调节裸眼3D显示器最佳观看距离的方法

摘要

调节裸眼3D显示器最佳观看距离的方法，涉及裸眼3D显示器最佳观看距离的调节技术。它为了解决现有方法调节的最佳观看距离提升幅度小、造价昂贵且调节繁琐的问题。本发明首先选取衍生透镜的角度β，所述衍生透镜为所述原始柱透镜的衍生透镜，所述角度β需要保证能够获得清晰的2D画面，然后根据-β的值调节将播放器中合成图的排列方式，并将像素排列顺序调节为与原来相反，并将播放器的视差图读取顺序调节为与原来相反的顺序。采用本发明所述的方法能够将裸眼3D显示器最佳观看距离调节到原来的2倍甚至更远，提升幅度大，不需要采用焦距可变透镜、造价低、且调节过程简单易行。适用于调节裸眼3D显示器最佳观看距离。

说明书

技术领域

本发明涉及裸眼3D显示器最佳观看距离的调节技术，属于光学领域。

背景技术

裸眼3D显示器，利用人两眼具有视差的特性，在不需要任何辅助设备(如3d眼镜， 头盔等)的情况下，即可获得具有空间、深度的逼真立体形象的显示系统。又是由3d立 体现实终端、播放软件、制作软件、应用技术四部分组成，是集光学、摄影、电子计算机， 自动控制、软件、3d动画制作等现代高科技技术于一体的交叉立体现实系统。

裸眼3D显示器画中事物既可凸出于画面之外，也可深藏于画面之中。色彩艳丽、层 次分明、活灵活现、栩栩如生，是真正意义上的三维立体影象。裸眼立体影像以其真实生 动的表现力，优美高雅的环境感染力，强烈震撼的视觉冲击力，深受广大消费者的青睐。

裸眼3D显示器中，光栅3D显示器由于结构简单、造价低廉、性能良好等优点而备 受关注。根据所采用的光栅不同，光栅3D显示器可分为狭缝光栅3D显示器和柱透镜光 栅3D显示器两种。因狭缝光栅对光栅有遮挡作用，对显示器亮度造成很大程度的损失， 而柱透镜光栅由于其由透明材质制成，对光的利用率更高更节能而具备更大的优势。

目前柱透镜光栅裸眼3D显示器产品逐步为广大消费者所熟悉，现有的柱透镜裸眼3D 显示器在制作完成后，都有对应的3D播放器调节参数，在该参数下，裸眼3D显示器会 有一个最佳观看距离。如图1所示，柱透镜裸眼3D显示器的原理是通过光的折射使左右 眼看到不同视点的图像而产生3D效果，成人的左右眼间距Q约为65mm，所以当观看者 站在D1位置时候，可以看到较好的3D效果，此时的D1则为最佳观看距离。但是当观 看者距离超过一定程度时候，如站在D2位置的时候，相邻两个视点的距离远超过人左右 眼的距离，左右眼将会看到同一个视点，此时就没有了3D效果。

对一个已经制作完成的裸眼3D显示器来说，光栅角度、光栅节距、焦距都是固定的 情况下，它的观看距离有一个固定范围。而想要获得更远的观看距离时，前人想到的办法 有以下两种：

第一种方法为通过增加视点个数来实现，而在光栅角度、节距和焦距无法改变的情况 下，通过以下改变视差图合成方法，将普通4视点图(如图2所示)转变为8视点图(如 图3所示)，获得更强的3D出屏效果，同时为了使观看者没有那么大的视觉冲击而感到 不适，可以把观看距离变远一些，此方法可以得到一个更远的观看距离，但是这个观看距 离不会有很大提升，以WZ55 4K裸眼3D显示器原最佳观看距离为3m，通过这种方法可 以把观看距离提升一些，但当距离提升到6m以上时候，此裸眼3D显示器已经没有了3D 效果。另外现已有的多视点技术最多就用到8或9个视差图(视点越多清晰度损耗越大)， 若光栅本来覆盖的就是8图，此方法就没有了实际意义。

第二种方法就是采用焦距可变透镜，通过调节电流改变液晶的偏转来获得一个焦距可 变透镜，通过改变焦距来改变观看距离，此技术目前造价高昂，并要匹配调节透镜和屏幕 距离的设备，调节也过于繁琐。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中，通过增加视点个数来增大裸眼3D显示器的最佳 观看距离时，最佳观看距离提升幅度小，而采用焦距可变透镜造价高昂、且调节过于繁琐 的问题，提供了一种调节裸眼3D显示器最佳观看距离的方法。

