在阴极射线管上显示有层次的图像 本发明在总体上涉及到显示系统，具体地说，本发明涉及到了一种改进式的显示系统，这种系统能给观看者以层次感。
自从发明了电视以来，电子设备及系统的生产者和设计者们一直都试图制造能向观看者提供具有三维感图像的装置。虽然已有多种这类的设备及方案，并且，这类设备与方案在有限的范围内能提供三维感，但是，这类系统在质量与应用方面均有显著的局限性，因此，迄今还没有一种这样的系统被普遍接受或得以广泛使用。
许多系统都要求观看者佩戴这种或那种的眼镜以便观看屏幕上两种不同的透视图像，这些图像按某种形式编码但由观看者的眼睛透过特定的观看眼镜来加以解码。一般地说，最初的好奇心会产生对这类系统的兴趣，但随着时间的推移这类系统不会被普遍接受。
其它的方案不需要使用专门的眼镜，但要采用新的电子协议和标准或者需要制造广泛性的及专门的非标准设备以便诸如实现非标准的扫描，这种非标准设备价格昂贵并且很难制造。
先有技术中地某些系统业已克服了上述系统的某些方面的缺点，但仍具有阻碍可被广泛接受的质量缺陷。
现已到期的美国专利第3932699号公开了一种CRT系统，其中包括在CRT的表面上使用了一种透镜状栅格(lenticulatedgrid)，以便显示三维图像。尽管从不需要使用特别的眼镜的角度上来说，这种系统在总体上是令人满意的，但是，透镜状栅格的生产以及将该栅格设置到CRT的表面上都还会引起问题。必须注意，电子束在扫过CRT表面时会改变自身的调制，并且，这种调制并不总是在时空上与CRT上的透镜状栅格的位置同步。如果出现了这种情况，就会在图像质量上有显著的损失。
因此，需要一种改进型CRT显示系统，这种系统不需要使用任何特定的眼镜并且利用现有的生产技术就能加以实现，从而提供一种高质量的三维CRT显示系统，这种高质量的三维CRT显示系统能够以电子学的方式调节三维显示，以便补偿会使图像质量显著下降的显示系统中的缺陷。
所以，本发明的目的是提供一种显示系统，该系统包括：一个显示装置，它用于显示可视图像；一个检测装置，它用于检测上述显示装置的预定输出并响应该输出而提供输出信号；以及，一个处理装置，它连接在上述显示装置与检测装置之间，所说的处理装置可响应检测装置的输出信号而提供控制信号，显示装置则可响应该控制信号而进行操作，以便改变显示装置被检测的预定特征。
还提供了一种用于改进阴极射线管荧光屏的方法，它包括下列步骤：确定阴极射线管荧光屏上一个横向行中的并列像素的数量；以及，在荧光屏上为该行中每组预定数量的像素均安置一个垂直定位的透镜状元件(lenticular element)，这些透镜状元件彼此并列地设置，并且，每个透镜状元件均设置在一组预定数量的像素上。
另一个实施例说明了一种调节出现在阴极射线管表面上的图像同步性的方法，它包括下列步骤：检测实际显示在阴极射线管表面上的图像位置；将所检测到的实际图像位置与预定的图像位置作比较；以及，以使检测到的图像位置与预定图像位置之间的任何差异减至最少的方式修正图像在阴极射线管上的实际位置。
本发明的再一个实施例包括一个阴极射线管，它带有多个细长的透镜元件，这些透镜元件按彼此并列的方式横跨于阴极射线管的荧光屏的范围进行设置，每个透镜元件所具有的细长的尺寸基本上等于阴极射线管荧光屏的一维尺寸，而透镜元件较短维的尺寸则基本上等于横跨P个像素区的距离，其中，P是大于1的整数。
本发明还提供了一种在阴极射线管荧光屏上显示三维图像的方法，它包括下列步骤：存储信息的n个图像帧，其每个图像帧都包括足以表示所要显示的场景的一个图像的数据，其每个图像都是从不同透视方向观看上述场景的不同视图；在阴极射线管的电子束横扫荧光屏时，顺序地使n个图像帧呈现在荧光屏上；在使图像实际呈现在荧光屏上时检测所显示的图像的预定特征；将检测出的图像预定特征与已编程的预定特征相比较；提供一个表示检测出的预定特征与实际显示出的预定特征之间差异的信号；以及，修正图像的表现形式以便使该差异信号最小化。
参照附图阅读以下对最佳实施例的详细说明，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1是说明本发明能够显示三维场景的图像系统的概略图；
图2是显示本发明一个实施例中控制电路的框图；
图3是图1中显示屏的剖面图；
图4是图3中显示屏一部分的说明图；
图5是本发明示意性实施例中显示屏一部分的图，它显示了该显示屏的光学方面；以及
图6是本发明所公开的实施例中各选定操作信号之间的关系图。
