源宽度条件和最大线光源宽度条件而获得的结果。
图25示出在柱状透镜型3D图像显示装置中在一般条件下的观看区域特性仿真结果。
图26示出根据本发明的实施例的通过计算在两眼的两个视点之间存在N-1个隔开特定距离的视点中心时针对柱状透镜的设计条件范围、针对具有 比一般柱状分离距离小的焦距的区域的条件和针对具有比一般柱状分离距离大的焦距的区域的条件而获得的结果。
图27和图28是用于作为比较描述垂直布置的视差屏障和倾斜视差屏障的概念图。
图29是用于描述根据本发明的实施例的与倾斜视差屏障倾斜相同角度的像素结构。
图30是用于描述根据本发明的实施例的不具有像素边缘的像素结构的概念图。
图31和图32是用于描述垂直3D像素线和倾斜3D像素线的概念图。
图33是用于描述根据本发明的实施例的将3D图像提供给多个观看者而不存在互干扰的概念图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。然而，提供以下实施例，以使本领域技术人员全面理解本发明，从而可以以不同的形式实现以下实施例。因此，本方法应被不解释为限于这里阐述的实施例。
以下将参照图2至图13描述由裸眼立体3D图像显示装置产生的视点的形状、其实现方法和随着观看者的移动而动态地控制3D图像的方法。
本发明描述仅在观看者没有显著离开设计的最佳观看距离时动态地提供3D图像的方法。以下，将在另一实施例中描述在观看者显著离开最佳观看位置时的图像控制方法。
图2示出使用一般视差屏障形成观看点的四个传统方法。在这种情况下，考虑在最佳观看距离(OVD)位置处针对水平位置的观看区域分布(见图3)，即使在观看者的瞳孔从观看区域的中心稍微离开时，图像亮度也变化。
图9中示出用于解决以上问题的理想观看区域亮度分布。当观看者的两个瞳孔位位于图9中示出的观看区域亮度分布中的第一观看区域和第二观看区域且在所述第一观看区域和第二区域中水平地移动时，观看者可观看视点图像亮度没有改变的、具有均匀亮度的3D图像。然而，在可在实践中实现的理想观看区域亮度分布中，各个观看区域的边界部分倾斜并部分重叠。即使提供如图10中所示的观看区域亮度分布，在观看者的瞳孔在单元观看区域内水平移动时也不存在问题。然而，当观看者的瞳孔移动超过观看区域的边 界而朝向移动另一观看区域时，观看者在观看区域之间的边界区域中体验到串扰。
用于解决以上问题的优选方法为如图11中所示的在与观看者的两眼相应的视点之间形成一个或更多个视点并形成与两眼相应的视点的观看区域和两眼之间的视点的观看区域以部分重叠。图11示出如下的情况，即，设计四个视点，一个视点被额外地包括在两眼之间并且视点之间的距离是瞳孔之间的距离的一半。当左瞳孔和右瞳孔位于第一观看区域和第三观看区域时，控制单元(见图13的120)接收在瞳孔位置跟踪系统(见图13的110)中跟踪的观看者的两眼的瞳孔坐标，并使图像显示面板(见图13的130)显示针对图像显示面板的每个视点的图像信息。如图11中所示，如果在第一观看区域和第三观看区域中提供左眼图像和右眼图像，并且从其中移除关于第二观看区域和第四观看区域的图像信息，则观看者可在当前位置看到没有串扰的清楚的3D图像。在这种情况下，即使在观看者在一个观看区域内向右移动时，观看者也可看见图像信息的亮度没有改变的均匀3D图像。当观看者进一步向右移动使得观看者的左瞳孔位于相比于第一观看区域的中心，更接近于第二观看区域的中心的位置时，如果执行控制来移除关于第一观看区域和第三观看区域的图像信息并将左眼图像和右眼图像提供给第二观看区域和第四观看区域，则可连续提供图像亮度没有改变并且在视点之间没有发生串扰的清楚的3D图像。
