本發(fā)明涉及信息顯示技術(shù)領(lǐng)域，，特別是采用一種可調(diào)式背光結(jié)構(gòu)的多距離立體視檢查裝置。

二、

背景技術(shù)：

人的兩眼分開在鼻根兩邊，兩眼掃描的角度不同，景物在兩眼視網(wǎng)膜上成像會有偏差，即“視差”。正常情況下，來自有視差的兩眼信息，經(jīng)過大腦融合分析后，便使人有了對三維(上下、左右、前后)空間各種物體遠(yuǎn)近、高低、深淺和凹凸的感知，也稱為人的“立體視覺”。人的立體視覺從3歲左右開始發(fā)育,隨著年齡的增長逐漸完善,9歲發(fā)育成熟。

欠缺立體視覺者稱為立體盲。我們用一只眼睛看東西，看到的是一個平面圖像，只有用兩只眼睛注視景物時，才能產(chǎn)生立體感。如果兩眼視力相差甚遠(yuǎn)，或兩眼不能同視，即一眼注視時，令一眼處于休息狀態(tài)，或者是獨(dú)眼，就不能將兩眼獲得的視覺信息同時供大腦視覺中樞加工處理，就會缺乏有三維空間距離、深度和立體的視覺，被稱為立體盲。這是近幾年才由生物學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的一種雙眼視覺障礙。它常伴有弱視、斜視、屈光參差和單眼低視力等眼病。

立體盲的發(fā)病率約為2.67％，立體視覺異常則高達(dá)30％，我國估計至少有2000萬立體盲患者。一般立體盲現(xiàn)象出現(xiàn)在以下人群中：斜視患者、弱視患者、眼外傷患者、成人視功能障礙者、白內(nèi)障患者。

除了不能良好地觀看3D電影，立體盲還會影響職業(yè)選擇。立體盲患者許多工作都不能勝任。例如飛行員、各種機(jī)動車(船)駕駛員、運(yùn)動員，各種精密機(jī)械的操作和精密儀器、儀表的制造，顯微外科手術(shù)、遙感、遙測等專業(yè)人員都需要優(yōu)良的立體視覺功能，因為這直接關(guān)系到工作效率及質(zhì)量，人身安全和部隊的戰(zhàn)斗力。

立體視覺的檢查方法有兩類：一類是二維空間平面圖，利用色差或偏光方法使兩眼注視存在水平視差的圖像，傳入大腦合成為具有三維空間特征的立體圖像，比如立體視覺檢查圖。另一類是真實的立體視標(biāo)，讓受檢者分辨，比如立體視力測定儀。立體視覺功能好壞的客觀指標(biāo)是“立體視銳度”，它是分辨雙眼視網(wǎng)膜物像間最小水平視差的能力，一般為6～10秒角。一個人的立體視銳度越小，其立體視覺功能就越好。立體視銳度小于或等于60秒角為立體視覺正常，大于60秒角為立體視覺異常，立體視覺缺失為立體盲。

上述的測試方法都存在檢測樣本單一，檢測距離受限，存在單眼線索等問題。

視差立體又稱為雙眼立體，通過技術(shù)手段將左右兩幅帶有視差的圖像分別投入到觀看者的左右眼，經(jīng)過大腦的視覺神經(jīng)中樞進(jìn)行融合，在大腦中形成立體感。與此同時，視差立體具有很低的串影率，因此可以嚴(yán)格控制單眼線索。

三、

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是，提供了一種采用可切換指向性背光的多距離自由立體測試裝置，克服了以上傳統(tǒng)檢測設(shè)備的不足，具有極好的檢測效果。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。采用可調(diào)式指向性背光結(jié)構(gòu)的自由立體測試裝置，裝置由可調(diào)式指向性背光結(jié)構(gòu)、被測者位置探測模塊、幀同步信號提取模塊、中央處理模塊、圖像顯示屏構(gòu)成；中央處理模塊根據(jù)接收到的被測者位置信息和幀同步信號，控制可調(diào)式指向性背光結(jié)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)切換相應(yīng)的透鏡組合，并分時點(diǎn)亮光學(xué)引擎中的發(fā)光單元；可調(diào)式指向性背光結(jié)構(gòu)包括光學(xué)引擎、聚光鏡、導(dǎo)光器件、三角棱鏡組成的光路、多層導(dǎo)光板構(gòu)成的導(dǎo)光器件、固定菲涅爾透鏡和一能旋轉(zhuǎn)的不同焦距的菲涅爾透鏡實現(xiàn)的不同透鏡組合；從光學(xué)引擎發(fā)出的光線，經(jīng)過聚光鏡實現(xiàn)匯聚，通過導(dǎo)光板之后，再通過反射鏡反射到第一個菲涅爾透鏡，然后再通過第二個能切換焦距的菲涅爾透鏡；第二個菲涅爾透鏡的光線再反射到折光反射鏡上后，透過屏幕實現(xiàn)光線的匯聚。不同焦距的菲涅爾透鏡組合使光線在不同的位置形成觀看窗口，將左右圖像分別投射到被測者的左右眼，被測者就可以看到立體畫面；根據(jù)幀同步信號分時點(diǎn)亮光學(xué)引擎中左右圖像對應(yīng)的發(fā)光單元，實現(xiàn)光線在特定位置分時匯聚，形成交替出現(xiàn)的觀看窗口。

