使用立体影像的视力恢复装置及显示3－D影像的方法

摘要

本发明提供了一种显示3－D影像的方法和视力恢复装置。用于左和右眼的影像被交替显示在电子设备2的屏幕50上，观察者戴上与这些影像的显示同步开和闭的眼镜4，以产生会聚角和视差，从而获得3－D影像。3－D影像显示设备用来使观察者能够将他/她的右和左眼聚焦于这些影像。3－D影像10a显示在靠近眼镜4的位置处并且随后逐渐从它移开。所述视力恢复装置包括用于将远处的3－D影像10b移动得靠近眼镜4的移动控制单元18以及用于重复后退和接近运动的重复控制单元23。当戴着眼镜4的观察者试图总是聚焦于屏幕50上的3－D影像10a和10b时，他/她的眼睛周围的睫状体和眼球移动肌受到刺激，由此恢复他/她的视力。

说明书

发明背景

本发明涉及一种视力恢复装置以及显示3-D影像的方法，当观察者通过带有遮光器(shutter)的眼镜或不带眼镜观看被显示在VDT电子显示设备上的三维(3-D)透视影像时，其刺激他/她的眼肌。

技术领域

由于近些年个人计算机的传播、TV游戏的普及、便携式电话作为生活必需品的使用以及对TV节目的连续欣赏，人们很频繁地从不足1m的距离处观看VDT(视觉显示终端)的屏幕。因此，个人计算机类型的近视者人数急剧增加。为了治疗这种个人计算机类型的近视者，使用了已经由眼科专家研制的MD-SS视力恢复和训练装置。

如图9中所示，在视力恢复和训练装置30中，凹槽33被形成在水平安装在底座31上的长台内，并且目标体34以如此方式被设置，使得它可以沿着这个凹槽33移动。目标体34由平板35和支柱36组成，并且Randolt环被画在白平板35上。Randolt环是用于普通的眼测试的标记，并且环的上、下、左或右部被切掉。支柱36连同平板35沿着凹槽33在水平方向上由一预定的驱动单元移动，并且受训者面对平板35坐下，其中他/她的下巴放到他/她前面的方框39。

平板35可以接近方框39内的受训者眼部的前方直至10cm，并且可以后退直至距离眼部2m。在训练方法中，对于近视受训者，平板35首先从方框39内的受训者眼部的前方10cm移动，并且在后退方向上以V2较快地移动，例如，在3秒内直至2m。

当平板35要从远离方框39内的受训者2m处返回时，平板35的移动速度在接近方向上以V1减慢，例如在12秒内直至眼前10cm。对于远视受训者，平板35以反向速度移动。这个训练每次执行三分钟。通过用受训者的双眼追赶平板35，受训者的睫状体和眼球移动肌被训练成在眼睛视网膜上形成外部世界的影像。

对于方向和距离训练方法，被示于图10中的15点片(15-point sheet)40被使用。在15点片40上，示有在上部位置从左到右处于相等间隔的数字1至5，在中间从左到右处于相等间隔的数字6至10以及在下部位置从左到右处于相等间隔的数字11到15。受训者用他/她的双手拿着15点片并且在将他/她的脸转向数字8的同时通过移动他/她的眼球试图顺序地看到数字1至15。然后，他/她通过移动他/她的眼球，试图同时看到数字1和2并且顺序地直到数字13和14。

此后，他/她通过移动他的/她的眼球试图同时看到数字1、2和3，并且顺序地直到13、14和15。进一步，他/她通过移动他/她的眼球试图同时看到数字1、2、3和4并且顺序地直至数字13、14和15。要同时看到的数目被增加，或者要看到的数字的次序被颠倒。这个测试每天被重复10分钟或以上。因此，睫状体和眼球移动肌得到训练。

虽然常规的MD-SS视力恢复和训练装置对于视力恢复很有效，但是受训者必须去诊疗所。因此，繁忙的受训者不可能受益于该装置。虽然可以购买该装置，但是它是昂贵的且为2m或更长，需要室内大的空间来安装它。虽然采用方向和距离训练方法的装置简单、不贵、有效且便利，但是因为懒惰，连续利用该装置进行训练的受训者人数正在减少。

本发明的一个目的是提供一种显示3-D影像的方法以及视力恢复装置，其刺激眼肌并且其使繁忙且希望恢复他/她的视力的受训者以及甚至懒于进行视力恢复训练的受训者能够连续训练而不中止，并且其结构简单、不贵且有效。

发明内容

本发明已经被设计用来解决上述问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种显示3-D影像的方法，其包括下述步骤：