参照图1，它显示了一个阴极射线管(CRT)101，该阴极射线管的观看屏105上包括有一较短的持续时间的荧光层103。观看屏105上设置有透镜状部件107。正如在图3中所看到的那样，透镜状部件107包括一系列垂直定向的透镜体(lenticules)，它们横跨屏幕105的表面从一侧至另一侧并列地设置。透镜状部件107的焦距能使得荧光表面103处在其焦点上。透镜状部件107的间距可以例如使在CRT荧光屏105的整个宽度上有三百个透镜体。为了能获得在本实例中包括四个视图的有层次图像(一般地说，是同一场景的n个不同的视图或透视图，其中，n为整数2或大于整数2)，横跨于CRT 101的表面上的有效像素至少需要有1200个(n乘以300)。在另一个n等于2的实例中，则横跨于CRT上只需要有600个有效像素，也就是说，每条CRT水平扫描线上的每个透镜体有2个像素。透镜体的数量取决于特定显示器中可用的像素数以及显示器的尺寸和显示视频的预定质量。
在图1中，显示了一可选的外罩装置或外壳109，它用于限定CRT 101的观看角，从而，以诸如标号111和113或标号115和117表示的观看者的眼睛能够在CRT前方处于由外罩或外壳109所限定的有限的弧度内。通过确保每只眼睛都能看到(本实例中)四个同时出现的视图中的不同的一个，可以获得立体或有层次的效果。此外，还可以获得视差和运动效果，这是因为，观看者可能会处在能看到其它视图的其它位置处。
如图1所示，检测装置130位于由外壳109所限定的观看箱内，以便检测CRT电子束对该检测装置的轰击。检测器130的位置的设置能使得该检测器截获来自CRT的光线，以便提供一信号，此信号表示透镜部件被实际设置在CRT 101表面上的相对位置。检测器130通过信号线119向控制装置或控制电路121提供一输入。控制电路121的输出通过信号线123供给四路多路调制器125。多路调制器125通过信号线135接收来自四个帧缓冲器127、129、131和133的输入。本实例中所使用的术语“信号线”并不限于一条连接线，而是包括多种条接线，甚至是从一种装置连通至另一种装置的总线。任何特定应用中的帧缓冲器的数量均取决于系统中所实现的视图n的数量。来自多路调制器125的输出信号通过信号线137供给放大器139，放大器139的输出则供给CRT 101以便控制显示在CRT 101表面上的图像或场景。
参照图2，它详细地显示了图1中所示的控制电路121。通过信号线119提供输入信号，并且，通过信号线123提供用以驱动图1中的多路调制器125的输出信号。来自检测器130的信号供给比较器203，而比较器则又通过信号线205与锁存电路207相连。锁存电路207通过信号线209为微处理器211提供一输入。微处理器211通过连接线215与双端口存储器213相连。双端口存储器213在信号线123上提供一输出以便驱动多路调制器125，并且，该存储器还在信号线217上为比较器203提供另一个输出。
存储计数器219在信号线233上接收一输入子像素信号并在信号线231上接收一CRT水平同步信号，同时在信号线221上向双端口存储器213提供一输出信号。通过信号线223将信号线221上来自计数器219的输出信号提供给锁存电路207。信号线231上的CRT水平同步信号还供给另一个存储计数器225。存储计数器225还接收信号线229上的CRT垂直同步信号并且将信号线227上的输出信号供给锁存电路207和双端口存储器213。
图3显示了处于水平平面内的显示屏的一部分的详细剖面图，图中包括透镜状部件107，该透镜部件设置在CRT荧光屏105的外侧。图中还显示了CRT 101内侧的荧光层103。
图4显示了图3中显示屏剖面的一部分。图中显示了位于CRT 101荧光屏105上适当位置处的各个透镜体401、403、405和407。这些透镜体以垂直对齐的方式彼此并列地放置并横跨CRT 101的表面而延伸。图4和图5中省略了荧光层103以便更清楚地说明由荧光屏105上的杂散标记(hash marks)所分隔的各个图像元素或像素。在本实例中，透镜状部件或透镜层107的透镜体401位于显示屏105上的四个像素位置409、411、413和415的上方。与此相似，由于图1和图2中所示电路的操作，四个连续的像素417、419、421和423均定位于透镜体403的下方。紧随着的四个像素425、427、429和431位于透镜体405的下方，图4所示的最后一个透镜体407位于紧随着的四个像素433、435、437和439的上方。如图所示，在电子束水平地扫过CRT荧光屏105的情况下，该电子束就会在每次扫描屏幕时都使一个光点顺序地出现在屏幕上各像素的位置处。本发明适用于隔行扫描或非隔行扫描的显示装置。出现在像素处的光点会穿过透镜状部件107并从该透镜部件107折射至诸如图1所示的观看者。