光路由下述元件組成，即發(fā)光單元1、聚光鏡2、導(dǎo)光器件即第一導(dǎo)光板3、三角棱鏡4、三角棱鏡5、導(dǎo)光器件即第二導(dǎo)光板6、三角棱鏡7、第一透鏡8、第二透鏡9、第三透鏡10、第四透鏡11、第一折光鏡12、第二折光鏡13、顯示屏14；光線從光源按上述光學(xué)元件傳導(dǎo)或反射直到顯示屏14；其發(fā)光單元寬度w；發(fā)光單元陣列中心距離t、觀看窗口寬度W、觀看窗口之間距離T；

光學(xué)引擎發(fā)出的光線在某個距離匯聚成觀看窗口：在不同觀看距離，觀看窗口寬度與發(fā)光單元長度成固定的比例關(guān)系，比例常數(shù)為β₁，β₂，β₃，即分別代表不同距離的比例常數(shù)；

$\frac{W}{w}=\frac{T}{t}=\mathrm{\β}$

上式中，W表示觀看窗口的寬度，w表示發(fā)光單元的寬度，T表示兩個觀看窗口之間的距離，t表示兩個發(fā)光單元之間的距離。

所述的能多距離觀看的立體視檢查裝置進(jìn)行檢查的方法，

采用可調(diào)式指向性背光結(jié)構(gòu)的多距離立體視檢查裝置?？烧{(diào)式指向性背光結(jié)構(gòu)，通過不同的透鏡組合，實現(xiàn)了在不同位置形成被測者觀看窗口。被測者位置探測模塊獲得精確的左右瞳孔位置信息，中央處理模塊在接收到被測者位置信息和幀同步信號之后，控制切換可調(diào)式指向性背光分時形成觀看窗口。背光模塊將相應(yīng)的左右圖分別送入到被測者的左右瞳孔，使被測者的左右眼在不同時刻分別看到左右圖像；被測者接收到具有視差的兩幅圖像以后在大腦視覺中樞合成立體影像；可調(diào)式指向性背光結(jié)構(gòu)，為顯示屏提供幀同步背光；通過透鏡調(diào)節(jié)切換裝置，實現(xiàn)不同透鏡組合，配合光學(xué)引擎中發(fā)出的光線，在不同的位置形成觀看窗口。

在被測者位置發(fā)生變化以后，中央處理單元發(fā)出對應(yīng)指令控制切換透鏡組合和光學(xué)引擎實現(xiàn)對應(yīng)的調(diào)整，通過這種方式實現(xiàn)了光線在不同位置形成觀看窗口；中央處理模塊根據(jù)幀同步信息，在左圖像顯示的時候為左眼提供指向性背光并實現(xiàn)光線匯聚，在右圖像顯示的時候為右眼提供指向性背光并實現(xiàn)光線匯聚。被測者在某個時刻只能看到左圖或者右圖，因此立體內(nèi)容可實現(xiàn)高清顯示，不損失分辨率。

