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一种三次元影像显示的方法

阅读:775发布:2020-05-24

专利汇可以提供一种三次元影像显示的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 为一种三次元影像显示的方法,主要是针对裸眼视三次元影像显示的缺失,尤其是对于利用一般平面显示器屏幕与静态 视差 光栅装置以显示三次元影像时,本发明提出一观赏 位置 即时检测的方法、一观赏位置与视景最佳对位的方法、一动态多视景3D影像合成的方法与一静态视差光栅装置设计的方法,可于最佳可视面上,有效解决鬼影、假立体影像、与 水 平与垂直方向观赏 自由度 不足的问题,达到大幅提高3D影像品质与使用方便性的目的。,下面是一种三次元影像显示的方法专利的具体信息内容。

1.一种三次元影像显示的方法,其特征在于,针对裸眼视三次元影像显示的缺失,通过以下方法与元件的实施,其包括有:
一观赏位置即时检测的方法,是利用一对左、右摄影装置,通过摄影、影像处理,于左、右影像坐标系下,从左、右摄影装置所取出的2D影像中,以检测出左、右眼球或者是瞳孔的中心位置(iL,L、iL,R)、与右眼球或者是瞳孔的中心位置(iR,L、iR,R),再利用一左右影像对应的程序、一三次元坐标转换计算的程序、与一观赏条件最佳化的程序,于屏幕坐标系下,可取得及输出一左眼三次元的位置EL=(XL,YE,Z0)、与右眼三次元的位置ER=(XR,YE,Z0);
一观赏位置与视景最佳对位的方法,是根据该左、右眼三次元位置EL、ER,通过一左右眼的特征坐标计算的程序、一最佳观赏线上最佳视点坐标计算的程序、与一视点与视景对位的程序,以计算取得及输出一横向位移相位Δ;
一动态多视景3D影像合成的方法,是对于一多视景影像,根据该横向位移相位Δ与一多视景3D影像合成的程序,以产生一多视景3D合成影像∑n;
一平面显示器屏幕,是接收与显示该多视景3D合成影像∑n;以及
一静态视差光栅装置,为一静态视景分离装置,对于该多视景3D合成影像∑n,可于最佳观赏距离上,提供一最佳观赏面,并于该最佳观赏面上,提供多个最佳视点,可于该最佳视点处,作视景分离的光学作用,达到分别呈现单一视景影像的目的;上述视差光栅的光学结构,是通过一静态视差光栅装置设计的方法与一观赏自由度最佳化的方法。
2.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该平面显示器屏幕,由一般的液晶屏幕、电浆屏幕、或是OLED屏幕所构成;该屏幕是由N×M个RGB次画素、或是N×M个RGBW次画素所构成,其中,N为构成该显示器屏幕平方向次画素的总数、M则为构成该显示器屏幕垂直方向次画素的总数、R为红色、G为绿色、B为蓝色、W为白色;该单一个次画素具有PH×PV的大小,其中,PH为次画素的水平宽度、PV为次画素的垂直高度。另外,设置一屏幕坐标系XYZ,令该屏幕坐标系的原点,是设置于该屏幕的中心;该屏幕坐标系的X轴,是设置于水平的方向;该屏幕坐标系的Y轴,是设置于垂直的方向;该屏幕坐标系的Z轴,则以垂直于该显示器屏幕的方向设置。
3.根据权利要求2所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该次画素的排列,为RGB为水平条状条状排列、RGB为垂直条状条状排列、RGB为赛克排列、RGB为三状排列、或RGBW为Pentile的排列。
4.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该多视景影像,是由n个单一视景影像Vk所构成,并可根据以下公式表示:
其中,各参数如下定义:
影像中位于(i,j)位置的次画素影像数据;
N~显示器屏幕水平方向次画素的总数;
M~显示器屏幕垂直方向次画素的总数;
j、i~单一个次画素水平与垂直位置的编号,且0≤j≤N-1、0≤i≤M-1;
n~总视景数,且n≥2;
k~视景编号数,且0≤k<n。
5.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该多视景3D影像合成的程序,是对于该多视景影像,通过以下公式,以产生该多视景3D合成影像∑n:
其中,
其中,各参数与函数int、Mod如下定义:
影像中位于(i,j)位置的次画素影像数据
Λ~视景编号数,且Λ<n;
n~总视景数;
m~横向最小显示单元次画素构成的数目;
Q~纵向最小显示单元次画素构成的数目;
Δ~横向位移相位;
∏~横向位移振幅;
j、i~单一个次画素水平与垂直位置的编号,且0≤j≤N-1、0≤i≤M-1;
int~为取整数的函数;
Mod~为取余数的函数。
6.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该多视景3D影像合成的程序,是对于该多视景影像,通过以下公式,以产生该多视景3D合成影像∑n:
其中,
其中,各参数与函数int、Mod如下定义:
影像中位于(i,j)位置的次画素影像数据
Λ~视景编号数,且Λ<n;
n~总视景数;
m~横向最小显示单元次画素构成的数目;
Q~纵向最小显示单元次画素构成的数目;
Δ~横向位移相位;
∏~横向位移振幅;
j、i~单一个次画素水平与垂直位置的编号,且0≤j≤N-1、0≤i≤M-1;
int~为取整数的函数;
Mod~为取余数的函数。
7.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该静态视差光栅装置设计的方法,是根据以下公式,以设计产生其水平方向的基本光学结构:
其中,各参数的定义如下:
BH~透光元件的水平宽度;
遮蔽元件的水平宽度;
LH~水平最佳视点间距;
θ~倾斜条状视差光栅的倾斜角度;
Z0~最佳观赏距离;
LB~倾斜条状视差光栅的装置距离;
PH~次画素的水平宽度;
n~总视景数;
m~横向最小显示单元次画素构成的数目;
Q~纵向最小显示单元次画素构成的数目。
8.根据权利要求7所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该水平最佳视点间距LH与双眼平均间距LE,是具有以下的关系:
LH=LE。
9.根据权利要求7所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该透光元件开口水平宽度BH的最佳化设计,是通过作一透光元件开口水平宽度缩减的处理,以取得一水平容许观赏范围ΔXVF,该水平容许观赏范围ΔXVF与该透光元件开口水平宽度缩减量ΔBH,是具有以下的关系:
ΔXVF=Rx×LH;
其中,
Rx=ΔBH/BH;
其中,各参数的定义如下:
Rx~水平观赏自由度,且0≤Rx≤1;
LH~水平最佳视点间距。
10.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该静态视差光栅装置设计的方法,是根据以下公式,以设计产生其垂直方向的基本光学结构:
其中,各参数的定义如下:
BV~透光元件垂直开口宽度;
LV~垂直最佳视点间距;
Z0~最佳观赏距离;
LB~倾斜条状视差光栅的装置距离;
m~横向最小显示单元次画素构成的数目;
Q~纵向最小显示单元次画素构成的数目;
PV~次画素的垂直高度。
11.根据权利要求10所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该透光元件垂直开口宽度BV与透光元件的水平宽度BH,具有以下的关系:
其中,各参数的定义如下:
Q~纵向最小显示单元次画素构成的数目
PV~次画素的垂直高度;
PH~次画素的水平宽度。
12.根据权利要求10所述的一种三次元影像显示的方法,其特征在于,该垂直最佳视点间距LV与水平最佳视点间距LH,具有以下的关系:
其中,各参数的定义如下:
Q~纵向最小显示单元次画素构成的数目;
PV~次画素的垂直高度;
PH~次画素的水平宽度;
θ~倾斜条状视差光栅的倾斜角度。
13.根据权利要求10所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该透光元件开口垂直宽度BV的最佳化设计,是通过作一透光元件开口垂直宽度缩减的处理,以取得一垂直容许观赏范围ΔYVF,该垂直容许观赏范围ΔYVF与该透光元件开口垂直宽度缩减量ΔBV,是具有以下的关系:
ΔYVF=RY×LV;
其中,
RY=ΔBV/BV;
其中,各参数的定义如下:
RY~垂直观赏自由度,且0≤Rx≤1;
LV~垂直最佳视点间距。
14.根据权利要求13所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该垂直观赏自由度RY与水平观赏自由度Rx,是具有以下的关系:
RY=RX。
15.根据权利要求13所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该垂直容许观赏范围ΔYVF与水平容许观赏范围ΔXVF,具有以下的关系:
16.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该观赏自由度最佳化的方法,是令相邻两容许观赏区间的重叠区域宽度ΔXOL,具有下式的关系:
ΔXOL=(Rx-1/m)×LH>0;
其中,各参数的定义如下:
Rx~水平观赏自由度;
m~横向最小显示单元次画素构成的数目;
LH~水平最佳视点间距。
17.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该静态视差光栅的装置,是由具有垂直条状式视差光栅、倾斜条状式视差光栅、或倾斜格状式视差光栅的结构所构成。
18.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该多个最佳视点的位置,于屏幕坐标系中,是通过Pk,i,j(xc,yc,Z0)表示,并具有下式的关系:
xc=[n×i-(n-1)/2+j-k]×LH;
yc=k×LV;