本发明所述的调节裸眼3D显示器最佳观看距离的方法，所述裸眼3D显示器为已确 定参数带播放器的柱透镜光栅裸眼3D显示器，所述方法为：

步骤一、选取衍生透镜的角度β，所述衍生透镜为所述原始柱透镜的衍生透镜，所述 角度β需要保证能够获得清晰的画面(2D画面)；

步骤二、根据-β的值调节播放器中合成图的排列方式；

步骤三、将合成图的像素排列顺序调节为与原来相反，至此，得到的最佳观看距离为 其中D为调节前的最佳观看距离，m为衍生透镜角度为β时所覆盖的图数，n 为原始柱透镜覆盖的图数。

步骤一所述的选取衍生透镜的角度β的方法为：

步骤一一、根据逐一推算出符合条件的n值，2≤m≤9，2≤n≤9，a为子 像素宽度，且x为a的正整数倍，α为原始柱透镜角度；

步骤一二、将得到的n值代入公式中，计算得到β值。

本发明的优点：采用本发明所述的方法能够将裸眼3D显示器最佳观看距离调节到原 来的2倍甚至更远，最佳观看距离提升幅度大，不需要采用焦距可变透镜、造价低、且调 节过程简单易行。

本发明适用于调节裸眼3D显示器最佳观看距离。

附图说明

图1为背景技术中使人眼产生3D效果的原理示意图；

图2为背景技术中的普通4视点图；

图3为背景技术中的8视点图；

图4为实施方式一中的柱透镜的结构示意图；

图5为实施方式一中柱透镜的衍生透镜的结构示意图；

图6为实施方式一中原始柱透镜对应的像素排列和读取方式；

图7为实施方式一中衍生透镜对应的像素排列和读取方式；

图8为实施方式一中观看距离计算的原理示意图；

图9为实施方式二中能获得清晰画面的衍生透镜；

图10为实施方式二中计算衍生透镜角度β的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图4至8说明本实施方式，本实施方式所述的调节裸眼 3D显示器最佳观看距离的方法，所述裸眼3D显示器为已确定参数带播放器的柱透镜光 栅裸眼3D显示器，所述方法为：

步骤一、选取衍生透镜的角度β，所述衍生透镜为所述原始柱透镜的衍生透镜，所述 角度β需要保证能够获得清晰的画面(2D画面)；

步骤二、根据-β的值调节播放器中合成图的排列方式，该步骤采用现有技术即可实 现；

步骤三、将合成图的像素排列顺序调节为与原来相反，至此，得到的最佳观看距离为 其中D为调节前的最佳观看距离，m为衍生透镜角度为β时所覆盖的图数，n 为原始柱透镜覆盖的图数。

在现有的柱透镜光栅裸眼3D显示器所匹配的3D播放器参数条件下，仅通过调节播 放器的图像合成方式和播放器的视差图读取顺序，可以调解出另外一个更远观看距离和另 一种3D效果，从而实现远近观看距离可供观看者选择。

本实施方式使用了柱透镜的衍生透镜。柱透镜除了有图4中A所示的横向柱透镜效 果，还有倾斜一些角度之后如图5中B和C所示的斜向的柱透镜效果，此时就可以把B 和C称为衍生透镜。根据这个原理，在固定的柱透镜上还可以在其他角度获得到柱透镜 效果。

如图6所示，实线E代表原始的柱透镜，原始柱透镜角度为3/1，覆盖图数为8图, 子像素选取方式为BGR。在相反方向，如图7中虚线部分(虚线F代表衍生透镜)所示 可以找到一个符合RGB的排列方式(合成图需要把原来BGR排列方式反过来按RGB排 列)，此排列方式也同样具备制作3D合成图的要求，从而可以获得角度、覆盖图数不同 于原始柱透镜的透镜效果，因而通过衍生透镜也可以获得一个3D效果，对比衍生透镜和 原始透镜，衍生透镜的截距小了近一半，得到的衍生透镜的角度为-11.32度(定义透镜轴 线与竖直方向的夹角，逆时针为正值，顺时针为负值)，覆盖图数为4.8。原始柱透镜和衍 生透镜的角度方向不同，合成图的排列左右方向相反，即原本视差图是从左往右排列，需 要变成从右往左排列，衍生透镜所覆盖的图数缩小为原来的近一半。

如图8所示的观看距离原理示意图，根据观看距离公式n/Q＝d/D(其中n为透镜覆盖 图数宽，Q为人两眼的距离，d为柱透镜与屏幕的距离，D为人与柱透镜的距离)可知， D＝dQ/n，当n减小一半时，D可以变为原来的2倍，所以原来的3D显示器若最远观看距 离为6米，通过衍生透镜转换，观看距离可以调节到12米。

具体实施方式二：下面结合图9和图10说明本实施方式，本实施方式是对实施方式 一所述的调节裸眼3D显示器最佳观看距离的方法的进一步限定，本实施方式中，步骤一 所述的选取衍生透镜的角度β的方法为：