在图5中，详细地显示了两个透镜体401和403以及从相应像素区409至423发出的光线。如图所示，光线501经由透镜体401并穿过透镜状部件107从第一像素区409投射至图1所示的观看者。与此相似，本实例中的第二光线503来自像素区407，第三和第四光线505和507则分别来自相应的像素区413和415。就并置的透镜体403而言，第一、第二、第三和第四光束511、513、515和517也来自荧光屏105上的相应像素区417、419、421和423并被透镜状部件107折射至观看区。尽管只需每个透镜体有两个像素就能获得显示在CRT 101上的图像的预定立体效果，但在本实例中描述了每个透镜体有四个像素。
图6说明了显示信号601，该信号是由CRT 101的电子束提供出，以便形成出现在CRT屏幕上的图像。所示的信号变化表示上述电子束在以一行水平扫描线的方式扫过CRT 101表面时的强度(intensity)变化。图中显示了与上述显示信号相关的顺序水平扫描信号603和605，在电子束每次水平扫描之后以向下递增的方式进行扫描时，上述顺序水平扫描信号就会在每次开始对屏幕进行新一轮水平扫描时出现。还显示了与所述信息或显示信号601以及水平扫描脉冲603和605相关的信号脉冲607，该脉冲是由检测装置130所产生的。
正如参照图4和图5所看到的那样，在操作过程中，透镜状部件107设置在CRT 101的表面上，因此，例如，当每个透镜体有四个像素时，各像素处的光线就会从显示屏以不同的角度折射至观看者。由于透镜状部件以垂直定向条的形式横跨于CRT 101的荧光屏上，所以，观看者会看到所被显示的有微小间隔的图像条。当这些图像条或带以这样的形式出现、即这每个图像条都表示同一场景从不同水平显示位置所得到的视图时，就可以获得立体效果，图像会表现出有层次感。如前所述，只要每个透镜有两个像素就可以获得立体效果。虽然利用两个像素仅能够显示出同一场景的两个透视图，但仍可具有三维或立体效果。
当像素足够小时，尽管在任何给定的时间都实际存在有四条显示在CRT 101表面上的同一图像的不同透视图，但观看者的每只眼睛都能看到一个完整的两维图像。观看者只能看到折射至眼睛的图像，如图5所示，在本实例中，该图像在观看者的眼睛里是由每隔三个的像素所形成或构成的。透镜状部件107位于这样的位置，即从CRT 101前方的观看区内的任一观看点都只能看到一个图像，并且，在本实例中形成这个图像的像素包括横跨过屏幕上的每隔三个的像素。在本实例中，每个透镜体的横向宽度为一英寸的千分之三十三(0.033)。因此，一个十英寸宽的屏幕要带有三百个(300)垂直定向的透镜元件，这些透镜元件并置在CRT101的表面上。
在本实例中，每个要显示的场景均有四个透视图。就电影而言，电影的每一帧均有四个透视图。当然，这是利用四台摄影机或者是用模拟装置或动画创作而实现的。参照图5所示的横跨CRT表面上的一行像素，第一个透视图的连续像素出现在像素409和417处，并且此后在横跨CRT 101的表面上每隔三个像素均会出现。同一场景的第二个透视图的连续像素出现在像素411和419处，并且此后在横跨显示器表面上每隔三个像素均会出现。与此相似，同一场景的第三和第四透视图分别出现在后续及相应的像素413和421以及415和423处。这样，在本实施中，同一场景的各个透视图均会按不同的方向从显示器中投射出来，从而当相应的透视图像条合并成一个图像时，在诸如各观看者的眼睛位置111、113、115和117之类的任一观看点处都能看到所显示场景的不同透视图。在本实例中，存在有四个透视图，因此能获得三维或立体效果。
利用安装在可截获来自CRT 101的光的位置处的外部检测器103，可以使每个复合图像均与透镜状部件107相对齐。当CRT101上的电子束处于其光线能被透镜体所截获并投射回到检测器130的位置时，该检测器130就会产生一信号。检测器130便会响应所接收到的光从而产生一系列脉冲607，如图6所示。检测器的上述信号被发送至控制电路121。通过一个初始的校准操作预先对控制电路进行校正，以便补偿检测器在位置上的偏移，因此，如观看者所看到的电子束相对透镜状部件107的实际位置可以被测定。