图11示出邻近观看区域之间的重叠部分布置在均匀区域中。观看区域的亮度改变对观看者的影响与视觉的灵敏度相关联。即使在邻近观看区域之间的重叠部分没有位于均匀区域中而位于观看区域的最大亮度的85％或更多的位置中时，如图12中所示，观看者也可在移动的同时观看3D图像而感觉不到视点图像亮度的任何大的改变。此外，图10至图12示出观看区域的中间区域完全平坦的情况。然而，对于使用倾斜视差屏障而产生的观看区域的形状，观看区域的中间区域可不平坦。在这种情况下，邻近观看区域之间的重叠被设置为观看区域的最大亮度的85％或更多，从而在观看者移动时将图像亮度的改变降低到15％或更少。
如上所述，可放大观看区域的均匀区域，在双目视点之间布置一个或更多个中间视点，并确定观看者的两个瞳孔的位置以移除除了提供图像信息的视点之外的图像信息，从而使最小化作为传统裸眼立体3D图像显示装置的 问题的图像亮度缺少均匀和串扰的发生最小化。
此外，在与两眼相应的视点中，与一只眼睛相应的视点的观看区域的图像可位于与另一眼睛相应的视点的观看区域的中心，以达到最大亮度的5％或更少的程度，从而使串扰最小化。即使考虑瞳孔跟踪精度，也优选地不将另一观看点的图像布置在观看区域中的瞳孔可位于的部分内。
在观看者的位置处形成视点的裸眼立体型方法包括使用光学板的方法(诸如视差屏障或柱状透镜)和使用线光源的方法。以下，依次描述用于使用视差屏障方法、线光源方法和柱状透镜方法形成上述视点的设计条件。
在三种类型的观看区域形成技术中，在以下的共同条件下计算基于仿真结果的本发明意图的观看区域特征的条件。
单位像素宽度＝0.1mm
最佳观看深度(OVD)＝1000mm
双目距离＝65mm
当N-1个视点中心在两个双目视点中心之间隔开特定距离时的视点的数量N＝2,3,4,5,6,7和10
根据N的针对一个人的视点的最小数量2×N＝4,6,8,10,12,14和20
(所有仿真结果为在OVD的结果)
(1)视差屏障方法
图14是用于描述多视点视差屏障型3D图像显示装置中的通常缝隙设计条件的概念图。通常，如果在设计视差屏障时各个缝隙的水平宽度A被应用为与单位像素宽度相似，则针对垂直缝隙，如图15中所示地形成观看区域分布，而针对倾斜缝隙，如图16中所示地形成观看区域分布。当缝隙的水平宽度改变时，单位观看区域的形状改变。这里，图15和图16的观看区域设计是针对四个视点的。当针对每个视点的观看特性与图15和图16中示出的观看特性相同时，如果观看者的两个瞳孔位于中心(即，由每个视点形成的视点的最亮部分)并且沿水平方向稍微移动，则相应视点的图像亮度可被显著改变，从而防止观看者观看具有均匀亮度的3D图像。
此外，在如图15和图16中示出的通常设计条件下，可通过增加图14中的缝隙的水平宽度来获得具有与图11和图12中示出的形状相似的形状的观看区域。在考虑观看区域的形状时考虑正视点和负视点两者的情况下，缝隙的水平宽度条件总是具有至少一个附加视点，而不管左眼视点和右眼视点 之间的顺序如何。此外，邻近视点的观看区域之间的重叠发生至少85％或更多，使得最小缝隙宽度条件Amin被设置为使移动时的亮度改变最小化。同时，在与两眼相应的视点中，通过以最大亮度的5％或更少将与一只眼睛相应的视点的观看区域的图像布置在与另一只眼睛相应的视点的观看区域的中心，来设置最大缝隙宽度条件Amax，该最大缝隙宽度条件Amax用于确定用于允许串扰的最大限制。
可通过使用上述条件形成的视差屏障的3D图像显示面板来解决传统问题。也就是说，视差中的优选缝隙宽度A的可条件为Amin≤A≤Amax，最佳条件为Aaverage＝(Amin+Amax)/2附近。