另外,该多个最佳视点Pk,i,j(xc,yc,Z0),是具水平容许观赏范围ΔXVF与垂直容许观赏范围ΔYVF,可根据光学结构倾斜的特征,延该倾斜角θ做一分布,以构成具有水平方向重复交错排列特征的容许观赏区与鬼影区,该容许观赏区,可通过一中心线Yi,j(x,y)、与两边界线Yi,j+(x,y)、Yi,j-(x,y)以构成,并具有下式的关系:
中心线Yi,j(x,y),如下式表示:
y=f(θ){x-[n×i-(n-1)/2+j]×LH} (3)
右边界线Yi,j+(x,y),如下式表示:
y=f(θ){x-[n×i-(n-1)/2+j+Rx/2]×LH} (4)
左边界线Yi,j-(x,y),如下式表示:
y=f(θ){x-[n×i-(n-1)/2+j-Rx/2]×LH} (5)
其中,对于具右倾斜结构的视差光栅装置,该f(θ)具有下式的关系:
f(θ)=-tanθ;
对于具左倾斜结构的视差光栅装置,该f(θ)则由下式表示:
f(θ)=tanθ;
对于具垂直结构的视差光栅装置,该θ=0、且f(θ)=0,该Yi,j(x,y)、Yi,j+(x,y)、Yi,j-(x,y)则成为垂直线,可分别由下式表示:
x=[n×i-(n-1)/2+j]×LH (6)
x=[n×i-(n-1)/2+j+Rx/2]×LH (7)
x=[n×i-(n-1)/2+j-Rx/2]×LH (8)
+ -
另外,对于式(3)~(5)所描述的该中心线Yi,j(x,y)、边界线Yi,j(x,y)、Yi,j(x,y),当令y=0时,所取得的x值,是如式(6)~(8)所示;亦即,对于具倾斜结构、与垂直结构的视差光栅装置,在z=Z0、y=0的水平线上,是具有相同的视景分离的光学作用;该z=Z0、y=0的水平线,即为最佳观赏线;
另外,对于上述各公式中,其所使用的各参数如下定义:
Z0~最佳观赏距离;
n~总视景数;
i~水平可视区编号;
j~视景数编号;
k~垂直可视区编号;
LH~水平最佳视点间距;
LV~垂直最佳视点间距;
θ~倾斜条状视差光栅的倾斜角度。
19.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该一对左、右摄影装置,是具有相同的光学成像系统,即具有相同焦距f的光学成像透镜、与相同的影像感应器,于该左、右摄影装置上,分别设置一左影像坐标系XLYLZL、一右影像坐标系XRYRZR;令该两影像坐标系的原点,是分别设置于该左、右摄影装置影像感应器的中心,且该两影像坐标系与屏幕坐标系的坐标轴,具有平行的关系,于屏幕坐标系下,令该两影像坐标系的原点坐标,系分别为(-S/2,H,0)、(S/2,H,0),其中,S为该左、右摄影装置光轴间距,H则为装置高度;另外,令ZL、ZR是分别设置于该左、右摄影装置光轴上,亦即,该左、右摄影装置的光轴,是平行于Z轴,该左、右眼球的(或者是瞳孔)中心坐标,是可如下式表示:
于左影像坐标系中,该左眼球(或者是瞳孔)中心的坐标:
iL,L=(xL,L,yL,L,0);
于左影像坐标系中,该右眼球(或者是瞳孔)中心的坐标:
iL,R=(xL,R,yL,R,0);
于右影像坐标系中,左眼球(或者是瞳孔)中心的坐标:
iR,L=(xR,L,yR,L,0);
于右影像坐标系中,右眼球(或者是瞳孔)中心的坐标:
iR,R=(xR,R,yR,R,0);
另外,因该左、右摄影装置具有同样光学特征,可令yL,L=yR,L=yL、且yL,R=yR,R=yR。
20.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该左右影像对应的程序,是指将左、右影像坐标系中的左、右眼球中心坐标、与屏幕坐标系中的左、右眼三次元坐标,作一对应的处理,亦即,左眼位置EL系由iL,L与iR,L所对应;而右眼位置ER则由iL,R与iR,R所对应。
21.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该三次元坐标转换计算的程序,是通过一影像坐标系与屏幕坐标系间的坐标转换,将成像于影像坐标系上的左眼坐标iL,L与iR,L,转换成屏幕坐标系上的三次元坐标EL=(XL,YL,ZL),以及,将右眼坐标iL,R、iR,R,转换成影像坐标系上的三次元坐标ER=(XR,YR,ZR)。
22.根据权利要求21所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该影像坐标系与屏幕坐标系间的坐标转换,是具有以下的关系:
左眼三次元的坐标:
右眼三次元的坐标:
23.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该观赏条件最佳化的程序,主要是由以下最佳的观赏条件所构成:
一观赏距离最佳化的条件,是由下式条件所构成:
|ZL-Z0|<ΔZ0;
|ZR-Z0|<ΔZ0;
其中,ΔZ0为可容许最佳观赏距离的偏差量,亦即,ZL、ZR与Z0的差距,需小于ΔZ0;以及
一正视屏幕最佳化的条件,是由下式条件所构成:
其中, 为可容许水平观赏角度的偏差量、Δρ为可容许倾斜观赏角度的偏差量、为x轴的单位向量,亦即,左右眼需正视屏幕,且水平观赏角度的偏差量,需小于 且倾斜观赏角度的偏差量,需小于Δρ;
因此,上述的条件,更可简化且如下表示:
YL=YR=YE;
ZL=ZR=Z0;
亦即,该观赏条件的最佳化,是规范该观赏者的观赏位置,当该观赏位置可满足:(a)让双眼维持在同样的最佳观赏距离、(b)让双眼保持同样的高度(即保持水平状态)、(c)需让双眼正视屏幕等条件时,即可观赏到具最佳品质的3D影像。
24.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该左、右摄影装置,是以内藏的方式、或者因此外挂的方式,装置于行动电话、数字相机、摄影机、游戏机、平板点脑、笔记型电脑、监视器、电视、3D电视等装置的机壳之上。
25.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该左右眼特征坐标计算的程序,其计算的方法是令具有同样倾斜角度θ的斜线LL、LR,分别通过该左、右眼的位置(XL,YL,ZL)、(XR,YR,ZR),并与X轴分别交会于xL0、xR0,该xL0、xR0具有以下的关系:
对于具右倾斜结构的视差光栅装置,该xL0、xR0是如下计算取得:
xL0=XL+tan(θ)×YL;
xR0=XR+tan(θ)×YR;
对于具左倾斜结构的视差光栅装置,该xL0、xR0是如下计算取得:
xL0=XL-tan(θ)×YL;
xR0=XR-tan(θ)×YR;
对于垂直结构的视差光栅装置,该xL0、xR0是如下计算取得:
xL0=XL;
xR0=XR。
26.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该最佳观赏线上最佳视点坐标计算的程序,是通过以下的公式,以计算该最佳视点的坐标x(i,j,Δ):
x(i,j,Δ)=[n×i-(n-1)/2+j-Δ/m]×LH;
其中,各参数如下定义:
n~总视景数;
m~横向最小显示单元次画素构成的数目;
i~水平可视区编号;
j~视景数编号;
Δ~横向位移相位;
LH~水平最佳视点间距。
27.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该视点与视景对位的程序,当以左眼位置为基准时,系由以下步骤所构成:
步骤一、确认左右眼的位置(XL,YE,Z0)、(XR,YE,Z0),是否存在于最佳可视面的范围内。
如果,满足下式的关系,则跳至步骤二;若不满足下式的关系,则宣告观赏位置偏离最佳可视面范围,跳至步骤五;
|XL |≤xmax;
|XR |≤xmax;
|YE |≤ymax;
步骤二、设定起始值,如下式:
i=-imax;
j=0;
步骤三、计算x(i,j,Δ);
步骤四、比对xL0与x(i,j,Δ),如下式:
|xL0-x(i,j,Δ)|≤LH/2m (9)
情况1:若找到一组(i,j,Δ)参数,符合式(9)的关系,则将Δ代入式(1)、或(2)、并宣告3D眼睛追踪成功,跳至步骤五;
情况2:若找不到一组(i,j,Δ)参数,符合式(9)的关系,则令
j=j+2;
若j<n(即j未超出i可视区),则跳至步骤三;
若j≥n(即j已超出i可视区),则令
i=i+1;
j=0;
若i≤imax,跳至步骤三;
若i>imax,宣告观赏位置偏离最佳可视面围,跳至步骤五;
步骤五、结束比对
其中,各参数的定义如下:
xmax、ymax~该最佳可视面的范围;
imax~最佳可视面所对应的最大水平可视区编号;
i~水平可视区编号;
j~视景数编号;
n~总视景数;
m~横向最小显示单元次画素构成的数目;
Δ~横向位移相位;
LH~水平最佳视点间距。
28.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其中该视点与视景对位的程序,当以右眼位置为基准时,是由以下步骤所构成:
步骤一、确认左右眼的位置(XL,YE,Z0)、(XR,YE,Z0),是否存在于最佳可视面的范围内。
如果,满足下式的关系,则跳至步骤二;若不满足下式的关系,则宣告观赏位置偏离最佳可视面范围,跳至步骤五;
|XL|≤xmax;
|XR|≤xmax;
|YE|≤ymax;
步骤二、设定起始值,如下式:
i=-imax;
j=1;
步骤三、计算x(i,j,Δ);
步骤四、比对xR0与x(i,j,Δ),如下式:
|xR0-x(i,j,Δ)|≤LH/2m (10)
情况1:若找到一组(i,j,Δ)参数,符合式(10)的关系,则将Δ代入式(1)、或(2)、并宣告3D眼睛追踪成功,跳至步骤五;
情况2:若找不到一组(i,j,Δ)参数,符合式(4)的关系,则令
j=j+2;
若j<n(即j未超出i可视区),则跳至步骤三;
若j≥n(即j已超出i可视区),则令
i=i+1;
j=1;
若i≤imax,跳至步骤三;
若i>imax,宣告观赏位置偏离最佳可视面围,跳至步骤五;
步骤五、结束比对
其中,各参数的定义如下:
xmax、ymax~该最佳可视面的范围;
imax~最佳可视面所对应的最大水平可视区编号;
i~水平可视区编号;
j~视景数编号;