中央處理模塊自動檢測顯示內(nèi)容，根據(jù)顯示內(nèi)容的不同，在2D和3D狀態(tài)間自由切換，實用性強(qiáng)。

中央處理模塊接收到被測者位置探測模塊的信號以后，將光學(xué)引擎中的對應(yīng)發(fā)光單位點(diǎn)亮；與此同時，中央處理模塊接收幀同步信號，分時點(diǎn)亮光學(xué)引擎中的發(fā)光單元；在顯示左圖圖像的同時，與左圖對應(yīng)的發(fā)光單元被點(diǎn)亮，光線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)形成左眼觀看窗口；同理，在顯示右圖圖像的同時，與右圖對應(yīng)的發(fā)光單元被點(diǎn)亮，光線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)形成右眼觀看窗口；左右觀看窗口分時呈現(xiàn)，分別投射到被測者的左右瞳孔；被測者在位置移動的過程中，中央處理模塊可以根據(jù)被測者的位置調(diào)整光學(xué)引擎中的對應(yīng)發(fā)光單元，從而實現(xiàn)了左右眼觀看窗口跟隨被測者的左右眼移動。

調(diào)節(jié)透鏡切換裝置是指調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)光學(xué)透鏡通過機(jī)械部件切換透鏡得到不同焦距的透鏡組合，配合光學(xué)引擎發(fā)出的光線，在不同位置實現(xiàn)了光線匯聚并形成觀看窗口；從光學(xué)引擎中發(fā)出的光線，經(jīng)過由聚光鏡、導(dǎo)光器件、三角棱鏡組成的光路，有效的增加了光程，導(dǎo)光器件采用導(dǎo)光板。

光學(xué)引擎發(fā)出的光線在某個距離匯聚成觀看窗口：在不同觀看距離，觀看窗口寬度與發(fā)光單元長度成固定的比例關(guān)系，比例常數(shù)為β₁，β₂，β₃，即分別代表不同距離的比例常數(shù)。

$\frac{W}{w}=\frac{T}{t}=\mathrm{\β}$

上式中，W表示觀看窗口的寬度，w表示發(fā)光單元的寬度，T表示兩個觀看窗口之間的距離，t表示兩個發(fā)光單元之間的距離。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

1、采用可切換透鏡組合，實現(xiàn)了被測者在不同距離觀看立體效果；

2、采用多層導(dǎo)光器件，提高了光效利用率；

3、采用幀同步控制算法，精準(zhǔn)控制左右圖顯示背光，串影率低，單眼線索少，顯示效果好；

4、可小型化，攜帶方便，實用性強(qiáng)；

5、采用被測者位置探測模塊，精準(zhǔn)控制觀看窗口位置，保證左右圖分別投射到被測者的左右眼，立體效果好；

6、分時控制，左右圖分辨率可等于顯示器物理分辨率，可超高清顯示立體畫面；

7、2D和3D自動切換，操作方便。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的方案單眼線索低、多個距離觀看、輕薄、超高清、平面立體兼容等。

四、附圖說明

圖1是一個實施實例的整體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖2對稱可調(diào)式背光結(jié)構(gòu)可多距離觀看原理圖；

圖3聚光鏡原理圖；

圖4三角棱鏡原理圖；

圖5透鏡切換裝置原理圖；

圖6折光反射鏡原理圖；

圖7系統(tǒng)整體原理框圖。

五、具體實施方式

圖中，發(fā)光單元1、聚光鏡2、導(dǎo)光器件即第一導(dǎo)光板3、三角棱鏡4、三角棱鏡5、導(dǎo)光器件即第二導(dǎo)光板6、三角棱鏡7、第一透鏡8、第二透鏡9、第三透鏡10、第四透鏡11、第一折光鏡12、第二折光鏡13、顯示屏14。光線從光源按上述光學(xué)元件的導(dǎo)或反射直到顯示屏14；

其發(fā)光單元寬度w、發(fā)光單元包括對應(yīng)左右圖像的發(fā)光單元；發(fā)光單元陣列中心距離t、觀看窗口寬度W、觀看窗口之間距離T、被測者位置A、被測者位置B、發(fā)光單元到等效平面的距離U、最佳觀看距離V(A)、最佳觀看距離V(B)、虛像物距V′。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本發(fā)明的基本思想是利用時分原理，并結(jié)合被測者位置探測模塊，實現(xiàn)左右圖像分別投射到被測者瞳孔，使被測者在任意位置都可以看到立體效果。有必要在此指出的是，以下實施實例只用于本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)成熟人員根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

該裝置采用可切換透鏡組合，整個裝置由光學(xué)系統(tǒng)、被測者位置探測模塊、幀同步信號模塊、中央處理模塊、光學(xué)引擎和圖像顯示屏組成。在本實施實例中，圖像顯示屏采用了120HZ的液晶顯示器，在滿足分時顯示的同時保證刷新率。