图17是用于描述为了克服使用视差屏障的传统3D图像显示装置的缺点的根据本发明的实施例的用于设计当在双目视点之间仅存在一个视点时的视差屏障的缝隙的方法及因此而形成的光看区域的亮度分布的概念图。在该示例中，缝隙宽度被设置为单位像素宽度的两倍。将基于沿垂直方向形成的视差屏障的缝隙描述本发明的原理并且本发明的原理将以作为可应用于本发明的构思的最小数量的视点的四个视点的示例进行描述。
当缝隙为垂直于图像显示面板的视差屏障的缝隙时，在通过设计图17中示出的视差屏障的缝隙而形成的四个视点中的每个视点的观看区域的最佳观看位置(即，图17的距视差屏障的距离L的位置)处的形状与图18中示出的相同。在这种情况下，视点之间的间隔E被设置为观看者的瞳孔之间的间隔(平均为65mm)的一半，并且存在一个中间视点。在图18中，为了描述简单，省略负观看区域，但是在第一观看区域的左侧和第四观看区域的右侧可存在负观看区域。
如图19中所示，当观看者的左瞳孔位于第一观看区域的中心区域时，观看者的右瞳孔位于第三观看区域的中心区域。在这种情况下，如果在图像显示面板上的第一视点像素和第三视点像素处提供左眼图像和右眼图像，并且移除第二视点像素和第四视点像素的图像，则观看者观看到明显分离的第一观看区域和第三观看区域的视差图像。如图20中所示，当观看者向右移动使得他或她的左眼从虚线中表示的位置移动到第一观看区域和第二观看区域之间的交点的位置时，控制单元使用从瞳孔跟踪系统反馈的信息改变关于图像显示面板上的像素的信息。也就是说，如果控制单元执行控制以分别在第二视点像素和第三视点像素处提供左眼图像和右眼图像，并移除第一视点像素 和第三视点像素的图像，则观看者能够观看第二观看区域和第四观看区域的视差图像。
在观看区域的设计中，参考图19和图20可以看出：观看区域的亮度开始显著改变的水平位置为开始发生串扰的水平位置。此外，比图17中示出的缝隙宽度稍微大的缝隙宽度导致图11中示出的相邻观看区域之间的微小重叠。因此，即使考虑瞳孔跟踪的精度的误差，当移动到相邻视点时，亮度也可不改变。
结果，当观看者的两个瞳孔位于观看区域的中心并且观看者水平地移动时，在相邻视点的观看区域提供视差图像并移除先前的视点图像，从而显著改善当观看者在移动的同时观看3D图像时的图像亮度的大的改变和通过部分重叠双目视点图像而产生的串扰。
然而，当视差屏障的缝隙被布置为相对于图像显示面板垂直并且观看者的瞳孔之间的间隔等于普通观看者的值(通常为65mm)时，优选地应用在四个视点设计中缝隙的尺寸为像素的尺寸的两倍的条件。然而，当视差屏障的缝隙相对于图像显示面板倾斜时，如图21中所示，每个观看区域的亮度分布不具有理想梯形形状。图21示出根据本发明的另一实施例的除了视差屏障的缝隙相对于图像显示面板倾斜tan-1(1/3)至18.43度的角度之外，在如图17中示出的相同条件下的观看区域分布的仿真结果。与图18不同，图21中形成的观看区域的形状没有示出观看区域中央的均匀区域。
在图17中，出于方便的原因，图像显示面板的像素被布置在一个平面上。然而，可布置具有不同垂直位置(y-方向位置)的像素(具体地讲，在视差屏障的缝隙被布置为相对于图像显示面板倾斜的情况下)。
当在两眼的视点中心之间存在隔开特定距离的N-1个视点中心时，可使用作为优选缝隙宽度A的条件的Amin≤A≤Amax，通过仿真找出用于视差屏障的缝隙的尺寸相对于像素宽度的一般条件。如果一般双目间隔为65mm，则相邻视点之间的间隔为65mm/N。
当多个视点位于双目视点之间时，优点在于可以使双目视点之间的串扰最小化并且更自然地表现移动视差。然而，当双目视点之间的视点的数量增加时，分辨率与其成比例地降低。因此，有必要根据3D显示的应用而考虑观看者的最大数量来设置N的适当值。