从存储器读取用于右眼的影像数据和用于左眼的影像数据；

交替地将它们显示在电子显示屏幕上，并且当观察者戴上与这些影像的显示同步开和闭的眼镜来看影像时，产生右眼影像和左眼影像之间的会聚角和视差，以便于观察者的大脑可以识别3-D影像；

创建用于右眼的影像数据和用于左眼的影像数据，以便于被显示在屏幕上的3-D影像的位置和面积总在变化；以及

设置用以显示3-D影像的会聚角和视差，使得它可在距离眼镜的短距离处被看到；

改变用以显示3-D影像的会聚角和视差，使得它从眼镜移开并且然后它移向眼镜；

以及重复后退和接近运动，以当观察者总是试图聚焦于这个3-D影像时，刺激他/她的睫状体和眼球移动肌。

根据本发明的第二方面，一种使用立体影像的由3-D影像显示单元组成的视力恢复装置，所述影像显示单元从存储器读取用于右眼的影像数据以及用于左眼的影像数据，交替地将它们显示在电子显示屏幕上，以及当观察者戴上与这些影像的显示同步开和闭的眼镜来看影像时，产生右眼影像和左眼影像之间的会聚角和视差，以便于观察者的大脑可以识别3-D影像，提供了一种视力恢复装置，其包括：存储器，用于存储用于右眼的影像数据和用于左眼的影像数据，所述影像数据被如此创建，使得被显示在屏幕上的3-D影像的位置和面积总在变化；移动控制单元，用于设置用来显示3-D影像的会聚角和视差，使得它可在距离眼镜的短距离处被看到，并且用于改变用以显示3-D影像的会聚角和视差，使得它从眼镜移开并且随后它移向眼镜；以及重复控制单元，用于重复后退和接近运动，以当观察者总是试图聚焦于这个3-D影像时，刺激他/她的睫状体和眼球移动肌，以便于恢复他/她的视力。

附图说明

图1是示出本发明的视力恢复装置的整体外观的图；

图2是本发明的视力恢复装置的电路图；

图3是用于说明3-D透视影像被用在本发明的显示3-D影像方法中的情况的图；

图4是用于说明本发明的方向/距离训练方法的图；

图5是示出本发明的显示方法中的3-D影像类型的图；

图6是用于说明右眼和左眼之间视差的图；

图7是用于说明透视投影的透视面积比的图；

图8是用于说明双目会聚角的图；

图9是用于说明使用实际物体的常规视力恢复装置的图；以及

图10是用于说明使用实际物体的常规方向/距离训练方法的图。

具体实施方式

在人右眼和左眼上所形成的物体影像由于视差而在水平方向上彼此偏移，即使是同一物体。关于靠近眼部的物体的视差大于关于远离眼部的物体的视差。当物体进一步远离眼部时，视差变得较小。此外，虽然右和左眼针对要看到的物体形成会聚角，但是靠近眼部的物体的会聚角大于远离眼部的物体的会聚角。当物体进一步远离眼部时，会聚角变得较小。人的大脑根据其会聚角和视差形成物体的三维(3-D)影像，然后判断物体的距离。

同时，3-D，即立体影像显示设备可以在被显示的影像中电子地产生会聚角和视差。当特定的3-D影像要被看到时，右和左眼的睫状体和眼球移动肌变得积极地聚焦于影像(虚像)。根据发明人的实验，利用本发明的视力恢复装置接受训练的受训者，与他/她利用MD-SS视力恢复及训练装置以及方向/距离训练方法接受训练，感觉到他/她眼周围一样地疲劳。

对于本发明的视力恢复装置，在以下将说明一种台式个人计算机的情况。图1示出视力恢复装置的整体外观。在图1中，该视力恢复装置包括3-D影像显示设备、逻辑电路1、显示单元2、红外光发射单元3、带有遮光器的眼镜4以及键盘5。

逻辑电路1是主体且包括作为存储器的读取单元，如CD-ROM(盘类型高密度读取和记录介质)、FD(软盘)或DVD及硬盘。CD-ROM、FD或HD存储视力恢复程序(软件)以及其它程序。视力恢复程序可以被施加类似于常规MD-SS视力恢复装置中所使用的平板35和方向/距离训练方法中所使用的15点片中所示数字的影像。

参考图2，视力恢复装置的电路配置将被详细说明。在图2中，视力恢复装置包括显示单元2、扬声器9、眼镜4、键盘5、红外光发射单元3及逻辑电路1。逻辑电路1包括CPU 23、3-D影像产生单元21、基本存储器6、影像存储器7、声音存储器8、第一电子开关10、第二电子开关11、第一模式产生单元12、第二模式产生单元13和红外光发射单元3。