系統(tǒng)整體原理如下：中央處理模塊在接收到幀同步信號以后，在左圖像顯示的同時，點(diǎn)亮光學(xué)引擎中與左圖像對應(yīng)的發(fā)光單元，光線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)在特定位置形成左觀看窗口。在右圖像顯示的同時，點(diǎn)亮光學(xué)引擎中與右圖像對應(yīng)的發(fā)光單元，光線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)在特定位置形成右觀察窗口。中央處理模塊在接收到被測者位置信息以后，點(diǎn)亮光學(xué)引擎中與被測者位置對應(yīng)的發(fā)光單元。在被測者的位置發(fā)生變化以后，透鏡自動切換，同時光學(xué)引擎中的對應(yīng)發(fā)光單元點(diǎn)亮，在變化后的位置形成觀察窗口。中央處理模塊在檢測到立體內(nèi)容時，自動切換到立體播放模式，并啟動被測者位置探測模塊，同時發(fā)出指令控制光學(xué)引擎和透鏡切換。檢測到平面內(nèi)容時，切換到平面顯示模式。中央處理單元可自動檢測并控制裝置顯示平面或者立體內(nèi)容。

在本實施實例中，光學(xué)引擎由一系列的高亮LED緊密排列組成，配合驅(qū)動電路實現(xiàn)任意LED的亮滅。從高亮LED發(fā)出的光線，經(jīng)過聚光鏡(2)可以實現(xiàn)光線在YZ平面的壓縮，在本實施實例中采用棱柱鏡實現(xiàn)光線的壓縮(如圖3)，將發(fā)散的光線壓縮成近平行光。經(jīng)過壓縮的光線進(jìn)入到導(dǎo)光模組中的導(dǎo)光器件(3、6)，在本實施實例中采用導(dǎo)光板，利用其全反射原理實現(xiàn)了光線的無損傳播。光線從導(dǎo)光板進(jìn)入到三角棱鏡中(4、5)，實現(xiàn)了光線方向的翻轉(zhuǎn)，最終從三角棱鏡(7)中發(fā)出。

在本實施實例中，所使用的透鏡為菲涅爾透鏡。不同焦距的菲涅爾透鏡組合實現(xiàn)了光線在不同位置形成觀看窗口。兩種菲涅爾透鏡組合相當(dāng)于單個菲涅爾透鏡的效果，下面以單個菲涅爾透鏡進(jìn)行說明。

在菲涅爾透鏡一倍焦距內(nèi)放置高亮LED(1)，經(jīng)過菲涅爾透鏡在遠(yuǎn)處形成虛像。點(diǎn)亮LED位置的不同，虛像的位置也不同。虛像像距V′與物距U具有如下關(guān)系：

$\frac{1}{-V^{\′}}+\frac{1}{U}=\frac{1}{f}$

其中f是菲涅爾透鏡的焦距，本實施實例中，第二菲涅爾透鏡9、第三菲涅爾透鏡10和第四菲涅爾透鏡11的焦距各不相同。通過調(diào)節(jié)透鏡切換裝置(如圖5)即旋轉(zhuǎn)鏡架，實現(xiàn)了不同的菲涅爾透鏡組合，即第一菲涅爾透鏡8分別與第二菲涅爾透鏡9、第三菲涅爾透鏡10和第四菲涅爾透鏡11的組合，使光線在不同的距離形成觀看窗口。采用不同的透鏡組合(利用透鏡組合的焦距不同)，并輔以光學(xué)引擎實現(xiàn)了在不同距離形成觀看窗口。光線經(jīng)過菲涅爾透鏡組合以后，投射到折光反射鏡上(如圖6)，經(jīng)過LCD顯示器(14)之后，實現(xiàn)了光線的匯聚。

在本實施實例中，被測者位置探測模塊由軟件和硬件組成。硬件包括三個不同焦距的攝像頭，可以在不同的位置精確捕捉被測者臉部特征。采用Adaboost算法進(jìn)行候選點(diǎn)的檢測，然后采用基于改進(jìn)SIFT特征的ASM(Active Shape Model)算法進(jìn)行人臉的精確定位。

在本實施實例中，中央處理模塊采用AVR單片機(jī)，通過串口與被測者位置探測模塊通信。中央處理模塊根據(jù)接收到的被測者位置信息和幀同步信號，控制光學(xué)引擎中高亮LED的亮滅。具體的系統(tǒng)框圖如圖7。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。