此外，如果在双目视点之间存在隔开特定距离的N-1个视点并且视点的 总数为M，则M至少等于或大于2N以便在观看者移动时选择最接近于左眼和右眼的视点图像。也就是说，由于如图17中所示，在观看者的双目视点之间存在一个视点中心，因此当N被设计为等于2时M应至少等于或大于4。当双目视点之间存在三个视点中心时，因N＝4因此M应至少等于或大于8。
图22a和图22b示出根据如上所述的本发明的优选实施例的基于视点的总数对视差屏障的缝隙的范围进行仿真的结果。图22a和图22b是垂直视差屏障的缝隙的范围和倾斜视差屏障的缝隙的范围的结果。在以上两种情况下，全部视点的1/2被设置为双目视点之间的间隔。
首先，对于垂直视差屏障，可以看出相对于视点总数，最小缝隙条件为像素宽度1.6倍。然而，可以看出最大缝隙条件随着视点总数的增加而增加。可以看出根据视点总数的最大缝隙条件具有特定趋势。也就是说，如果视点的总数为2N(也就是说，在两个双目视点之间存在隔开特定距离的N-1个视点中心)，则可以看出最大缝隙条件大约为(2N-1)×Wp，即，像素宽度Wp的2N-1倍。
在这种情况下，优选地，N为2至65的整数。也就是说，在双目视点中心之间应存在至少一个视点(即，当N＝2时)，并且应通过至少1mm或更大来有意义地划分双目视点之间的间隔且平均双目间隔为大约65mm。因此，当N＝65时，N为最大值。
第二，对于倾斜视差屏障，可以看出相对于视点总数，最小缝隙条件为像素宽度的1.8倍。最大缝隙条件具有与垂直视差屏障相似的趋势。也就是说，除了针对每种数量的视点的缝隙条件范围稍微减小之外，倾斜视差屏障的缝隙的条件可被看做与垂直视差屏障相同。因此，将仅利用垂直线光源和垂直柱状透镜来描述根据本发明的另一实施例的使用线光源或柱状透镜的方法。
(2)线光源方法
图23是用于描述用于使用垂直线光源在四个视点处形成均匀观看区域的线光源的线宽度的概念图。这对应于作为用于找出视差屏障的缝隙的尺寸的条件的示图的图17。作为用于在使用线光源的方法中导出与图17的视差屏障方法相似的结果的仿真的结果，与图17的缝隙的宽度相似，线光源的宽度应大约为单位像素宽度的两倍。因此，如果垂直线光源的宽度被设置为单位像素的宽度的两倍并且随后执行仿真，则可获得与图18中示出的结果相似 的结果。
图24示出根据本发明的优选实施例的根据视点的总数对针对整个视点中的每个视点的线光源的范围进行仿真的结果。具体地讲，当两个双目视点之间存在隔开特定距离的N-1个视点中心时获得仿真结果。在图24中，d表示线光源与图像显示面板之间的距离，W(LS)表示相邻线光源之间的分离距离。随着视点的总数增加，d和W(LS)趋向于增加。
参照图24，即使在视点的总数不同的所有情况下，可以看出最小线光源宽度条件为像素宽度的1.6倍，并且最大线光源宽度条件随着视点总数的增加而增加。然而，可以看出根据视点总数的最大线光源宽度条件具有特定趋势。也就是说，视点的总数为2N(即，在两个双目视点中心之间存在隔开特定距离的N-1个视点中心)，可以看出最大线光源条件大约为(2N-1)×Wp，即，像素宽度Wp的2N-1倍。在这种情况下，优选地，N为2至65的整数。
(3)柱状光学板方法。
如下将描述作为根据本发明的可提供观看区域的形状和重叠的实施例的使用柱状透镜的方法。
调整柱状透镜的焦距对应于调整视差屏障的缝隙或线光源的线宽度。通常，当设计观看区域时，柱状透镜的有效焦距(f)被设置为与图像显示面板的像素平面和柱状透镜的中心平面之间的距离d相似。这里，根据多视点中的相邻视点之间的距离(即，单位视点观看区域宽度)的确定来计算d。因此，如果确定单位观看区域宽度，则可计算并从而确定值d。在柱状透镜的焦距f大于或小于柱状透镜与图像显示装置的像素面板之间的距离d的特定范围中，可形成通过视差屏障方法和线光源方法来实现的具有梯形形状的观看区域。也就是说，可实现邻近视点的观看区域之间的重叠为85％或更多并且在双目视点之间的中心的串扰为5％或更少。
