專利名稱：頭盔式無閃爍多制式全兼容立體電視技術(shù)的制作方法
利用頭盔式電視技術(shù)可以制作成頭盔式視頻顯示器，它可以象眼鏡一樣方便地配戴在觀察者的頭部，而且可以給觀察者提供更大的視場、較高的清晰度和更加逼真的臨場感，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到仿真、軍事、航空、航天、娛樂、旅游和教育等諸多方面，具有極大的市場潛力，因此受到各國科研部門和生產(chǎn)廠家越來越廣范的重視。
本發(fā)明涉及一種無閃爍、多制式、全兼容的頭盔式立體電視技術(shù)。它可以兼容地接收多種制式的平面彩色全電視圖像信號和時分式多制式立體彩色全電視圖像信號，可以通過兩只獨(dú)立的彩色液晶顯示元件顯示平面彩色電視圖象和時分式彩色立體電視圖像。由于采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、隔場存貯數(shù)字奇數(shù)場圖像信號和隔場存貯偶數(shù)場圖象信號、連續(xù)讀出數(shù)字奇數(shù)場圖像信號形成數(shù)字奇數(shù)場圖像序列和連續(xù)讀出數(shù)字偶數(shù)場圖像信號形成數(shù)字偶數(shù)場圖像序列、分別將上述信號送入兩只彩色液晶顯示元件的驅(qū)動電路、驅(qū)動兩只彩色液晶顯示元件分別顯示左眼圖象信號和右眼圖象信號。由于液晶顯示元件的顯示頻率為每只眼分配50HZ或60HZ，因此無論觀看平面圖像還是立體圖像均無閃爍。此外本發(fā)明還采用了雙眼會聚的光學(xué)成像系統(tǒng)，因此有利于雙眼單視和減輕視疲勞。本發(fā)明采用了眼鏡式和頭盔式兩種結(jié)構(gòu)，因此更加便于配戴和攜帶。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。


圖1.是本發(fā)明的原理框圖。其中1是SVCD、CVD、VCD或DVD小型視頻播放裝置，3是視頻VHS或其它錄放像設(shè)備，它們提供平面全電視彩色圖像信號或時分式彩色全電視圖像信號。2是視頻解碼電路，它將視頻信號解碼后形成亮度信號和色度信號，這兩組視頻信號分別被送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器4，它分別對經(jīng)2輸入的兩組亮度信號和色度信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字亮度信號和兩組數(shù)字色度信號。轉(zhuǎn)換后的這兩組數(shù)字亮度信號和數(shù)字色度信號又分別被以奇數(shù)場寫使能和偶數(shù)場寫使能寫入場存貯器5和6，其中5中含有的兩只場存貯器，分別存貯奇數(shù)場數(shù)字亮度圖象信號和奇數(shù)場數(shù)字色度信號，而6中含有的兩只場存貯器，分別存貯偶數(shù)場數(shù)字亮度圖象信號和偶數(shù)場數(shù)字色度信號。7是讀寫信號發(fā)生器，它發(fā)出讀寫信號和讀寫使能信號，實現(xiàn)上述寫使能控制。由7發(fā)出的讀信號將存貯在場存貯器5中的奇數(shù)場數(shù)字亮度圖像信號和奇數(shù)場數(shù)字色度圖象信號以場頻頻率連續(xù)讀出，形成一個數(shù)字奇數(shù)場序列亮度圖像信號和序列色度圖像信號。同時將存貯在場存貯器6中的偶數(shù)場數(shù)字亮度信號和存貯在場存貯器6中的偶數(shù)場數(shù)字色度圖像信號也以場頻頻率連續(xù)讀出，形成一個偶數(shù)場數(shù)字序列亮度圖像信號和序列色度信號。數(shù)字奇數(shù)場序列亮度圖像信號和序列色度圖像信號被送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器9，被轉(zhuǎn)換為模擬奇數(shù)場亮度信號和模擬奇數(shù)場色度信號。