参考图6，关于人类视差给予详细描述。当人观看物体，即三维(3-D)空间中的目标10a时，认为在他/她右眼53R和他/她左眼53L的视网膜上所形成的影像之间的差在他/她的大脑中被加以处理，以感知目标10a的深度。由于作为动物的人类的右和左眼53R和53L彼此隔开约6cm，所以视差(两眼之间的视差)是用于感知短距离处的目标的深度的最重要因素。

当为了易于理解将立方体用作目标10a时，对于左眼，立方体10a的左侧面51看起来宽且右侧面看起来窄(长且窄的椭圆)。这被定义为左眼的视差效应。

同时，对于右眼53R，立方体的右侧面52看起来宽(圆)且左侧面51看起来窄(矩形)。这被定义为右眼的视差效应。

由于在自然界中人眼的右和左眼53R和53L彼此隔开约6cm，所以右眼的视差效应、左眼的视差效应以及右和左眼影像之间的相关系数对于所有人大体相同且基于确定的规则。甚至对于计算机(逻辑电路1，此后将同样适用)影像，右眼的视差效应、左眼的视差效应以及右和左眼影像之间的相关系数在影像创建过程中可以被自由地改变和设置。然而，当由计算机所创建的3-D影像数据极大地不同于基于自然界的确定规则的右眼视差效应、左眼视差效应及右和左眼影像之间的相关系数时，当观察者看到显示单元2的屏幕50上的计算机影像时他/她被扰乱且可能感觉到眩晕或感觉恶心。

图7中立方体10a存在于距无穷远的点W(在显示单元2的屏幕50上10m的距离是足够的)的距离L1处的情况，立方体10a存在于距离L2处的情况以及立方体10a存在距离L3处的情况将被加以研究。距离L2是屏幕50的位置。

为了在显示单元2上显示立方体10a，在距观察者短距离处的立方体10a被显示得尺寸大(大显示面积)，在距观察者中等距离L2处的立方体10a被显示得尺寸中等(中等显示面积)，并且在距观察者长距离L1处的立方体10a被显示得尺寸小(小显示面积)。这被定义为透视投影的透视面积比。透视面积比对于右和左眼是相等的。

接下来参考图8对术语“双目会聚角”加以说明。

在上图中，当立方体10a存在于距观察者的短距离L5处时，将左眼53L连接到立方体10a的视线“j”与将右眼53R连接到立方体10a的视线“k”之间的角“α1”称为“会聚角”。

类似地，在下图中，当立方体10a存在于距观察者的长距离L6处时，将左眼53L连接到立方体10a的线“j”与将右眼53R连接到立方体10a的线“k”之间的角“α2”也称为“会聚角”。

当距离为L5＞L6时，则角α1＞α2。即，当立方体10a较接近于观察者时，会聚角变得较大。这样，在屏幕50上立方体10a的显示面积较大且立方体的会聚角较大，人类大脑识别出目标接近于他/她而存在。

相反，当立方体10a远离观察者时，会聚角变得较小。这样，在屏幕50上立方体10a的显示面积较小且立方体10a的会聚角较小，大脑识别出目标存在于远距离处。

基于视差和焦点调节(晶状体调节)，会聚角α1和α2被人类大脑识别，但不被计算机识别。

在普通的TV和计算机屏幕上，观察者不戴眼镜将如图1中的显示影像的显示单元2屏幕50上的立方体10a看作2-D影像，两个会聚角α1和α2两者变得相同，不管距离接近或远离。

然而，通过使用图7中的透视面积比作为函数对图6中右眼的视差效应及左眼的视差效应执行预定处理，产生不同会聚角α1和α2的3-D影像数据可以从计算机中动态地产生。

这是通过在时间划分的基础上、在屏幕50上交替显示用于右眼的影像和用于左眼的影像而获得的。与图6中自然界中的右和左视差效应相比，针对用于右眼的影像和用于左眼的影像来设置预定的虚拟的右和左视差效应。

在图2中，3-D影像产生单元21包括基本3-D影像单元16、透视面积比控制单元17、速度控制单元18、右和左视差效应控制单元19和会聚角计算单元20。

影像软件被存储在基本3-D影像单元16中并且从CD-ROM、DVD或FD输入。这个影像软件包括右和左影像数据，其基于根据自然界中的某些规则的右眼视差效应、左眼视差效应及右和左影像之间的相关系数。透视面积比控制单元17控制影像的透视面积比，以便于观察者的大脑可以识别图1中所示的立方体10a的最大透视(对于右和左眼是相同的)。