当柱状透镜用作视差分离装置时，形成与使用视差屏障的情况的观看区域相似的观看区域。例如，图25中示出针对四个视点的情况的观看区域特征。也就是说，图25示出当应用比柱状透镜的中心和显示板之间的距离(3.0769mm)长大约30％的柱状透镜的焦距(3.9mm)时，在应用垂直柱状光学板的情况下的OVD位置观看区域特征。
图26示出根据本发明的实施例的根据视点的总数对柱状透镜的焦距的范围进行仿真的结果。具体地讲，当两个双目视点中心之间存在被布置为隔 开特定距离的N-1个视点中心时获得所述仿真结果(N为2至65的整数)。在这种情况下，图26的f0(在下文中被称为原始焦距)表示柱状透镜的焦距为d的情况，即，对图像显示面板的像素平面做出调整的情况。
在图26中，根据视点总数的第一焦距范围表示焦距小于原始焦距f0的情况。在这种情况下，最小焦距相对于原始焦距f/fo(min)随着视点总数的增加具有0.5至0.55的范围。此外，最大焦距相对于原始焦距f/fo(max)具有0.72至0.92的范围并且随着视点总数的增加而增加。
在图26中，根据视点总数的第二焦距范围表示焦距大于原始焦距f0的情况。在这种情况下，最小焦距相对于原始焦距f/fo(min)具有1.06至1.63的范围并且随着视点总数的增加而减小。此外，最大焦距相对于原始焦距f/fo(max)具有4.88至20.8的范围并且随着视点总数的增加而增加。
将参照与沿相对于图像显示面板倾斜的方向的视差屏障的缝隙、线光源或用于改善基于视差屏障的柱状透镜中的观看区域的形状的图像显示面板上的像素结构相关的图27至图30描述本发明的实施例。
图像显示面板的通常像素结构与图27中示出的像素结构相同。图27示出当在四个视点中设计时针对像素的视点图像。在这种情况下，由于双目视点之间的距离为2个视点，因此作为本发明的用于对视点进行平坦化的条件的视差屏障的缝隙是像素宽度的两倍并被垂直布置。这样布置的观看区域特性与图18中示出的观看区域特性相同。然而，即使应用相同观看区域的形状的缝隙条件，如图28中示出的视差屏障的缝隙与垂直方向倾斜的情况在视点的中间部分和与邻近视点重叠的部分之间的亮度方面不同。
这是缝隙相对于垂直像素结构倾斜的效果。图29中示出用于消除这种效果的像素结构。如果视差屏障的缝隙的倾斜方向被布置为与像素的倾斜方向基本上相同，则如图18中所示，甚至通过倾斜视差屏障的缝隙也可产生理想的观看区域。此外，优选地，图像显示装置的像素沿与相应线光源或柱状透镜倾斜方向基本相同的方向倾斜。
然而，图29的像素结构会因需要显著改变图像显示面板上的像素结构而难以制造。在这种情况下，如图30所示，针对相同的像素结构，需要改变像素区域的形状。也就是说，当如图30中所示地形成像素结构时，即使在倾斜视差屏障的缝隙中，也可对观看区域进行平坦化。可以以黑色矩阵(BM)处理图30的像素内的黑色部分，并且所述黑色部分可被设计为实际上不产生图 像信息的区域。图30中示出的结构具有比图27的一般像素结构小的像素的缝隙比率，但是具有以下优点：根据本发明的实施例，即使在使用现有垂直像素结构时使用倾斜视差屏障的缝隙，也可形成平坦的观看区域结构。
已作为当视点的数量为4(也就是说，在双目视点之间存在两个视点)的示例描述了图27至图30。当然，本发明甚至可被应用于在双目视点之间存在两个视点或更多个视点的情况以及使用倾斜光源或使用倾斜柱状透镜的情况。