偶數(shù)場數(shù)字序列亮度圖像信號和序列色度信號被送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器8，被轉(zhuǎn)換為模擬偶數(shù)場亮度信號和模擬偶數(shù)場色度信號。8將模擬奇數(shù)場亮度信號和色度信號送入解碼器和液晶顯示器驅(qū)動電路12，被解出的R、G、B信號和液晶顯示器驅(qū)動信號被送入液晶顯示器20，20顯示的奇數(shù)場彩色圖像經(jīng)過透鏡系統(tǒng)14提供給觀察者的左眼16。另一路數(shù)模轉(zhuǎn)換器9輸出偶數(shù)場模擬亮度信號和偶數(shù)場模擬色度信號，并被送入解碼和液晶顯示其驅(qū)動電路13，13解出R、G、B信號和液晶顯示驅(qū)動信號后，驅(qū)動液晶顯示器21，21顯示的偶數(shù)場彩色圖像經(jīng)透鏡系統(tǒng)15提供給觀察者的右眼17。如果1和3所播放的是全電視彩色平面電視圖像信號，則盡管液晶顯示器20和21分別顯示的是奇數(shù)場圖像和偶數(shù)場圖像，但由于該奇偶場圖像不存在雙目視差異，因此觀察者仍然會通過透鏡系統(tǒng)14和15看到彩色平面電視圖像，該圖像每一場的場頻為50HZ或60HZ，超出人眼臨界閃爍頻率，因此不會有圖像閃爍的感覺。如果1和3所播放的是全電視彩色時分立體電視圖像信號，則由于液晶顯示器20和21分別顯示的是存在雙眼視差異的奇數(shù)場圖像和偶數(shù)場圖像，因此觀察者會通過透鏡系統(tǒng)14和15看到彩色立體電視圖像。同樣由于該圖像是每場50HZ或60HZ場頻，超出人眼的臨界閃爍頻率，因此不會有圖像閃爍的感覺。16和17分別代表觀察者的左眼和右眼，18和19是觀察者大腦視區(qū)，當(dāng)觀察者觀察到由20和21顯示的左眼圖像和右眼圖象時，即在觀察者的大腦視區(qū)中形成立體圖像。
圖2.是一般頭盔式視頻顯示器的平行會聚成像原理圖。一般的頭盔視頻顯示技術(shù)都采用這種雙目平行成像原理設(shè)計光學(xué)成像元件的，這種做法的特點(diǎn)是設(shè)計簡單、安裝調(diào)試簡便。缺點(diǎn)是無法形成“屏幕感”，因此無法形成立體圖像“突出屏幕的感覺”，也永遠(yuǎn)無法讓觀眾感覺的到立體圖像所特有的給觀眾“撲面而來”的感覺。此外由于利用雙目平行成像原理是違背雙目單視的成像要求的，當(dāng)觀眾觀看采用平行成像原理制作的頭盔式視頻顯示器圖象時，在液晶顯示器的邊緣部分會出現(xiàn)雙眼復(fù)視，特別當(dāng)被顯示的圖像內(nèi)容焦點(diǎn)出現(xiàn)在液晶顯示器的邊緣部分時，雙目會聚圖像會遇到嚴(yán)重的困難，為了實現(xiàn)雙目會聚，人的雙眼晶狀體將出現(xiàn)強(qiáng)烈地調(diào)節(jié)、輻輳和會聚的矛盾反映，由此引發(fā)嚴(yán)重的視疲勞并最終導(dǎo)致圖像無法會聚成像的結(jié)果。22和23是反映平行成像原理的兩根平行的視軸。28是一個立體視野的例子，可以看出，由于采用平行成像的方法，立體視野被大大地限制了。26是平行成像原理的會聚距離，由于雙目視線是平行的，所以只能會聚在無限遠(yuǎn)處。27是合成的立體圖像，它只能呈現(xiàn)在很遠(yuǎn)的位置，無法突出被顯示物體的近景。