n~总视景数;
m~横向最小显示单元次画素构成的数目;
Δ~横向位移相位;
LH~水平最佳视点间距。
29.根据权利要求1所述的三次元影像显示的方法,其特征在于,该最佳可视面系指于该最佳观赏面上存在一面积为有限的可视面,于该面上只存在数量为有限的多个最佳视点,该多个最佳视点,是对于左右眼,各自提供一具有低鬼影、与影像亮度接近的单一视景影像,该有限数量的最佳视点所构成的面,即为最佳可视面,对于存在于该最佳可视面上的任一位置,其x,y的坐标值,是具有以下的关系:
-xmax≤x≤xmax;
-ymax≤y≤ymax;
其中,xmax、ymax即规范该最佳可视面的范围;另外,是于最佳观赏面上,通过对3D影像作实际cross-talk与亮度的量测,可取得该xmax、ymax的值;根据该xmax、ymax,亦可如下式,以计算取得一水平可视角ΩH、与一垂直可视角ΩV:
-1
ΩH=2×tan (xmax/Z0);
-1
ΩV=2×tan (ymax/Z0);
其中,Z0为最佳观赏距离;该xmax、ymax的值,亦可各自对应一imax、kmax,使得存在于最佳可视面上的最佳可视点Pk,i,j,该Pk,i,j中的水平可视区编号i、垂直可视区编号k,是可具有以下的关系:
|i|≤imax;
|k|≤kmax;
其中,xmax、ymax与imax、kmax、系具有以下的关系:
xmax=imax×n×LE;
ymax=kmax×LV。

说明书全文

一种三次元影像显示的方法

技术领域

[0001] 本发明为一种三次元影像显示的方法,主要是针对裸眼视三次元影像显示的缺失,尤其是对于利用一般平面显示器屏幕与静态视差光栅装置以显示三次元影像时,本发明提出一观赏位置即时检测的方法、一观赏位置与视景最佳对位的方法、一动态多视景3D影像合成的方法与一静态视差光栅装置设计的方法,可于最佳可视面上,有效解决鬼影、假立体影像、与平与垂直方向观赏自由度不足的问题,达到大幅提高3D影像品质与使用方便性的目的。

背景技术

[0002] 如中国台湾专利申请案号:100114446专利所揭示的一种多视景三次元影像显示的方法(Method of Displaying Multi-View 3D Image),针对多视景裸眼式三次元影像的显示,主要是提出一多视景3D影像合成的方法、与一倾斜条状视差光栅(Slantwise Strip Parallax Barrier)最佳化的设计,可于最佳观赏距离上,提供多个位置为固定的最佳视点,并于该最佳视点处,达到分别呈现单一视景影像的目的。由于该倾斜条状视差光栅为一固定的结构(以下统称”静态视差光栅装置”)、且该多视景3D影像合成的方法,为一固定的合成程序(以下统称”静态多视景3D影像合成方法”),于该单一的最佳视点上,仅能呈现单一且为固定的视景影像。虽然,通过缩减透光元件的开口宽度,可达到增加水平观赏自由度的目的。但是,缩减开口宽度除造成影像亮度下降的外,由于所增加的水平观赏自由度为有限,并不足以应付较大幅度的观赏位置的变化。亦即,于水平方向上,当观赏者的观赏位置,偏离最佳视点、且超出该水平容许观赏范围时,观赏者会观看到鬼影(Ghost Image)、或者是左右影像颠倒的假立体影像(Pseudo Stereoscopic Image),最终造成使用方便性的严重不足。另外,对于存在同样现象的垂直观赏自由度,却无任何探讨与改善。

发明内容

[0003] 对于上述现有技艺的缺失,尤其是对于利用一静态视差光栅装置与一静态多视景3D影像合成方法,以呈现三次元影像的缺失,本发明主要提出一静态视差光栅装置设计的方法、一动态多视景3D影像合成的方法,并配合一观赏位置即时检测方法、与一观赏位置与视景最佳对位的方法,可于最佳可视面上,有效解决鬼影、假立体影像、与水平与垂直方向观赏自由度不足的问题,达到大幅提高3D影像品质与使用方便性的目的。
[0004] 为了上述目的,本发明提供一种三次元影像显示的方法,针对裸眼视三次元影像显示的缺失,通过以下方法与元件的实施,其包括有:
[0005] 一观赏位置即时检测的方法,是利用一对左、右摄影装置,通过摄影、影像处理,于左、右影像坐标系下,从左、右摄影装置所取出的2D影像中,以检测出左、右眼球或者是瞳孔的中心位置(iL,L、iL,R)、与右眼球或者是瞳孔的中心位置(iR,L、iR,R),再利用一左右影像对应的程序、一三次元坐标转换计算的程序、与一观赏条件最佳化的程序,于屏幕坐标系下,可取得及输出一左眼三次元的位置EL=(XL,YE,Z0)、与右眼三次元的位置ER=(XR,YE,Z0);
[0006] 一观赏位置与视景最佳对位的方法,是根据该左、右眼三次元位置EL、ER,通过一左右眼的特征坐标计算的程序、一最佳观赏线上最佳视点坐标计算的程序、与一视点与视景对位的程序,以计算取得及输出一横向位移相位Δ;
[0007] 一动态多视景3D影像合成的方法,是对于一多视景影像,根据该横向位移相位Δ与一多视景3D影像合成的程序,以产生一多视景3D合成影像∑n;
[0008] 一平面显示器屏幕,是接收与显示该多视景3D合成影像∑n;以及
[0009] 一静态视差光栅装置,为一静态视景分离装置,对于该多视景3D合成影像∑n,可于最佳观赏距离上,提供一最佳观赏面,并于该最佳观赏面上,提供多个最佳视点,可于该最佳视点处,作视景分离的光学作用,达到分别呈现单一视景影像的目的;上述视差光栅的光学结构,是通过一静态视差光栅装置设计的方法与一观赏自由度最佳化的方法。附图说明
[0010] 图1所示是一般R、G、B次画素为水平条状排列平面显示器屏幕的示意图;
[0011] 图2~9所示是各种具右倾斜特征的多视景3D合成影像;
[0012] 图10所示是不具倾特征的多视景3D合成影像;
[0013] 图11所示是具左倾斜特征的多视景3D合成影像;
[0014] 图12所示是双视景用倾斜条状视差光栅结构的示意图;
[0015] 图13所示是最佳观赏面上最佳视点分布的示意图;
[0016] 图14所示是双视景3D合成影像显示原理的示意图;
[0017] 图15所示是n=2、m=3、且k=0时,最佳视点Pk,i,j(xc,yc,Z0)中i、j定义的示意图;
[0018] 图16所示是n=2、m=3、且k=0时,各水平最佳视点的坐标;
[0019] 图17所示是n=4、m=3、且k=0时,最佳视点Pk,i,j(xc,yc,Z0)中i、j定义的示意图;
[0020] 图18所示是n=4、m=3、且k=0时,各水平最佳视点的坐标;
[0021] 图19所示是ΔBH=BH/2时,ΔBH与ΔXVF关系的示意图;
[0022] 图20所示是ΔBH=2BH/3时,ΔBH与ΔXVF关系的示意图;
[0023] 图21~26所示是由各种多视景3D合成影像的示意图;
[0024] 图27所示是双视景用倾斜条状视差光栅垂直方向光学作用的示意图;
[0025] 图28所示是ΔBV=BV/2时,ΔBV与ΔYVF关系的示意图;
[0026] 图29所示是ΔBV=2BV/3时,ΔBV与ΔYVF关系的示意图;
[0027] 图30所示是具水平与垂直容许观赏范围特征的最佳视点的示意图
[0028] 图31所示是具倾斜θ分布特征的容许观赏范围与鬼影区的示意图;
[0029] 图32~37所示是各种具不同Δ值的双视景3D合成影像的示意图;
[0030] 图38~43所示是Δ与Pk,i,j(xc,yc,Z0)关系的示意图;
[0031] 图44所示是Δ=0时,中心线、边界线位置的示意图;
[0032] 图45所示是Δ=1时,中心线、边界线位置改变的示意图;
[0033] 图46所示是Δ=0与Δ=1的中心线、边界线位置做重叠处理的示意图;
[0034] 图47~48所示是立体摄影构成与装置位置坐标的示意图;
[0035] 图49A、49B所示是立体摄影装置的示意图;
[0036] 图50~52所示是最佳观赏条件设定的示意图;
[0037] 图53所示是Δ=0、1、2时Yi,j,Δ(x,y)的示意图;
[0038] 图54所示是Δ=0、-1、-2时Yi,j,Δ(x,y)的示意图;
[0039] 图55A、55B所示是Δ=0、1、2与Δ=-0、-1、-2时,计算取得Yi,j,Δ(x,y)与X轴交点坐标值x(i,j,Δ)的图表;
[0040] 图56A、56B、56C所示是于|Δ|≤m的条件下,主最佳视点x(i=0,j=0,Δ=0)位置变化的图表;
[0041] 图57所示是通过该左右眼位置(xL,yL,zL)、(xR,yR,zR)的斜线LL、LR的示意图;
[0042] 图58所示是最佳可视面构成的示意图;
[0043] 图59所示是最佳可视面所对应最大水平可视区编号的示意图;
[0044] 图60所示是最佳可视面所对应最大垂直可视区编号的示意图;
[0045] 图61所示是对于双视景显示(n=2、m=3)、且于i=0、j=0的可视区为条件,x(i,j,Δ)构成的示意图;
[0046] 图62所示是对于四视景显示(n=4、m=3)、且于i=0、j=0、与i=1、j=0的可视区为条件,x(i,j,Δ)构成的示意图;
[0047] 图63所示是对于四视景显示(n=4、m=3)、且于i=0、j=2的可视区为条件,x(i,j,Δ)构成的示意图;
[0048] 图64所示是本发明实施例的示意图。
[0049] 附图标记说明:1~平面显示器屏幕;2~各次画素间的黑色间隔;3~裸眼视三次元影像显示器屏幕;10~左眼;11~右眼;20~左摄影装置;21~右摄影装置;23~立体摄影装置;24~平面显示器屏幕框架;310~双视景用倾斜条状视差光栅;311~倾斜条状透光元件;312~倾斜条状遮蔽元件;321~水平容许观赏范围;322、323~水平鬼影区;331~垂直容许观赏范围;332~垂直鬼影区;341~倾斜带状的容许观赏范围;342~倾斜带状的鬼影区;345~容许观赏区重叠的区域;350~最佳可视面;400~本发明的实施例;
410~观赏位置即时检测方法;412~一对左、右摄影装置;414~左右影像对应的程序;