来自控制电路121的输出控制信号提供给四路调制器125(一般地说，它是一个n路的多路调制器，其中，n为视图的数量)，该多路调制器对发送给CRT 101的图像信号进行混合或多路调制，以便如前所述那样以顺序的方式并置四个透视图像条。如图1所示，任何时候所显示的场景的四个透视图中的每一个均存储在相应的顺序帧缓冲器127、129、131和133内。从控制电路121供给多路调制器125的启动信号会选择四个帧缓冲器之一的输出，以便在电子束扫过CRT 101的屏幕时对该电子束进行调制。在本实例中，顺序帧缓冲器的输出将供给CRT 101以便用于观看屏上的每一个像素。多路调制器125起选通装置的作用，以便将适当的帧信息选通给CRT 101。多路调制器125在信号线137上的输出经由放大器139发送给CRT 101以便对CRT 101上的电子束进行调制，从而以与透镜状部件107上的透镜按照光学对齐的方式从帧缓冲器中写出正确的视图。
如图2所示，在信号线231上提供CRT水平同步信号，以便初始化存储计数器219，存储计数器219对在信号线233上产生并提供给该计数器219的子像素脉冲进行计数。举例来说，上述子像素脉冲总是对应于每个像素位置上有五个脉冲。因此，在本实例中，一条扫描线上有六千个像素。此外，第二计数器225对水平同步脉冲进行计数，信号线229上的CRT垂直同步信号对该计数器进行初始化。这些信号表示电子束在CRT 101表面上的位置并且作为地址通过信号线221和227传送给双端口存储器213。双端口存储器向图1的多路调制器125提供控制信号以便控制将哪些帧信息传给CRT 101。处理器211独立地读、写双端口存储器213的存储单元并产生补偿偏移以便校正检测器130在CRT 101前部观看区内的位置偏移。
来自由计数器219和225所限定的地址的数据输出用来通过信号线123去驱动多路调制器125。信号线217上的另一输出与信号线119上的信号相比较，如果这两个信号不匹配，则产生一出错信号，此信号将能触发这样一种锁存操作，即：使得在具有信号线227和223上的信号值的锁存电路207内锁存住计数器219和225的值。处理装置或微处理器211可检测到这些被锁存住的数据。通过在阴极射线管101上显示一个白色图像，可以形成存储器内的对应于信号线217上数据的初始值。可锁住来自检测器130的各脉冲输出的各个存储单元，以便建立起在透过透镜状部件107进行观看到的光脉冲与计数器219和225之间的关系。微处理器211内的软件可计算出信号线123上来自存储器213的数据的实际内容，这些内容对应于不同视图的预定转换点。比较器203监控电子束相对透镜体的校正位置与该电子束在观看过程中的实际位置之间的偏差。在某些应用中，最好在忽略那些能使视差被检测到的快速运动的同时跟踪观看者的慢速运动。这就会使得观看者有一个总是与其位置相对准的中心视图。
这样，依照本发明，业已提供了一种显示系统，它包括：一个CRT，该CRT的屏幕上设置有一个透镜状部件；一个光检测装置，此装置设置在CRT的观看区内；以及控制电路，它们被联接在上述检测器与CRT之间，并且能够按透镜状部件的几何形状来校准多个场景部分在CRT表面上的时序及显示，以便使显示在CRT屏幕上的图像有明显的层次感。
业已连同本文所公开的最佳实施例说明了本发明的设备。尽管本文详细地说明了本发明的一个实施例以及本发明的某些变化形式，但是，本技术领域内的人员可以很容易地作成包括本发明内容的多种其它实施例。因此，本发明并不局限于本文所述的特定形式，相反，本发明涵盖了洽当地包括在下列权利要求所限定的本发明精神和范围内的替代形式、改进形式以及等价形式。
标号表101 阴极射线管(CRT) 207 锁存电路103 荧光层 209 信号线105 荧光屏 211 微处理器107 透镜状部件 213 端口存储器111 观看者的眼睛 215 连接线113 观看者的眼睛 217 信号线115 观看者的眼睛 219 存储计数器117 观看者的眼睛 221 信号线119 信号线 223 信号线121 控制电路 225 存储计数器123 信号线 227 信号线125 多路调制器 229 信号线127 帧缓冲器 231 信号线129 帧缓冲器 233 信号线130 检测装置 401 透镜体131 帧缓冲器 403 透镜体133 帧缓冲器 405 透镜体135 信号线 407 透镜体137 信号线 409 像素139 放大路 411 像素203 比较器 413 像素205 信号线 415 像素417 像素 501 光线419 像素 503 光线421 像素 505 光线423 像素 507 光线425 像素 511 光束427 像素 513 光束429 像素 515 光束431 像素 517 光束433 像素 601 显示信号435 像素 603 水平扫描信号437 像素 605 水平扫描信号439 像素 607 信号脉冲