以下将参照图2和图31详细描述根据本发明的另一实施例的用于诸如沿深度方向移动时在最佳观看位置处提供没有串扰的清楚的3D图像的方法。虽然形成观看区域的形状和布置形成在根据本发明的实施例的最佳观看位置处，但是不能向观看者提供清楚的3D图像，这是因为当观看者离开最佳观看位置时，观看区域的形成的形状和布置改变(见图4和图5)。本发明介绍了3D像素线的构思使得在观看者沿深度方向移动时可向观看者提供最佳3D图像，以及用于即使在观看者沿深度方向移动时，使用介绍的3D像素线的构思观看最佳3D图像的方法。
3D像素线包括用于提供每个缝隙、每个柱状透镜或每个线光源的显示面板上的像素以及视差屏障的每个视点图像的图像。图31示出当存在四个视点时垂直布置3D像素线的情况，图32示出倾斜布置3D像素线的情况。在所述两种情况下，考虑到每条3D像素线，可以看出图2的OVD中的观看区域分布(图3)可具有与图6、图7和图8中所示相同的形状。使用该特性，除了OVD之外，使用OVD的观看区域分布信息结果，观看区域特性还可被应用于任何其它深度。
当观看者沿深度方向离开OVD位置以移动到位置P1(OVD一半的距离)时，与在OVD不同，右眼和左眼的观看区域没有很好地分离并且重叠，从而防止观看者观看到清楚的3D图像(针对在位置P1处的观看区域分布，见图4)。此外，虽然在图2中未示出，但是即使观看者移动到OVD的1.5倍，观看区域的形状也改变并且串扰增加。
以下将参照图4对这进行更详细地描述。考虑到图2的位置P1的虚线内的观看区域之间的边界的交点，即使一个瞳孔位于位置P1的任何一个像素的观看区域的中心，另一瞳孔也可位于观看区域之间的边界处。在这种情况下，如上所述，针对每个缝隙，串扰不可避免地被最大化。因此，平均来说，串 扰大于最佳观看位置处的串扰。即使在距离远离最佳观看位置时也发生这种情况。因此，如果观看者显著地远离最佳观看位置，则在所有位置不可避免地发生最大量的串扰。
因此，如图6、图7和图8中所示，考虑一条缝隙线(一个线光源或用于柱状光学板的一个柱状透镜)，即，仅一条用于视差屏障的3D像素线，则即使在观看者的位置是最佳观看位置的两倍(见图7)或是最佳观看位置的1.5倍(见图7)时，如在最佳观看位置(图6)一样观看区域的亮度分布也几乎不改变。因此，通过应用在最佳观看位置处导出的上述条件，也就是，邻近视点重叠85％或更多的条件以及两个视点之一的观看区域引起的效果为5％或更少的条件，可在3D像素线中也获得与在观看区域平坦化条件下的结果相同的结果。
当如上所述定义3D像素线时，图像显示装置100的控制单元120从瞳孔位置跟踪系统110接收关于观看者的瞳孔的位置的反馈，并动态地选择图像显示面板130(见图13)上的多条3D像素线。另外，控制单元120从具有其中形成了3D像素线的视点中选择最接近于双目瞳孔的中心的视点作为与左瞳孔相应的视点和与右瞳孔相应的视点。此外，控制单元120移除其它视点图像，从而使串扰最小化。
以下将参照图13描述根据本发明的优选实施例的使用3D像素线的构思的3D图像显示装置。根据本发明的优选实施例的3D图像显示装置100包括3D图像显示面板130和被构造为控制每条3D像素线的视点图像的控制单元120。优选地，每条像素线提供多个视点，例如，四个视点或更多。
根据本发明的优选实施例的3D图像显示装置100还包括瞳孔位置跟踪系统110，瞳孔位置跟踪系统110被构造为确定观看者的瞳孔的位置并将位置信息传送到控制单元120。控制单元120使用从瞳孔位置跟踪系统110传送的位置信息，根据观看者的眼睛，针对每条3D像素线重新布置左眼观看区域和右眼观看区域，并控制图像显示面板130将特定图像信息提供到各个观看区域。控制单元120控制瞳孔位置跟踪系统110和图像显示面板130的整体操作。