416~三次元坐标转换计算的程序;418~观赏条件最佳化的程序;420~观赏位置与视景最佳对位的方法;422~左右眼的特征坐标计算的程序;424~最佳观赏线上最佳视点坐标计算的程序;426~视点与视景对位的程序;430~动态多视景3D影像合成的方法;432~多视景影像;434~多视景3D影像合成的程序;440~平面显示器屏幕;450~静态视差光栅装置;452~静态视差光栅装置设计的方法;454~观赏自由度最佳化的方法;XYZ~屏幕坐标系;X、Y、Z~坐标轴方向; 轴的单位向量;R~红色;G~绿色;B~蓝色;W~白色;N~显示器屏幕水平方向次画素的总数;M~显示器屏幕垂直方向次画素的总数;j、i~单一个次画素的水平与垂直位置编号;PH~次画素的水平宽度;PV~次画素的垂直高度;H×V~单一个次画素有效发光尺寸;Vk~单一视景影像;k、Λ、0、1、2、3~视景编号数;
影像中位于(i,j)位置的次画素影像数据;∑n~多视景3D合成影像;∑n(t)~
以时间为变数的多视景3D合成影像;n~总视景数;m~横向最小显示单元次画素构成的数目;Q~纵向最小显示单元次画素构成的数目;Δ~横向位移相位;Δ(t)~以时间为变数的横向位移相位;t~时间;∏~横向位移振幅;int系~取整数的函数;Mod~取余数的函数;BH~透光元件的水平宽度; 遮蔽元件的水平宽度;ΔBH~透光元件开口水平宽度的缩减量;BV~透光元件垂直开口宽度;ΔBV~透光元件开口垂直宽度的缩减量;
ΔXVF~水平容许观赏范围;ΔYVF~垂直容许观赏范围;Rx~水平观赏自由度;RY~垂直观赏自由度;θ~倾斜条状视差光栅的倾斜角度;Z0~最佳观赏距离;LB~倾斜条状视差光栅的装置距离;Pk,i,j(xc,yc,Z0)~最佳视点、主最佳视点;P’k,i,j(x’c,yc,Z0)~移动后的最佳视点、次最佳视点;P0,-1,1、P0,0,0、P0,0,1、P0,1,0~最佳视点的位置;xc~最佳视点的x坐标;yc~最佳视点的y坐标;Δxc~最佳视点可调变间距;Δxc0~最佳视点可调变最小间距;ΔXOL~容许观赏区重叠区域的宽度;i~水平可视区编号;j~视景数编号;k~垂直可视区编号;LH~水平最佳视点间距;LV~垂直最佳视点间距; 左影像;①~右影像;HPk,+ -
i,j(xc+ΔxH,yc,Z0)~水平容许观赏范围右端点的位置;HPk,i,j(xc-ΔxH,yc,Z0)~水平容许+
观赏范围左端点的位置;ΔxH~半水平容许观赏范围;VPk,i,j(xc,yc+Δyv,Zo)~垂直容许观-
赏范围右端点的位置;VPk,i,j(xc,yc-Δyv,Z0)~垂直容许观赏范围左端点的位置;Δyv~半垂直容许观赏范围;Yi,j(x,y)、Yi,j,Δ=0(x,y)~主中心线;Y’i,j(x,y)、Yi,j,Δ≠0(x,y)~次中心线;f~左、右摄影机的焦距;S~左、右摄影机光轴间距;H~左、右摄影机装置高度;
XLYLZL~左影像坐标系;XRYRZR~右影像坐标系;P(XP,YP,ZP)~物点坐标;IL(xL,yL,0)~物点左成像位置;IR(xR,yR,0)~物点右成像位置EL=(XL,YL,ZL)~XYZ坐标系中左眼的坐标ER=(XR,YR,ZR)~XYZ坐标系中右眼的坐标;iL,L=(XL,L,YL,L,0)~XLYLZL坐标系中左眼球中心的坐标;iL,R=(XL,R,YL,R,0)~XLYLZL坐标系中右眼球中心的坐标;iR,L=(XR,L,YR,L,0)~XRYRZR坐标系中左眼球中心的坐标;iR,R=(xR,R,yR,R,0)~XRYRZR坐标系中右眼球中心的坐标;ΔZ0~可容许最佳观赏距离的偏差量; 可容许水平观赏角度的偏差量;
Δρ~可容许倾斜观赏角度的偏差量;YE~最佳观赏条件下,左右眼的Y轴坐标;x(i,j,Δ=0)~主最佳视点;x(i,j,Δ≠0)~次最佳视点;LL、LR~通过左右眼位置的斜线;xL0、xRO~LL、LR与X轴交会点的坐标;Xmax、Ymax~最佳可视面的范围;ΩH~水平可视角;ΩV~垂直可视角;imax~最佳可视面所对应的最大水平可视区编号;kmax~最佳可视面所对应的最大垂直可视区编号。

具体实施方式

[0050] 1.静态视差光栅装置设计的方法
[0051] 如图1所示,是一般R、G、B次画素为水平条状排列(Horizontal StripConfiguration)平面显示器屏幕的示意图。该平面显示器屏幕1,可为一般的液晶屏幕、电浆屏幕、或是OLED屏幕,由N×M个R、G、B次画素所构成,并具有水平条状排列的特征。
其中,N为构成该显示器屏幕水平方向(x轴)次画素的总数、M则为构成该显示器屏幕
垂直方向(Y轴)次画素的总数;j、i则各为单一个次画素水平与垂直位置的编号,其中,
0≤j≤N-1;0≤i≤M-1。该单一个次画素具有PH×PV的大小,其中,PH为次画素的水平宽度、PV为次画素的垂直高度。扣除各次画素间的黑色间隔2(通常由不发光材料所构成并呈黑色,例如液晶显示面板上,是由黑色光阻所构成,并称为Black Matrix),该单一个次画素有效发光尺寸则为H×V。所谓水平条状排列,是指对于任意一条水平扫描线上,该R、G、B次画素是沿水平方向、且依R、G、B的排列次序,以构成一具颜色分布的条状结构物;而于垂直方向,则由同一颜色的次画素,以构成一单色的条状结构物。为了后文的图示说明,定义一坐标系XYZ,令该坐标系的X轴是设置于水平的方向、Y轴是设置于垂直的方向、Z轴则以垂直于该显示器屏幕1的方向设置,且该三轴的方向遵守右手定则(Right-hand rule)。
另外,该坐标系XYZ的原点,是可设置于该屏幕的中心。以下,该坐标系XYZ,简称为屏幕坐标系。
[0052] 当使用R、G、B次画素为水平条状排列的平面显示器以显示三次元影像时,根据前述的专利,对于任一多视景影像,是可由n(令n≥2)个单一视景影像Vk所构成。因此,n即为总视景数。另外,可如下定义该单一视景影像Vk:
[0053]
[0054] 其中,M、N、i、j如前述的定义,k为视景编号数,且0≤k<n; 为该单一视景影像Vk中,位于(i,j)位置的次画素影像数据。另外,对于利用R、G、B次画素为垂直条状排列(Vertical Strip Configuration)、赛克排列(Mosaic Configuration)、或三角状排列(Delta Configuration)的显示器屏幕(无图示)以显示多视景影像时,式(1)亦可适用,请参阅中国台湾专利申请案号:099127429、099134699。当然,对于为了省电目的所发展出来的Pentile排列(无图示,具有RGBW,其中W为白色),亦可通过式(1),以定义该单一视景影像Vk。本发明中,只以水平条状排列的显示器屏幕为例,说明本发明的功效,因此,不再重复赘述。该多视景3D合成影像∑n,是可通过以下公式的运算以产生:
[0055]
[0056] 其中,Λ为视景编号数,是由以下公式的运算以产生:
[0057]
[0058] 其中,Λ<n;n为总视景数;m为横向最小显示单元次画素构成的数目;Q为纵向最小显示单元次画素构成的数目;Δ为横向位移相位;∏为横向位移振幅。另外,int为取整数的函数,Mod则为取余数的函数。所谓横向、纵向最小显示单元,是指通过视差光栅单一透光元件的开口,所能观看到视景影像的最小单元。另外,对于利用R、G、B次画素为马赛克排列、三角状排列、或Pentile排列的显示器屏幕(无图示),以显示多视景影像时,式(3)亦可适用,请参阅中国台湾专利申请案号:099127429、099134699。本发明中,只以水平条状排列的显示器屏幕为例,说明本发明的功效,因此,不再重复赘述。当然,根据式(3)所取得的多视景3D合成影像∑n,是具有右倾斜的特征。对于具有左倾斜特征的影像合成,则可如下式表示(请参该099127429、099134699专利):
[0059]
[0060] 如图2~图9所示,系根据式(3)、且在各种不同参数下,所产生具右倾斜特征的多视景3D合成影像∑n。图上所示的0、1、2、3即为视景编号数。对式(3)代入特殊的参数,如图10所示,亦可产生一不具倾特征的多视景3D合成影像∑n。另外,根据式(4),可产生具左倾斜特征的多视景3D合成影像∑n,如图11所示。以下,为了简化图示与说明本发明的功效,首先,主要以n=2、m=3、Q=1、Δ=0、∏=1所构成的具右倾斜特征双视景3D合成影像(图4)为例,说明倾斜条状视差光栅的结构、视景分离作用、最佳视点空间分布、与水平与垂直允许观赏范围与自由度。
[0061] 如图12所示,是双视景用倾斜条状视差光栅结构的示意图。该双视景用倾斜条状视差光栅310,主要是由多个倾斜条状透光元件311、与多个倾斜条状遮蔽元件312所构成,并具有水平方向重复交错排列的特征。。该透光元件311、遮蔽元件312,分别具有BH、 的水平宽度,并具有一倾斜角度θ。于屏幕坐标系下,对于该双视景3D合成影像∑n(图4),该双视景倾斜条状视差光栅310,系可将该3D合成影像∑n,作视景分离的光学作用,且于最佳观赏距离(Optimum Viewing Distance)Z0上,提供多个位置为固定的最佳视点(Optimum Viewing Point),并于该最佳视点处,作视景分离的光学作用,达到分别呈现单一视景影像的目的。该多个最佳视点的位置,是可由Pk,i,j(xc,yc,Z0)所定义,如图13所示。其中,xc、yc可如下表示:
[0062] xc=[n×i-(n-1)/2+j-k]×LH (5-1)
[0063] yc=k×LV (5-2)
[0064] 其中,n为总视景数、i为水平可视区编号、j为视景数编号、k为垂直可视区编号、LH为水平最佳视点间距(Horizontal Interval Between Two Optimum Viewing Points)、LV为垂直最佳视点间距(Vertical Interval Between Two Optimum Viewing Points)。对于i、j、k、LH、LV等参数,如下文的说明。另外,对于所有Pk,i,j(xc,yc,Z0)所存在的面,即Z=Z0的面,称为”最佳观赏面(Optimum Viewing Plane)”。
[0065] 首先,说明位于yc=0(即k=0)水平线上的最佳视点P0,i,j(xc,yc,Z0)产生的原理。