速度控制单元18针对来自透视面积比控制单元17的经处理的数据来控制限定3-D移动影像的速度的数据(右和左影像数据)，以便于使观察者眼睛的聚焦功能对于立方体10a最活跃(对于右和左眼是共同的)。

右和左视差效应控制单元19针对来自速度控制单元的经处理的数据(右和左影像数据)来产生右眼视差效应、左眼视差效应和右和左眼影像之间的相关系数，以便于观察者的大脑可以最有效地识别立方体10a的深度和跳出(jumping out)。

会聚角计算单元20根据出自右和左视差效应控制单元19的经处理的数据(右和左影像数据)来计算将被观察者的大脑识别的立方体10a的会聚角，然后将其数字化。

经处理的3-D影像数据(右和左影像数据)以及声音数据被存储在基本存储器6中。

根据来自CPU 23的指令，存储在基本存储器6中的恢复软件(数字化)数据被分离成影像数据和声音数据，3-D影像被提供给3-D影像存储器7，而声音数据被提供给声音存储器8。

移动范围距离L由透视面积比控制单元17来计算和确定，且后退速度v1由速度控制单元18来计算和确定。

使观察者识别出物体在特定方向上正在接近他/她或远离他/她的影像效果由右和左视差效应控制单元19及会聚角计算单元20事先加以计算和确定。

影像存储器7由左存储器14和右存储器15组成，并且根据来自CPU23的时序信号P，第一电子开关10在左存储器14和右存储器15之间切换，以读取影像数据。该时序信号P也被发送到红外光发射单元3。

根据来自CPU 23的开关信号Q，第二电子开关11在第一模式产生单元12和第二模式产生单元13之间切换。第一模式产生单元12具有60个周期的正常显示速度而第二模式产生单元13具有120个周期的高显示速度。

CPU 23将显示单元从正常扫描模式切换到双扫描模式(高速度)。由于3-D影像TV的结构被详细公开于JP-A8-20551、JP-A9-200804及USP 5510832中，所以其说明被省略。个人计算机具有非隔行型的高分辨率普通扫描模式的屏幕，而昂贵的数字显示器具有非隔行型的高分辨率和高速扫描模式的大尺寸屏幕，其自动响应于输入视频信号的特性，并且基于来自CPU 23的指令由电子开关11对模式进行切换。

因此，用于左眼的影像和用于右眼的影像被交替地显示在3-D影像显示设备的屏幕50上。带有遮光器的眼镜被提供有对应于右和左液晶透镜的液晶遮光器，并且根据来自红外光发射单元3的红外开/闭信号，遮光器被打开或关闭。在大脑中，来自右和左眼的影像被混合以识别显示单元2上的3-D影像。由于左和右眼分别看到30Hz影像，所以平滑的3-D影像可以被自然地加以识别。

眼镜4并不总是被需要，但是使用中眼镜4有助于右和左眼来识别分别在显示单元2上的右和左眼影像。

随后给出装置操作的说明。当办公设备的操作者或游戏者坐在人个计算机前且开始使用个人计算机时，由CPU 23从CD-ROM、FDD、HD或基本存储器6读取视力恢复程序。游戏者自动地变成观察者或受训者。当菜单包括3-D透视影像和3-D方向影像并且3-D透视影像被选择时，在图3中所示的影像被显示(概念性地)或当3-D方向影像被选择时，在图4中所示的影像被显示在显示单元2上(概念性地)。

在3-D透视影像的情况下，在图3中，3-D影像10a在显示单元2上被显示在靠近眼镜4的位置处(影像被显示在显示单元2上)且随后被显示成好像它逐渐地远离眼镜4。在经过预定时间之后，3-D影像10b被显示。戴着眼镜4的受训者调节他/她的焦点以便于他/她可以清楚地看到3-D影像10b。

当3-D影像10b是字符时，受训者试图读取该字符，从而使他/她的睫状体和眼球移动肌自动地变得活跃以调节他/她的晶状体厚度，以便于字符的影像精确地聚焦在他/她的视网膜上。为了读取字符，睫状体和眼球移动肌变得活跃以将3-D影像聚焦在视网膜上。在3-D透视影像的情况下，在训练期间受训者可以输入后退速度v1、移动距离L和声音规格。例如，受训者可以从键盘5输入10m的移动距离L、10m/6秒的后退速度v1及10m/12秒的接近速度v2。