步骤一一、根据逐一推算出符合条件的n值，2≤m≤9，2≤n≤9，a为子 像素宽度，且x为a的正整数倍，α为原始柱透镜角度；

步骤一二、将得到的n值代入公式中，计算得到β值。

在已确定参数带播放器的柱状透镜光栅裸眼3D显示器上进行调节，定义固有的参数： 原始柱透镜角度α(以竖直线作为零刻度，柱透镜方向从左上到右下定义为负值，柱透镜 与y轴的夹角为柱透镜角度，反之柱透镜方向从右上到左下定义为正值)；原始柱透镜覆 盖的图数为n；原始像素结构排列假设为BGR；播放器中多视点图片排列从左到右。

首先需要找个这个适合使用的衍生透镜的角度β，其实从以上选取衍生透镜的方式， 可以得出无数种符合条件的衍生透镜，而实际上只有极个别角度是可以获得清晰的画面， 大部分其他角度都会因为合成图角度、原始柱透镜边沿生成复杂的光路而产生严重的干涉 条纹。理论上推断当原始透镜、衍生透镜及子像素的黑边相交于一点时候(如图9所示)， 光的干涉相对简单一下，才可能获得相对清晰的干涉画面。

通过大量的实验数据发现所有的原始透镜和能获得清晰画面的衍生透镜的焦点都会 经过子像素的长边(如图9所示)，也恰好符合理论推断，所以可以通过此方法，用原始 柱透镜的参数计算出衍生透镜的值。

衍生透镜角度β的计算方法：

取原始透镜和衍生透镜的一个焦点作为坐标原点，建立直角坐标系(如图10)，设： 原始柱透镜角度为α，覆盖图数为n，；衍生透镜角度为β；覆盖图示为m，m为2至9 的之间的整数，图10中四条直线的方程为：

直线①：$y=\frac{x}{\tan \alpha }$

直线②：$y=(x-\mathrm{na})\frac{1}{\tan \alpha }$

直线③：$y=-\frac{x}{\tan \beta }$

直线④：$y=-(x-\mathrm{ma})\frac{1}{\tan \beta }$

直线②和直线③的交点：$(x-\mathrm{na})\frac{1}{\tan \alpha }=-\frac{x}{\tan \beta }$

直线①和直线④的交点：$\frac{x}{\tan \alpha }=-(x-\mathrm{ma})\frac{1}{\tan \beta }$

化简后得到如下公式(1)和公式(2)：

$\tan \beta =-\frac{x\tan \alpha }{x-\mathrm{na}}---\left(1\right)$

$\tan \beta =-\frac{(x-\mathrm{ma})\tan \alpha }{x}---\left(2\right)$

将公式(1)和公式(2)合并后得到公式(3)：

$x=\frac{\mathrm{mn}}{m+n}a---\left(3\right)$

由于当原始透镜、衍生透镜及子像素的黑边相交于一点时候，才会获得相对清晰的干 涉画面，因此x必须为a的正整数倍。

结合条件2≤m≤9，2≤n≤9，在已知m的情况下，可以逐一推出符合条件的n值， 再带入公式(1)中即可计算出β的值。

得到这样的角度β和覆盖图数m后，调整像素排列顺序为BGR，播放器中多视点排 列变成从右到左，此时可以获得一个较远的观看距离，该观看距离为D为原 始的观看距离。

通过以上方法，在一个成品柱透镜裸眼3D整机上面，当观看者想再更远的地方看到 3D效果，仅需要调整下播放器的合成图角度、覆盖图数、像素排列顺序，并倒叙视差图， 就可以实现，甚至可以设置好播放器参数，只需要一键控制，即可实现大幅度远近距离调 整观看。

具体实施方式三：本实施方式是对实施方式二所述的调节裸眼3D显示器最佳观看距 离的方法的进一步限定，本实施方式以WZ46寸裸眼3D显示器为例，调节其最佳观看距 离。

原始柱透镜角度为-18.4349°，即覆盖图数n＝8，像素排列顺序BGR，视差 图排列从左到右，观看距离3m。

将n值代入公式(3)得：根据m要大于等于2且小于等于9，因此

当x＝a，m＝1.14，不符合条件；

当x＝2a，m＝2.66667，符合条件；

当x＝3a，m＝4.8，符合条件；

当x＝4a，m＝8，符合条件；

当x＝5a，m＝13.3333不符合条件；

当x＝6a，m＝24不符合条件；

当x＝7a，m＝56不符合条件；

当x＝8a，无此m值；

当x>8a，m为负数，不符合条件。

总结以上，x的值为2a、3a或4a时均符合条件，此时任选其一即可获得一个符合合 成衍生透镜的条件。

当x＝2a时，tanβ＝-0.111111；

当x＝3a，tanβ＝-0.2；

选取x＝3a，则β为11.3099°，覆盖图数4.8，像素排列顺序RGB，视差图排列从右到 左，通过公式计算得到调整后的最佳观看距离为5m，实际测量的最佳观看距离 为6m。