[0066] 如图14所示,是双视景3D合成影像显示原理的示意图。对于显示于该平面显示器屏幕1上的双视景3D合成影像(即由 ①所构成的影像。其中,令 为左影像、①为右影像),该双视景用倾斜条状视差光栅310,系可于最佳观赏距离Z0、且于水平方向上的多数最佳视点P0,-1,1、P0,0,0、P0,0,1、P0,1,0处(该各最佳视点间的水平距离,即构成水平最佳视点间距LH),将该双视景3D合成影像,分别分离成①、 ①、等单一视景影像。为了在Z0处达到上述视景分离的功效,该构成双视景用倾斜条状视差光栅310的BH、 LH、θ,必须如下式设计:
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071] 且必须将由式(6)~式(9)所构成的倾斜条状视差光栅310装置在Z=LB处。该Z0与LB的关系,如下式:
[0072]
[0073] 另外,式(6)、(8)亦可如下表示:
[0074]
[0075]
[0076] 上述式(6)~式(12),亦适用于垂直条状式视差光栅、倾斜格状式视差光栅、垂直柱状透镜阵列、倾斜柱状透镜阵列、与倾斜格状微柱状透镜阵列的设计(请参阅中国台湾专利申请案号:098128986、099107311、099108528、099127429、099128602、099134699)。对于上述各种视差光栅、柱状透镜阵列等视景分离装置,因具有一不可变光学结构的特征(如视差光栅透光元件的宽度与装置的位置)的视景分离装置,通称为”静态视景分离装置”。当然,上述有关于水平方向视差光栅光学结构的设计,式(6)~式(12),以及,垂直方向视差光栅光学结构的设计(如后文所述),亦适用于中国台湾专利申请案号:098145946中所开示的动态液晶视差光栅的设计。
[0077] 另外,对于如图14所示的原理图示,式(6)~式(9)中,系令n=2、m=3、Q=1。一般,于视差光栅的设计上,会令该水平最佳视点间距LH,是等于双眼平均间距(Iinterpupillary Distance,简称IPD)LE,亦即,可令:
[0078] LH=LE (13)
[0079] 以下,亦可以LE代表水平最佳视点间距LH。因此,只要观赏者将其左右眼10、11分别置放于适当处,如(P0,0,0、P0,0,1),即可观赏到无鬼影的3D影像,该2个最佳视点P0,0,0、P0,0,1,是构成一组可视区(Viewing Zone)。因此,根据图14所示的基本原理,可更进一步说明最佳视点Pk,i,j(xc,yc,Z0)中i、j的定义。
[0080] 如图15所示,i为可视区的编号(Zone Number),为一整数;j为视景的编号(View Number),为一包含零的正整数、且j<n。当i=0时,为正对屏幕正中心位置的可视区、i>0为分布在屏幕右边位置的可视区、i<0则分布在屏幕左边位置的可视区;当n=2时,j=0时为左影像、j=1为右影像。因此,根据式(5-1)、k=0,可计算取得i=0、i=±1、i=±2、i=±3等各可视区中,各水平最佳视点的坐标xc,如图16所示。其中,
xc的长度系以LE为单位表示的。另外,如图17~图18所示,是n=4,i=0、i=±1等
各可视区中,各水平最佳视点的位置与坐标的示意图。其中,j=0代表最左的影像,j=3代表最右的影像。当左、右眼10、11的观看位置,系分别对准于同一可视区内相邻的最佳视点时,系可观赏到正确的三次元影像;若所对准的最佳视点,是属于不同可视区内的最佳视点时,则观看到假立体的三次元影像。
[0081] 以下,说明透光元件开口水平宽度的缩减与水平观赏自由度(HorizontalViewing Freedom)的关系。根据中国台湾专利申请案号:098128986、099107311中所揭露的视差光栅水平开口元件最佳化的方法,亦即利用适当缩减开口宽度的方法,可达到解决水平方向上直接性鬼影的现象、并增加水平观赏自由度(Degree of Horizontal Viewing Freedom)的目的。
[0082] 根据中国台湾专利申请案号:099107311,水平容许观赏范围(AllowableHorizontal Viewing Range)ΔXVF、与透光元件开口水平宽度的缩减量ΔBH的关系,系由下式所定义:
[0083]
[0084] 其中,BH、LE如前述的定义。另外,定义水平观赏自由度Rx,如下式:
[0085] Rx=ΔBH/BH (15)
[0086] 因0≤ΔBH≤BH,所以,0≤Rx≤1。另外,将式(14)代入式(15),可得
[0087] ΔXVF=Rx×LE (16)
[0088] 如图19所示,系透光元件开口水平宽度的缩减量ΔBH=BH/2时,水平容许观赏范围ΔXVF的示意图。当ΔBH=BH/2时,可得Rx=0.5、ΔXVF=0.5LE。如图20所示,当ΔBH=2BH/3时,可得ΔRx=2/3、XVF=2LE/3。所谓”水平容许观赏范围”,系指在最佳视点处,当于水平方向改变观赏位置时,于不发生鬼影的条件下,所允许最大水平移动的范围。而”水平观赏自由度”,即相对于双眼平均间距LE,定义一介于0与1的数值,以评估水平观赏方便性的程度。亦即,该Rx值愈大,可得愈大水平容许观赏范围,亦即愈方便观赏。另外,为了更精确描述该水平容许观赏范围的位置,对于任一水平最佳视点Pk,i,j,再定义HPk,i,j+(xc+ΔxH,yc,Z0)、HPk,i,j-(xc-ΔxH,yc,Z0)等两位置,以描述该水平容许观赏范围两端点的位置。令ΔxH为半水平容许观赏范围,且ΔxH可如下式表示:
[0089] ΔxH=ΔXVF/2=Rx×LE/2 (17)
[0090] 因此,如图19、图20所示,该水平容许观赏范围321(亦即,水平无鬼影区),系可由下式所定义:
[0091] HPk,i,j-≤x≤HPk,i,j+ (18)
[0092] 对于存在于同一可视区内的水平鬼影区322,系可由下式所定义:
[0093] HPk,i,j+<x<HPk,i,j+1- (19)
[0094] 其中,0≤j≤n-2;对于存在于相邻可视区内的水平鬼影区323,则可由下式所定义:
[0095] HPk,i-1,n-1+<x<HPk,i,0- (20)
[0096] 综上所述,由于该倾斜条状视差光栅(含所有静态视景分离装置),为一固定的结构、且所利用的该静态多视景3D影像合成方法,是在屏幕上的固定位置,以产生及显示该多视景3D合成影像。因此,当观赏者双眼的位置,偏离最佳视点、且超出该水平容许观赏范围321时,观赏者会观看到鬼影、甚至是观看到左右影像颠倒的假立体影像,以致造成观赏不便(无法大幅度水平移动头部)、3D影像品质低下等问题,最终产生头昏的现象(鬼影严重、或观看到假立体影像时,人脑无法将左右影像,合成为一立体影像)。
[0097] 以下,说明垂直方向的光学作用。对于式(5-1)、(5-2)中,当yc≠0(即k≠0)时,如图13所示,该最佳视点Pk≠0,i,j(xc,yc,Z0)的分布位置,亦如yc=0(即k=0)时,Pk=0,i,j(xc,yc,Z0)的分布位置。事实上,于垂直方向上最佳视点Pk≠0,i,j(xc,yc,Z0)的分布位置,是将所有Pk=0,i,j(xc,yc,Z0),延倾斜角度θ做一斜线的位移。当该斜线位移量的水平分量,是等于一个LH(=LE)时,该斜线位移量的垂直分量系为LV。因此,对于位于起始观赏位置的观赏者而言,如观赏者的左眼是位于Pk=0,i=0,j=0(xc=-0.5LE,yc=0,Z0),当该观赏者延垂直方向改变观赏位置、且位置移动量达一个+LV时,该观赏者左眼的位置是变成为Pk=1,i=0,j=1(xc=-0.5LE,yc=LV,Z0)。亦即,于垂直方向改变观赏位置时,因垂直方向亦有视景分离的功效,即每隔一垂直最佳视点间距LV距离,就会观看到不同的单一视景。因此,对于具倾斜结构的视景分离装置,其最佳视点Pk,i,j的分布,对于亦具有同样倾斜的特征。
[0098] 以下,说明垂直方向视景分离的光学作用、透光元件开口垂直宽度的缩减、与垂直观赏自由度(Vertical Viewing Freedom)的关系。
[0099] 由于视景分离装置,具有水平与垂直方向视景分离的光学作用,对于式(3)、(4)所产生的多视景3D合成影像∑n,该视景分离装置的作用,是对该3D合成影像中,于水平与垂直方向皆具周期分布的单一视景影像,做视景分离的作用。如图21~26所示,是由各种不同参数所构成的多视景3D合成影像∑n。该影像∑n中,各单一视景影像具有水平与垂直周期分布的特征,其中,该任一次画素上所显示的数字(0、1、2、3),是代表单一视景影像的编号数。因此,在多视景3D合成影像∑n上,该任一单一视景的影像,于水平方向上,是以m×n个次画素为单位,做一周期性的排列;而于垂直方向上,则以是以m×Q×n个次画素为单位,做一周期性的排列。当然,垂直方向的光学作用,亦遵守前述水平方向光学公式所规范的光学行为。因此,透光元件垂直开口宽度BV、垂直最佳视点间距LV,是可由下式计算取得:
[0100]
[0101]
[0102] 令式(21)除以式(11),可得BV与BH的关系,如下:
[0103]
[0104] 令式(22)除以式(8),可得LV与LE的关系,如下:
[0105]
[0106] 将式(9)带入式(24),可得
[0107]
[0108] 如图27所示,是双视景用倾斜条状视差光栅垂直方向光学作用的示意图。对于垂直容许观赏范围与自由度的解析,如图28所示,是透光元件开口垂直宽度的缩减量ΔBV=BV/2时,垂直容许观赏范围(Allowable Vertical Viewing Range)ΔYVF的示意图。如图29所示,是透光元件开口垂直宽度的缩减量ΔBV=2BV/3时,垂直容许观赏范围ΔYVF的示意图。如前述,该垂直容许观赏范围ΔYVF、与透光元件开口垂直宽度的缩减量ΔBV的关系,系由下式所定义:
[0109]
[0110] 其中,BV、LV如前述的定义。另外,定义垂直观赏自由度RY,如下式:
[0111] RY=ΔBV/BV (27)
[0112] 因0≤ΔBV≤BV,所以,0≤RY≤1。另外,将式(27)代入式(26),可得
[0113] ΔYVF=RY×LV (28)
[0114] 另外,式(16)除以式(28),可得