对于其它形式的3-D影像10a，如图5中所示，诸如鱼、猫的动物、心形、星形、圆圈、三角形、正方形或其它3-D字符可以被选择。3-D影像10a的大小可以被自由设置且其颜色还可以从红、蓝、黄、紫、橙、粉或彩色条纹图案中加以选择。在预定处理之后，来自声音存储器8的声音数据被发送到扬声器9。在训练期间声音可以从Tohson Shimazaki创作的诗的朗诵、古典音乐、日本流行歌曲、西方流行歌曲、爵士乐、民歌、风声、波浪声等中加以选择。

通过将用于划分3-D影像移动距离L的秒数成大或小值，3-D影像的后退速度被加以调节。由于年轻的近视受训者看到在远处的物体是困难的，所以在图3中后退速度v1被设置得高(秒数被设置成小值)，以便于提高睫状体和眼球移动肌的动量。由于年轻的近视受训者可以看到在附近的物体，所以接近速度v2被设置得低(秒数被设置成大值)，以便于缓和睫状体和眼球移动肌的动量。

由于年长的远视受训者可以很好地看到在远处的物体，所以后退速度v1被设置得低(秒数被设置成大值)，以便于缓和睫状体和眼球移动肌的动量。由于年长的远视受训者看到在附近的物体是困难的，所以接近速度v2被设置得高(秒数被设置成小值)，以便于提高睫状体和眼球移动肌的动量。在使用个人计算机开始办公工作之前或在休息期间或在休息结束之后，这个训练被执行约3或4分钟。在类似于这种方向/距离训练方法的方法中，如图4中所示，3-D影像10a接近到很靠近于左眼的左上位置，且然后向屏幕的纵深中心后退。

3-D影像的后退速度和接近速度可以从键盘5被设置成合适的值。受训者用他/她的双眼试图追赶这个3-D影像10a。通过在他/她向前转动他/她的脸时移动他/她的两个眼球，受训者试图看到(聚焦于)例如作为3-D影像10a的字符。通过用他/她的双眼追赶3-D影像，他/她的双眼的睫状体和眼球移动肌活跃地移动或试图活跃地移动(扩张或收缩)。

此后，3-D影像10b逐渐从屏幕的纵深中心向右眼的右上方向接近。虽然实际的3-D影像被显示在屏幕上，但是由于受训者的双眼必须聚焦于它的虚像以看到3-D影像，所以当实际物体后退或接近时，双眼的睫状体和眼球移动肌必须移动。此外，3-D影像接近到很靠近于右眼的右上方向，并且逐渐向屏幕的纵深中心后退。

然后，3-D影像10b从屏幕的纵深中心向右眼的右下方向接近。类似地，3-D影像接近到很靠近于左眼的左下方向接近，且逐渐向屏幕的纵深中心后退。根据受训者的视力，可以从键盘5适当地设置接近和后退位置、速度和移动次序。

即使利用该方法，3-D影像10a的大小可以从键盘5自由设置。

在利用个人计算机开始办公工作之前，或在休息期间或在休息结束时，CPU 23总是从基本存储器6中读取该视力恢复软件且执行这个软件。每次当他/她坐在个人计算机前时，通过用计时器等设置最小时间，这个训练必须被执行约3或4分钟。

电子显示设备2可以是台式电子计算机(CRT型个人计算机)、笔记本型电子计算机(液晶型小尺寸个人计算机)、便携式电话(PHS或带有液晶显示的其它电话)、便携式电子终端(PDA)、头盔型电子显示设备(HMD)、带有内置眼镜的电子显示设备、或TV游戏设备(用作显示设备的TV接收器)，如果它具有3-D影像显示功能的话。此外，3-D影像显示设备可以是并不需要眼镜的网状(reticular)类型、视差隔障(parallax barrier)类型或双影像分割器(double-image splitter)类型的3-D影像显示设备。

受训者试图读取3-D影像10a，从而使他/她的睫状体和眼球移动肌自动变得活跃，眼球周围的各种肌肉得到刺激。用于刺激睫状体和眼球移动肌的设备给予视力恢复性能。

本发明的工业适用性

如上面所述，由于使用立体影像的视力恢复装置可以在任何时间及任何地方被任何人使用，例如，在办公室，家中或通勤列车上，所以很繁忙且希望恢复他/她的视力以及懒于训练以恢复他/她的视力的人可以连续训练而不中止。由于本发明的装置简单地结合了程序或软件并且具有3-D影像显示功能，所以他/她的个人计算机可以被用作所述装置。

因此，所述装置是不贵的且可以被预期取得大的效果。现在，观看电子显示设备是例行工作的部分，且因此应理解近视者的人数以及具有眼睛疲劳和散光的人正在增加。与此对照，当这些电子设备被提供有3-D影像显示功能且本发明的视力恢复方法和装置被应用于这些设备时，视力恢复可以在工作时间期间自动且强制地执行。