图像显示面板130可使用用于视差分离的视差屏障、柱状透镜或线光源以显示3D图像。视差屏障或柱状透镜是作为光学板的视差分离装置，其中，通过所述光学板，左眼图像和右眼图像分离并交替形成，使得观看者可在特 定观看距离观看3D图像。视差屏障可具有在其中交替形成的屏障和缝隙，柱状透镜可具有例如在其中周期地形成的圆柱形透镜。然而，视差屏障分离装置不限于此。当然，各种装置(诸如微小棱镜被周期地布置的光学板)可用于实现本发明的这种目的。线光源可包括若干类型，诸如包括用于显示3D图像的点光源的线光源。
以下将描述当观看者在包括深度方向的3D空间中移动并且存在多个观看者时，根据本发明的实施例的使用瞳孔位置跟踪系统的图像显示装置。
当观看者通过向后和向前移动而离开最佳距离时，视点之间的距离变大或减少。如果观看者朝向图像像素装置移动，则视点之间的距离减小，并且考虑到双目距离，所需的视点数量增加。然而，在特定时间段中，针对视点的观看区域的形状保持不变。
瞳孔位置跟踪系统110可实时地应用于使用视差屏障或柱状透镜和用于形成观看区域的线光源的上述方法。瞳孔位置跟踪系统实时跟踪观看者的瞳孔的位置并将位置信息传送到控制单元120。随后，考虑到观看者的深度方向移动，控制单元可使用关于观看者的瞳孔的位置的3D信息，在与最接近于两眼的中心的观看区域中心相应的视点处提供与观看者的两眼相应的视点图像，并移除除了选择的视点的视点图像之外的视点图像。因此，总是可使观看区域中的串扰和亮度改变最小化。此外，优选地，可通过控制单元，针对每条3D像素线确定与观看者的两眼相应的视点图像的提供和除了选择的视点的视点图像之外的观看者图像的移除。
此外，如果存在多个观看者，则针对每个人描述的方法可扩展并应用于各个观看者，从而向多个观看者提供观看区域具有最小串扰和最小亮度改变的3D图像。图33是示出根据本发明的实施例的一个视点中心被设计为位于双目视点之间并且当视点总数为16时，通过一条3D像素线形成观看区域的情况的概念图。在这种情况下，通过在最接近于每个观看者的两眼中心的两个视点处提供双目视点图像并且移除邻近视点图像或移除除了观看者的双目视点图像之外的所有其它视点图像，即使在观看者移动时，也可提供没有串扰并且图像亮度改变最小化的3D图像。
此外，在图33中，一个视点中心位于双目视点之间并且应用于一个人的视点的最小数量为四个，使得多达四个观看者可在他们的位置处观看3D图像。图33示出在当观看着的数量为两个时，在根据本发明的实施例的图像显 示装置中将平坦的视点分配给每个观看者的情况。在这种情况下，如果与一个人相应的视点的数量(即，双目视点之间的视点中心的数量)增加到四个或更多，则可精细地调整串扰。
在这种情况下，瞳孔位置跟踪系统可跟踪多个观看者的位置并将关于所述观看者的数量和所述多个观看者的瞳孔的位置的信息传送到控制单元。然后，控制单元可使用关于所述多个观看者的瞳孔的位置的3D信息，在与最接近于眼睛的中心的观看区域中心相应的视点处提供与所述多个观看者中的每个观看者的两眼相应的视点图像，并可移除除了选择的视点的视点图像之外的相应视点图像。在这种情况下，针对每条3D像素线，优选地确定与所述多个观看者的眼睛相应的视点图像的提供和除了选择的视点的视点图像之外的观看者图像的移除，从而针对所述多个观看者，使串扰最小化。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可做出各种改变。因此，本发明的范围将通过权利要求及其等同物被确定，而不应受前述详细描述所限制。