[0115]
[0116] 可令Rx=RY,且将式(25)代入式(29),可得
[0117]
[0118] 同样地,为了更精确描述该垂直容许观赏范围的位置,对于任一水平最佳视点Pk,+ -i,j,再定义VPk,i,j(xc,yc+ΔyV,Z0)、VPk,i,j(xc,yc-ΔyV,Z0)等两位置,以描述该垂直容许观赏范围两端点的位置。其中,令ΔyV为半垂直容许观赏范围,且ΔyV可如下式表示:
[0119] ΔyV=ΔYVF/2=RY×LV/2 (31)
[0120] 因此,如图28、图29所示,该垂直容许观赏范围331(亦即,垂直无鬼影区),是可由下式所定义:
[0121] VPk,i,j-≤y≤VPk,i,j+ (32)
[0122] 而垂直鬼影区332,则可由下式所定义:
[0123] VPk,i,j+<y<VPk+1,i’,j’- (33)
[0124] 其中,当j<n-1时,i’=i、j’=j+1;当j=n-1时,i’=i+1、j’=0。
[0125] 如上所述,根据式(5-1)~(5-2)、(18)~(20)、(32)~(33)所定义,对于任一最佳视点Pk,i,j(xc,yc,Z0),如图30所示,皆存在一水平与垂直的容许观赏范围。由于,视景分离装置具有光学倾斜的特征,因此,该上述的容许观赏范围与鬼影区,系可延该倾斜角θ做一分布,如图31所示,最终构成一倾斜带状的容许观赏范围341、与一倾斜带状的鬼影区342,该倾斜带状的容许观赏范围341、与该倾斜带状的鬼影区342,如同该视差光栅310光学结构的特征,亦具有水平方向重复交错排列的特征。对于上述该倾斜带状的容许观赏范围341,是可定义一中心线Yi,j(x,y),如下式:
[0126] y=f(θ){x-[n×i-(n-1)/2+j]]×LE} (34)
[0127] 该中心线Yi,j(x,y)是通过所有具有相同i、j的最佳视点Pk,i,j(xc,yc,Z0)。另外,+该倾斜带状的容许观赏范围341、与倾斜带状的鬼影区342间的边界,是可由边界线Yi,j(x,- +
y)、Yi,j(x,y)以构成。其中,Yi,j(x,y)可由下式表示:
[0128] y=f(θ){x-[n×i-(n-1)/2+j+Rx/2]×LE} (35)
[0129] Yi,j-(x,y)则由下式表示:
[0130] y=f(θ){x-[n×i-(n-1)/2+j-Rx/2]×LE} (36)
[0131] 对于具右倾斜结构的视景分离装置,该f(θ)可由下式表示:
[0132] f(θ)=-tanθ (37)
[0133] 对于具左倾斜结构的视景分离装置,该f(θ)则由下式表示:
[0134] f(θ)=tanθ (38)
[0135] 另外,当θ=0(即tanθ=0)时,该视景分离装置即具有垂直结构的特征(以+ -
下称为具垂直结构的视景分离装置),该Yi,j(x,y)、Yi,j(x,y)、Yi,j(x,y)则成为垂直线,可分别由下式表示:
[0136] x=[n×i-(n-1)/2+j]×LE (39)
[0137] x=[n×i-(n-1)/2+j+Rx/2]×LE (40)
[0138] x=[n×i-(n-1)/2+j-Rx/2]×LE (41)
[0139] 事实上,对于式(34)~(36)所描述的该中心线Yi,j(x,y)、边界线Yi,j+(x,y)、Yi,-j(x,y),当令y=0时,所取得的x值,系如式(39)~(41)所示。亦即,对于具倾斜结构、与垂直结构的视景分离装置,在z=Z0、y=0的水平线上,系具有相同的视景分离的光学作用。或者,可更简单地说,倾斜结构、与垂直结构,具有相同的光学作用,其不同处,只在于倾斜角度。以下,该z=Z0、y=0的水平线,简称为最佳观赏线(Optimum Viewing Line)。
如上述,对于具任意倾斜结构的视景分离装置,于最佳观赏距离上,式(34)~(41),系可清楚定义了所有容许观赏范围的中心线与边界线。因此,对于上述所用”倾斜带状容许观赏范围”、”倾斜带状鬼影区”的术语,以下,简称为”容许观赏区”、”鬼影区”;而对于上述所有最佳视点、容许观赏区的中心线与边界线等所存在的平面(即Z=Z0),简称为最佳观赏面(Optimum Viewing Plane)。
[0140] 如上所述,对于利用具任意倾斜结构的静态视景分离装置、及静态多视景3D影像合成方法,以显示三次元影像时,于最佳观赏面上,如图31所示,该容许观赏区341与鬼影区342,是由公式(34)~(41)所规范。对于位于最佳观赏面上的观赏者,当该观赏者左右眼的位置,偏离该容许观赏区341(亦即,进入该鬼影区342)时,观赏者会观看到鬼影。另外,观赏者左右眼的位置,系位于不同的可视区内时,观赏者会观看假立体影像。针对上述的特征,亦即对于利用具任意倾斜结构的静态视景分离装置、及静态多视景3D影像的合成,以显示三次元影像的方法,以下,简称为静态三次元影像显示方法(Static Displaying Method of 3D Image)。
[0141] 2.动态多视景3D影像合成的方法
[0142] 接下来,说明”动态多视景3D影像的合成”。对于式(3)、式(4)所述多视景3D影像合成的方法,其中n、m、Q、∏等参数,因跟静态视景分离装置的硬件结构设计有关,是不随时间而改变的常数。对于如图4所示,n=2、m=3、Q=1、∏=1、Δ=0的双视景3D合成影像,令Δ从1~6变化时,即可得图32~37所示的双视景3D合成影像∑n(Δ=1)~∑n(Δ=6)。该横向位移相位Δ>0时,即代表各视景的所有次画素影像数据 以次
画素为单位,向右位移Δ个次画素,且具有n×m的周期,即Δ=6与Δ=0具有相同的
3D影像合成结构。当然,Δ<0,是代表次画素影像数据 达到向左位移的目的。由于周期性的关系,Δ=A(向右位移A个次画素)与Δ=A-n×m(向左位移n×m-A个次画素)
具有相同3D影像合成的结构。因此,不再做图示说明。
[0143] 如上述,所谓”动态多视景3D影像的合成”,是令横向位移相位Δ为一变数,例如为一时间的函数,可于特定时间点所发生的特定条件下(如后述),以设定Δ(t)的值。因此,式(3)、式(4)可如下式所示:
[0144]
[0145]
[0146] 相较于前述静态三次元影像显示方法,由于,本发明的方法,是适用于以时间为变数的三次元影像的显示,因此,是可归属于一种动态三次元影像显示的方法(Dynamic Displaying Method of 3D Image)。以下,为简化数学公式的表示,对于与时间有关的相关参数,不再明示其为时间的函数。例如:横向位移相位、以及如后述的左右眼的坐标值。
[0147] 3.观赏自由度最佳化的方法
[0148] 如上述,改变横向位移相位Δ的值,可改变3D影像合成的结构。由此,可达到改变最佳视点位置的目的。对于双视景3D合成影像∑n(Δ=1)~∑n(Δ=6),通过如图19所示的双视景用倾斜条状视差光栅的作用后,相较于原Δ=0时的所有最佳视点Pk,i,j(xc,yc,Z0)的位置,当Δ≠0时,所有Pk,i,j(xc,yc,Z0)同时向左水平位移一Δxc,成为移动后的最佳视点P’k,i,j(x’c,yc,Z0)。以下,称Pk,i,j(xc,yc,Z0)为主最佳视点;而称主P’k,i,j(x’c,yc,Z0)为次最佳视点。如图38~43所示,x’c可如下式表示:
[0149] x’c=xc-Δxc (44)
[0150] 其中,
[0151] Δxc=Δ×LE/m (45)
[0152] Δxc即为最佳视点可调变间距。当Δ=1时,可令Δxc0为最佳视点可调变最小间距,如下式:。
[0153] Δxc0=LE/m (46)
[0154] 因此,m越大(上述的图示例,使用m=3),可取得越小的Δxc0。另外,由于视分离景装置系为一线性的光学系统,因此,对于容许观赏区341中的中心线Yi,j(x,y)、边界线Yi,j+(x,y)、Yi,j-(x,y),如图44所示(图例系使用Δ=0),可通过改变Δ的值,皆向左做同一Δxc量的位移,如图45所示(图示例是使用Δ=1),使得移动后的中心线、边界线各自成为Y’i,j(x,y)、Y’i,j+(x,y)、Y’i,j-(x,y)。亦即,改变Δ的值,可让所有的容许观赏区341、与鬼影区342,同时做一向左的水平位移(当Δ>0)、或向右的水平位移(当Δ<0)。
以下,称Yi,j(x,y)为主中心线;而称Y’i,j(x,y)为次中心线。
[0155] 如图46所示,再将Δ=0与Δ=1的图示做一重叠,以便观察Δ改变前后,容许观赏区位移的变化与重叠的状况。根据式(16),可计算取得容许观赏区341的宽度ΔXVF(图示例系使用Rx=0.5);根据式(46),可计算取得主最佳视点可调变最小间距Δxc0(图示例系使用m=3),当下式条件成立时:
[0156] ΔXVF>Δxc0 (47)
[0157] 即可让Δ改变前后的容许观赏区,产生重叠的现象。该重叠区345的宽度ΔXOL,是可如下式表示:
[0158] ΔXOL=ΔXVF-Δxc0 (48)
[0159] 将式(16)、(46)代入式(48),可得:
[0160] ΔXOL=(Rx-1/m)×LE (49)
[0161] 令式(49)大于零,即成为观赏自由度最佳化的方法,亦即,令Rx>1/m,即可达到于最佳观赏面上构建无鬼影区的目的。
[0162] 对于位于最佳观赏面的观赏者,虽然,当其观赏位置不恰当、或改变其观赏位置时,可能造成观看到鬼影或假立体影像的现象,但只要能即时检测出观赏者左右眼的水平位置,即可通过Δ的操作,将正确的容许观赏区,移动至观赏者双眼所在的位置,即可达到完全解决鬼影与假立体影像的现象,并解除观赏自由度不足的问题。
[0163] 4.观赏位置即时检测的方法
[0164] 如前述,观赏位置系指左右眼所在的三次元位置(屏幕坐标系)。如中国台湾专利申请案号:096108692专利所揭示的一种视空间点认知的装置,通过一立体摄影的技艺,使用一对左、右摄影装置,通过摄影、影像处理,从左、右摄影装置所取出的2D影像中,以检测出左、右眼球的(或者是瞳孔)中心位置(以上为数字相机现有的技术),再利用一左右影像对应与三次元坐标转换计算的方法,可取得左、右眼三次元的位置。以下,只针对左右影像对应的方法与三次元坐标转换计算的方法,做一说明。