圖3.是本發(fā)明的雙目會聚成像原理圖。由液晶驅(qū)動電路和解碼電路送來的視頻信號被送入液晶顯示器20和21，20和21不是平行安置的，而是形成一定的夾角，以保證左眼觀察到的圖像和右眼觀察到的圖像可以在眼前會聚。14和15是安裝在液晶顯示器20和21前面的透鏡組，它改變了觀眾對于液晶顯示器20和21所張開的雙眼視角使液晶屏幕的尺寸被放大，同時在距離液晶顯示器較遠(yuǎn)的位置24處形成成像曲面。22和23是同液晶顯示器的屏幕相垂直的兩條視軸，它們在距離雙眼不遠(yuǎn)的地方會聚，形成會聚角26。24是由于會聚形成的兩只液晶屏幕的像，由于會聚角26的影響，這個會聚屏幕已經(jīng)不是一個平面而是一個曲面，但由于會聚角很小，因此這個會聚面仍然是近似平面的。由于立體視野較之平行成像法大的多，而且不會出現(xiàn)雙眼爭奪問題，所以沒有雙眼復(fù)視的現(xiàn)象，觀眾觀看這種圖像會感到更加舒適，大大降低了視疲勞。當(dāng)液晶顯示屏顯示立體電視圖象時，凡交叉視差的立體圖像25將突出在會聚屏幕24之外，接近觀察者的眼鏡，產(chǎn)生“呼之欲出”的臨場感覺。而非交叉視差的立體圖像25會深入會聚屏幕24以內(nèi)，形成深遠(yuǎn)的感覺。這樣就使得這種頭盔式視頻顯示技術(shù)更具有觀賞價值。
圖4.是本發(fā)明的一個實施例。50是輸入的彩色全電視平面圖象信號或彩色全電視時分立體電視圖像信號，可以是PAL和NTSC制式的電視信號。30是彩色電視通用全制式解碼電路，它將上述的視頻信號解碼為亮度信號和色度信號，32是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，可由兩只TCL59101構(gòu)成，它將亮度信號和色度信號轉(zhuǎn)換為兩路數(shù)字亮度信號和數(shù)字色度信號，并送入場存貯器33和35，33中含有兩只場存貯器，35中也含有兩只場存貯器，它們可以由MSM518221后MSM518222組成。讀寫脈沖發(fā)生器31發(fā)出奇數(shù)場寫使能信號使33中的兩只場存貯器只存貯奇數(shù)場數(shù)字亮度圖像信號和奇數(shù)場數(shù)字色度圖象信號。同時讀寫脈沖發(fā)生器31發(fā)出偶數(shù)場寫使能信號使35中的兩只場存貯器只存貯偶數(shù)場數(shù)字亮度圖像信號和偶數(shù)場數(shù)字色度圖象信號。31又發(fā)出同輸入場頻一致的連續(xù)的讀信號，使得33中的奇數(shù)場數(shù)字亮度圖象信號和奇數(shù)場數(shù)字色度信號被連續(xù)讀出，形成奇數(shù)場數(shù)字序列圖象信號，并被送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器34中的一只。31同時又發(fā)出同輸入場頻一致的連續(xù)的讀信號，使得35中的偶數(shù)場數(shù)字亮度圖象信號和偶數(shù)場數(shù)字色度信號被連續(xù)讀出，形成偶數(shù)場數(shù)字序列圖象信號，并被送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器34中的另一只，數(shù)模轉(zhuǎn)換器34可以由MB40978組成。34中的兩只數(shù)模轉(zhuǎn)換器分別將這兩組反映奇數(shù)場圖像和偶數(shù)場圖像的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的兩組模擬視頻信號并被分別送入由兩只CXA250AR構(gòu)成的液晶顯示器驅(qū)動電路36和37，背射光源39和40被高頻電壓發(fā)生器51和38點(diǎn)亮，為液晶顯示器提供照明。液晶顯示器41和42在由36和37發(fā)出的驅(qū)動信號驅(qū)動下分別為觀察者的左眼和右眼提供每場50HZ或每場60HZ的彩色圖像。當(dāng)輸入信號50是全電視平面彩色電視圖象信號時，液晶顯示器41和42顯示無視差的彩色平面電視圖像，當(dāng)輸入信號50是全電視時分立體彩色電視圖像信號時，液晶顯示器41和42顯示有視差的立體電視圖像。