[0165] 首先,说明该立体摄影构成的光学特征。如图47~48所示,该立体摄影装置23是由一左摄影装置20、与一右摄影装置21所构成,其装置的方式,如图49A、B所示,是可以内藏的方式,直接装置于一般平面显示器屏幕框架24的内(如左图49A)、或者因此外挂的方式,装置于一般平面显示器屏幕框架24的外(如右图49B)。因此,该左右摄影机20、21,亦可以内藏、或外挂的方式,装置于行动电话、数字相机、摄影机、游戏机、平板点脑、笔记型电脑、监视器、电视、3D电视等装置的机壳之上。
[0166] 另外,对于该左、右摄影装置20、21,令其具有相同的光学成像系统,即具有相同焦距f的光学成像透镜(未图示)、与相同的影像感应器(如CCD或CMOS,未图示)。于该左、右摄影装置20、21上,分别设置一左影像坐标系XLYLZL、一右影像坐标系XRYRZR。令该两影像坐标系的原点,是分别设置于该左、右摄影装置20、21影像感应器的中心,且该两影像坐标系与屏幕坐标系的坐标轴,具有平行的关系。于屏幕坐标系下,令该两影像坐标系的原点坐标,系分别为(-S/2,H,0)、(S/2,H,0)。其中,S为该左、右摄影装置20、21光轴间距,H则为装置高度。另外,令ZL、ZR系分别设置于该左、右摄影装置20、21光轴上。亦即,该左、右摄影装置20、21的光轴,系平行于Z轴。
[0167] 如图48所示,该左、右摄影装置20、21成像的光学特征,对于位于屏幕坐标系中的一物点P(XP,YP,ZP),经左、右摄影机光学成像系统的作用,会于左、右影像感测器上,即于左、右影像坐标系上,各自产生一像点IL(xL,yL,0)、IR(xR,yR,0)。令IL(xL,yL,0)、IR(xR,yR,0)为P(XP,YP,ZP)的对应点,且具有以下坐标转换的关系:
[0168]
[0169]
[0170]
[0171] 因此,可将式(50)~(52)用于观赏位置的检测。对于位于屏幕坐标系XYZ中的左、右眼10、11,其三次元的坐标,是可如下定义:
[0172] EL=(XL,YL,ZL) (53)
[0173] ER=(XR,YR,ZR) (54)
[0174] 该左、右眼10、11,经过该左、右摄影装置20、21的光学透镜,可分别成像于该左、右影像感应器,再经过影像处理,可分别检测出左、右眼球(或者是瞳孔)中心的位置,如下表示:
[0175] 左影像坐标系中,左、右眼球(或者是瞳孔)中心的位置,可如下式表示:
[0176] iL,L=(xL,L,yL,L,0) (55)
[0177] iL,R=(xL,R,yL,R,0) (56)
[0178] 右影像坐标系中,左、右眼球(或者是瞳孔)中心的位置,可如下式表示:
[0179] iR,L=(xR,L,yR,L,0) (57)
[0180] iR,R=(xR,R,yR,R,0) (58)
[0181] 因此,上述的左右影像对应的方法,系指对左、右摄影装置20、21影像感应器上的左右眼球中心位置,作一对应的处理。亦即,左眼位置EL是由iL,L与iR,L所对应;而右眼位置ER则由iL,R与iR,R所对应。另外,如前述,因该左、右摄影装置20、21具有同样光学特征,可令yL,L=yR,L=yL、且yL,R=yR,R=yR。
[0182] 因此,左眼球(或者是瞳孔)中心,对应于左、右影像坐标系上的位置,可如下式表示:
[0183] iL,L=(xL,L,yL,0) (59)
[0184] iR,L=(xR,L,yL,0) (60)
[0185] 右眼球(或者是瞳孔)中心,对应于左、右影像坐标系上的位置,可如下式表示:
[0186] iL,R=(xL,R,yR,0) (61)
[0187] iR,R=(xR,R,yR,0) (62)
[0188] 所谓”三次元坐标转换计算的方法”,是通过一影像坐标系与屏幕坐标系间的坐标转换,将成像于影像坐标系上,左、右眼的坐标,转换成影像坐标系上的三次元坐标。如上述,根据式(50)~(52),对iL,L、iR,L作坐标转换,可计算取得左眼10三次元的坐标,即式(53)中的各坐标,可如下式表示:
[0189]
[0190]
[0191]
[0192] 同样地,根据式(50)~(52),对iL,R、iR,R作坐标转换,可计算取得右眼11三次元的坐标,即式(54)中的各坐标,可如下式表示:
[0193]
[0194]
[0195]
[0196] 5.观赏条件最佳化的方法
[0197] 由于,视差光栅装置具有观赏自由度限制的光学特征,需通过以下观赏距离、与正视屏幕等最佳化条件的设定,方可达到呈现最高3D影像品质的目的:
[0198] (1)观赏距离最佳化的条件
[0199] |ZL-Z0|<ΔZ0 (69)
[0200] |ZR-Z0|<ΔZ0 (70)
[0201] 其中,ΔZ0为可容许最佳观赏距离的偏差量。式(69)~(70)所设定的条件,如图50所示,是当检测出观赏者偏离最佳观赏位置、且超出该预设范围ΔZ0时,可发出一警告讯息,以要求观赏者双眼的位置,需移至最佳观赏距离Z0。
[0202] (2)正视屏幕最佳化的条件
[0203] a.排除观赏者偏头侧视3D影像
[0204]
[0205] 其中, 为可容许水平观赏角度的偏差量、为x轴的单位向量、ER、EL可视为坐标向量。式(71)所设定的条件,如图51所示,系当检测出观赏者的视线系向左、或向右偏离屏幕、且该偏向角度系超出一预设角度 时,可发出一警告讯息,以要求观赏者需更正视线,以正视屏幕。
[0206] b.排除观赏者歪头斜视3D影像
[0207]
[0208] 其中,Δρ为可容许倾斜观赏角度的偏差量。式(72)所设定的条件,如图52所示,是当检测出观赏者歪着头观看影像、且该歪斜角度是大于预设角度Δρ时,可发出一警告讯息,以要求观赏者需更正视线,以正视屏幕。
[0209] 因此,根据式(69)~(72)的条件,可令式(53)、(54)具有以下的关系:
[0210] YL=YR=YE (73)
[0211] ZL=ZR=Z0 (74)
[0212] 因此,最终左、右眼的坐标,即成为:EL=(XL,YE,Z0)、ER=(XR,YE,Z0)。亦即,式(73)、(74)是描述了观赏者的最佳观赏条件,当观赏者的观赏位置,是满足(1)让双眼维持在同样的最佳观赏距离、(2)让双眼保持同样的高度(即保持水平状态)、(3)需让双眼正视屏幕等条件时,即可观赏到具最佳品质的3D影像。
[0213] 6.观赏位置与视景最佳对位的方法
[0214] 如上述,所谓”观赏位置与视景最佳对位”,是指根据式(63)~(68)所取得左、右眼的位置EL、ER、以及根据式(73)~(74)所示的最佳观赏条件,通过一左右眼的特征坐标的计算、一最佳观赏线上最佳视点坐标的计算、并利用一视点与视景对位的程序,以计算取得适当的Δ后,再将正确的容许观赏区,移动至观赏者双眼所在的位置,达到大幅提高3D影像品质与使用方便性的目的。
[0215] 首先,重新定义中心线,令Yi,j,Δ(x,y)取代上述所有主中心线Yi,j(x,y)、次中心线Y’i,j(x,y),用以界定画分观赏者左右眼可能存在的容许观赏区。亦即,Yi,j,Δ=0(x,y)为原定义的主中心线;Yi,j,Δ≠0(x,y)则为原定义的次中心线。该中心线Yi,j,Δ(x,y),可如下表示:
[0216] y=f(θ){x-[n×i-(n-1)/2+j-Δ/m]×LE} (75)
[0217] 当y=0时,可得Yi,j,Δ(x,y)与X轴交点的坐标值x(i,j,Δ):
[0218] x(i,j,Δ)=[n×i-(n-1)/2+j-Δ/m]×LE (76)
[0219] 其中,f(θ)、LE、n(=2)、m(=3)、i、j,如前述的定义。如图53所示,系将Δ=0、1、2代入式(75),所得的Yi,j,Δ(x,y)。因此,通过Δ>0的操作,可达到将所有主中心线Yi,j,0(x,y)做向左位移的目的。如图54所示,是将Δ=-0、-1、-2代入式(75),所得的Yi,j,Δ(x,y)。因此,通过Δ<0的操作,可达到将所有主中心线Yi,j,0(x,y)做向右位移的目的。如图55A、55B所示,是将Δ=0、1、2与Δ=-0、-1、-2代入式(76),所计算取得Yi,j,Δ(x,y)与X轴交点的坐标值x(i,j,Δ)。不论Δ=0、1、2或Δ=-0、-1、-2,所得交点的坐标值x(i,j,Δ),系为一致。另外,根据前述,x(i,j,Δ=0)即为主最佳视点;而x(i,j,Δ≠0)则为次最佳视点。当Δ=±m(即±3)时,所有主中心线、主最佳视点,皆向左(Δ=m)或是皆向右(Δ=-m)移动一双眼间距LE的距离。以下,对于所有的x(i,j,Δ=0)与x(i,j,Δ≠0),泛称为最佳观赏线上的最佳视点。
[0220] 如图19所示,当左、右眼10、11的观看位置,是各自置放于同一可视区内最佳视点的容许观赏范围321时,可观赏到正确的三次元影像,但若偏离该位置,则进入鬼影区322、323。另外,左、右眼10、11的观看位置,若置放于不同可视区内的最佳视点时,则可能碰到假立体、或者是鬼影现象的现象。这些现象,皆发生于相邻两主最佳视点间,因此,通过|Δ|<m的操作,可达到完全解决鬼影与假立体的问题。
[0221] 如图56A、56B、56C所示,对于主最佳视点x(i=0,j=0,Δ=0)(如左边图56A所示),做|Δ|≤m的操作,以达到向左、或向右的位移操作的目的。亦即,将Δ=0、1、2、3(如中间图56B所示)与Δ=-0、-1、-2、-3(如右边图56C所示)代入式(76),所计算
取得的主、次最佳视点。因此,当所检测出左右眼的位置后,只要找出最接近的Yi,j,Δ(x,y),再通过|Δ|≤m的操作,即可达到3D眼睛追踪的目的。
[0222] 该观赏位置与视景最佳对位的方法,是对于已具有最佳观赏条件的双眼位置,根据前述容许观赏范围的中心线与边界线,首先,找出所左右眼所分别对应的可视区的编号i、最接近的视景编号j、与最接近的横向位移相位Δ,实际的实施方法,如下述。
[0223] 如图57所示,首先,令具有同样倾斜角度θ的斜线LL、LR,分别通过该左右眼的位置(XL,YL,ZL)、(XR,YR,ZR),并与X轴分别交会于xL0、x R0。以下对于xL0、xR0,称的为左右眼的特征坐标。对于具右倾斜结构的视差光栅装置,该xL0、x R0是如下计算取得:
[0224] xL0=XL+tan(θ)×YL (77)
[0225] xR0=XR+tan(θ)×YR (78)
[0226] 对于具左倾斜结构的视差光栅装置,该xL0、x R0是如下计算取得:
[0227] xL0=XL-tan(θ)×YL (79)
[0228] xR0=XR-tan(θ)×YR (80)
[0229] 对于垂直结构的视差光栅装置,该xL0、x R0是如下计算取得:
[0230] xL0=XL (81)
[0231] xR0=XR (82)
[0232] 因此,根据式(77)~(82)计算所得的左右眼的特征坐标xL0、xR0,与式(76)计算所得最佳观赏线上的最佳视点x(i,j,Δ)做一比对,即可找出最接近的i,j,Δ值。通过Δ的操作,可达3D眼睛追踪的目的。以下,说明实际处理程序,并称该程序为”视点与视景对位的程序”。
[0233] 首先,补充定义”最佳可视面(Optimum Viewable Plane)”、水平可视角(Horizontal Viewable Angle)、与垂直可视角(Vertical Viewable Angle)。如图58所示,所谓”最佳可视面”,是指于该最佳观赏面上,存在一面积为有限的可视面350,于该面上只存在数量为有限的多个最佳视点Pk,i,j,该多个最佳视点Pk,i,j,系可对于左右眼,各自提供一具有低鬼影、与影像亮度接近的单一视景影像。该有限数量的最佳视点Pk,i,j所构成的面,即为最佳可视面。对于存在于该最佳观赏面350上的任一点坐标(x,y,Z0),具有以下的关系:
[0234] -xmax≤x≤xmax (83)
[0235] -ymax≤y≤ymax (84)
[0236] 其中,xmax、ymax即规范该最佳可视面的范围。亦即,观赏者可于式(83)、(84)所定义的范围内,观赏到最佳品质的3D影像。一般,是于最佳观赏面上,通过对3D影像作实际的量测(如cross-talk与亮度量测),以取得该xmax、ymax的值。另外,根据该xmax、ymax,可定义一水平可视角ΩH、与垂直可视角ΩV,并可如下式表示:
[0237] ΩH=2×tan-1(xmax/Z0) (85)
[0238] ΩV=2×tan-1(ymax/Z0)(86)
[0239] 当然,该xmax、ymax的值,亦可各自对应一imax、kmax,如图59、60所示,使得存在于最佳可视面上的最佳可视点Pk,i,j,该Pk,i,j中的水平可视区编号i、垂直可视区编号k,是可具有以下的关系:
[0240] |i|≤imax (87)
[0241] |k|≤kmax (88)
[0242] 另外,可令xmax与imax、ymax与kmax、是具有以下的关系:
[0243] xmax=imax×n×LE (89)
[0244] ymax=kmax×LV (90)
[0245] 当观赏者的观赏视角,是满足小于ΩH、ΩV时,可观赏到高品质的3D影像。当观赏视角变大、且超出该ΩH、ΩV时,由于视景分离装置的加工与组装误差,会破坏前述所有线性光学的特征,除了严重恶化鬼影的外,亦会造成左右眼影像亮度差异过大,以致造成3D影像品质低下,甚至造成3D影像无法观赏的问题。以下,根据上述的定义、与假设观赏者的观赏观赏条件与位置,是分别满足前述式(69)~(74)、式(83)~(84)所定义的条件,对于上述的该视点与视景对位的程序,说明其实施步骤如下:
[0246] 如前述,由于xL0、xR0的间距,即为双眼间距LE,因此,只要针对左眼位置xL0、或右眼位置xR0,与x(i,j,Δ)做一比对,即可找出最佳的i,j,Δ。为简化图示与说明,以下,左眼位置xL0为例,说明的。
[0247] 步骤一、确认左右眼的位置(xL,yE,z0)、(xR,yE,z0),是否存在于最佳可视面范围的内。如果,满足下式的关系,则跳至步骤二;若不满足下式的关系,则宣告观赏位置偏离最佳可视面范围,跳至步骤五;;
[0248] |xL |≤xmax (91)
[0249] |xR |≤xmax (92)
[0250] |yE |≤ymax (93)
[0251] 步骤二、设定起始值,如下式:
[0252] i=-imax (94)
[0253] j=0; (95)
[0254] 步骤三、将i,j,Δ代入式(76),计算x(i,j,Δ)
[0255] 步骤四、比对xL0与x(i,j,Δ),如下式:
[0256] |xL0-x(i,j,Δ)|≤LE/2m (96)
[0257] 情况1:若找到一组(i,j,Δ)参数,符合式(96)的关系,则将Δ代入式(3)、或(4)、并宣告3D眼睛追踪成功,跳至步骤五;
[0258] 情况2:若找不到一组(i,j,Δ)参数,符合式(96)的关系,则令
[0259] j=j+2 (97)
[0260] 若j<n(即j未超出i可视区),则跳至步骤三;
[0261] 若j≥n(即j已超出i可视区),则令
[0262] i=i+1 (98)
[0263] j=0; (99)
[0264] 若i≤imax,跳至步骤三;
[0265] 若i>imax,宣告观赏位置偏离可视角范围,跳至步骤五;
[0266] 步骤五、结束比对
[0267] 对于上述式(96)的比较运算,如图61所示,系以前述双视景显示(n=2、m=3)、且以i=0、j=0的可视区为例,以进行xL0与x(0,0,3)、x(0,0,2)、x(0,0,1)、x(0,0,0)、x(0,0,-1)、x(0,0,-2)、x(0,0,-3)的比对。因此,只要xL0满足x(0,0,3)-LE/6≤xL0≤x(0,0,-3)+LE/6的条件时,即可找出对应的Δ值。如图62所示,是以前述四视景显示(n=4、m=3)、且以i=0、j=0与i=1、j=0的可视区为例,以进行xL0的比较运算。如图63
所示,系以前述四视景显示(n=4、m=3)、且以i=0、j=2的可视区为例,以进行xL0的比较运算。
[0268] 当然,该视点与视景对位的程序,亦可以右眼位置xR0,进行比对的运算,但式(95)处j起始值,需令j=1;式(96)中,需以xR0替代xL0,如下式:
[0269] |xR0-x(iR,jR,Δ)|<LE/m (100)
[0270] 当j已超出i视区,式(99)中的j,需令j=1。
[0271] 如图64所示,是本发明实施例的示意图。本发明一种多视景三次元影像显示的方法400,主要是由一观赏位置即时检测方法410、一观赏位置与视景最佳对位的方法420、一动态多视景3D影像合成的方法430、一平面显示器屏幕440、与一静态视差光栅装置450所构成。
[0272] 该观赏位置即时检测方法410,如前述,主要系利用一对左、右摄影装置412,通过摄影、影像处理,从左、右摄影装置所取出的2D影像中,于左、右影像坐标系系,以检测出左、右眼球的(或者是瞳孔)中心位置(如式(55)~(58)所示),再利用一左右影像对应的程序414(如式(59)~(61)所示)、一三次元坐标转换计算的程序416(如式(63)~(68)所示)、与一观赏条件最佳化的程序418(如式(69)~(74)所示),可取得及输出一左、右眼三次元的位置EL=(XL,YE,Z0)、ER=(XR,YE,Z0)。
[0273] 该观赏位置与视景最佳对位的方法420,如前述,主要系根据该左、右眼三次元位置EL、ER,通过一左右眼的特征坐标计算的程序422(如式(77)~(82)所示)、一最佳观赏线上最佳视点坐标计算的程序424(如式(76)所示)、与一视点与视景对位的程序426,以计算取得及输出一适当的Δ。
[0274] 该动态多视景3D影像合成的方法430,如前述,主要是对于一多视景影像432(如式(1)所示),根据Δ与一多视景3D影像合成的程序432(如式(42)~(43)所示),以产生一多视景3D合成影像∑n。
[0275] 该平面显示器屏幕440,如前述,主要是接收与显示该多视景3D合成影像∑n 。
[0276] 该静态视差光栅装置450,如前述,对于该多视景3D合成影像∑n,可于最佳观赏距离上,提供一最佳观赏面,并于该最佳观赏面上,提供多个最佳视点,可于该最佳视点处,作视景分离的光学作用,达到分别呈现单一视景影像的目的;另外,对于该视差光栅的光学结构,主要系利用一静态视差光栅装置设计的方法452(如式(6)~(17)与式(23)~(31)所示)、与一观赏自由度最佳化的方法454(如式(47)、(49)所示),达到最佳化设计的目的。因此,可于一最佳可视面上,将该多视景3D合成影像∑n(t),作视景分离的作用、并将正确的左右影像,投射至观赏者的左右眼10、11,达到三次元影像显示的目的
[0277] 以上所述的”程序”,是指一可处理本发明中所有相关公式计算的软件程序,并可通过一般的微处理器、或DSP等计算装置,可执行该软件程序。
[0278] 综上所述,本发明为一种三次元影像显示的方法,主要是对于利用一般平面显示器屏幕与静态视差光栅装置以显示三次元影像时,本发明提出(1)一静态视差光栅装置设计的方法、(2)一动态多视景3D影像合成的方法、(3)一观赏自由度最佳化的方法、(4)一观赏位置即时检测方法、(5)一观赏条件最佳化的方法与(6)一观赏位置与视景最佳对位方法,可于最佳可视面上,有效解决鬼影、假立体影像、与水平与垂直方向观赏自由度不足的问题,达到大幅提高3D影像品质与使用方便性的目的。
[0279] 以上所述者,仅为本发明的较佳实施例而已,当不能以的限定本发明所实施的范围,即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰,皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内。另外,对于本发明所开示的各方法,尤其是(2)动态多视景3D影像合成的方法、(4)观赏位置即时检测方法、与(5)观赏位置与视景最佳对位方法,亦适用于其他静态视景分离装置(如柱状透镜阵列)、动态视景分离装置。
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