43和44是全反射鏡，46和47是透鏡，液晶顯示屏幕經(jīng)43，44和46，47將兩個圖像放大，經(jīng)過雙眼會聚后在45處形成立體圖像。為了更清楚地解釋上述的光學(xué)成像系統(tǒng)，我們用側(cè)視圖進(jìn)行進(jìn)一步的說明。39和40是液晶顯示屏幕的背射光源，41和42是液晶顯示屏幕，43和44是全反射鏡，46和47是透鏡，49和48是觀察者的雙眼。45是經(jīng)過全反射鏡43和44，透鏡46和47形成立體圖像。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種頭盔式無閃爍多制式全兼容立體電視技術(shù)，其基本特征是，輸入信號是平面彩色全電視視頻信號或時分立體彩色全電視視頻信號，該輸入信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字亮度圖象信號和數(shù)字色度圖象信號，這兩個數(shù)字信號被送入四只場存貯器，其中兩只場存貯器受到寫使能控制，只寫入奇數(shù)場輸入信號，而另兩只場存貯器也受到寫使能控制，只寫入偶數(shù)場輸入信號，存貯有奇數(shù)場數(shù)字亮度信號和奇數(shù)場數(shù)字色度信號的場存貯器被以輸入信號的場頻頻率連續(xù)讀出，形成奇數(shù)場數(shù)字亮度圖象信號序列和奇數(shù)場數(shù)字色度信號序列，并被送入解碼器和液晶驅(qū)動器驅(qū)動一只彩色液晶顯示器顯示奇數(shù)場彩色圖像，通過光學(xué)成像裝置提供給觀察者的左眼，而存貯有偶數(shù)場數(shù)字亮度信號和偶數(shù)場數(shù)字色度信號的場存貯器也被以輸入信號的場頻頻率連續(xù)讀出，形成偶數(shù)場數(shù)字亮度圖象信號序列和偶數(shù)場數(shù)字色度信號序列，并被送入另一只解碼器和液晶驅(qū)動器驅(qū)動另一只彩色液晶顯示器顯示偶數(shù)場彩色圖像，通過另一只光學(xué)成像裝置提供給觀察者的右眼，觀察者的左眼只能看到由奇數(shù)場記錄的左眼圖象，而右眼只能看到由偶數(shù)場記錄的右眼圖像，當(dāng)輸入信號是平面彩色全電視視頻圖像信號時，觀察者看到彩色平面圖像，當(dāng)輸入信號是時分立體彩色全電視圖象信號時，觀察者看到彩色立體圖像，兩只液晶彩色顯示器安裝在觀察者眼前，觀察者像配戴眼鏡一樣配戴這種視頻圖像觀賞裝置，形成一種頭盔式立體電視。
2.權(quán)利要求1中所述的“…兩只液晶彩色顯示器安裝在觀察者眼前…”，其基本特征是，兩只液晶顯示器不是平行安置的，它們形成一定的夾角，以保證觀察者左眼看到的圖像和右眼看到的圖像可以在眼前會聚。
3.權(quán)利要求1中所述的“…光學(xué)成像裝置…”，其基本特征是該光學(xué)成像裝置是由全反射鏡和透鏡組成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無閃爍、多制式、全兼容的頭盔式立體電視技術(shù)。它可以兼容地接收多種制式的平面彩色全電視圖像信號和時分式立體彩色全電視圖像信號,可以通過兩只獨(dú)立的彩色液晶顯示元件顯示平面彩色電視圖象和無閃爍時分式彩色立體電視圖像,本發(fā)明采用的雙眼會聚光學(xué)成像系統(tǒng)和特殊設(shè)計的眼鏡式和頭盔式結(jié)構(gòu)有利于雙眼會聚、減輕視疲勞和配戴舒適。
文檔編號G02B27/22GK1255024SQ9812511
公開日2000年5月31日 申請日期1998年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月24日
發(fā)明者李昌, 沈笑云, 周逸奇 申請人:天津三維顯示技術(shù)有限公司