專利名稱：顯示器及顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動立體聲設(shè)備。特別是涉及一種具有不與觀察者接觸的顯示器和由觀察者看到的對應(yīng)觀察者位置的圖像的自動立體聲設(shè)備。
再設(shè)想一下，支持這一方式的顯示設(shè)備易于安裝在你的桌上或裝配在你的門或墻上，不需要你去配戴任何特殊的眼鏡或裝備，沒有任何活動的部分，并且可以做成從后到前大約一英寸或兩英寸的厚度?？臻g分辨率完全等于現(xiàn)在的LCD顯示器的分辨率。
這將開發(fā)出許多實際的應(yīng)用。分子生物學(xué)家或CAD設(shè)計者可以直接以他們的模型來工作，不需要配戴視覺設(shè)備，否則那樣會妨礙他們的視覺。與現(xiàn)有的自動立體聲顯示器不同，這些用戶不需要與屏幕保持一段距離。一個外科醫(yī)生，在完全的三維立體空間中，可以看到一個病人的內(nèi)視圖，而不需要配戴任何視覺設(shè)備，否則會妨礙對一個真正的患者的觀察。視頻電話可以提供面對面交談的直接性和空間真實度。在商店及其他地點可以以同樣的直接方式向公眾提供一幅交互式的活動圖形作為實物圖形，卻沒有后者的費用和物理限制。消費者可以在家里與具有完全真實感和維數(shù)的游戲或活動人物進行交互。
這種技術(shù)會帶來一種便攜式的顯示器，大約是不帶鍵盤的筆記本電腦的大小，在位置和方向上都可以自由移動。它可以使人在房間中通過瀏覽它看到一個虛擬物體的不同視圖。
本發(fā)明屬于一種顯示方法。該方法包括用一臺攝像機觀測一個觀察者處在空間中的位置的步驟。然后有用與該攝像機相連的計算機確定該觀察者的第一只眼睛和第二只眼睛在空間中的位置的步驟。接下來有隔行掃描第一圖像和第二圖像到第一屏幕上的步驟。然后有調(diào)整處在第一屏幕和觀察者之間的第二屏幕上的掩碼圖顯示的步驟，以便該觀察者只能用其第一只眼看到第一屏幕的第一圖像，并且只能用其第二只眼看到第二屏幕。
本發(fā)明屬于一種顯示器。該顯示器包括一個傳感裝置，用于識別觀察者的N只不同的眼睛在空間中的位置，其中N大于或等于2，是一個整數(shù)，V大于或等于1，是一個整數(shù)。該顯示器包括一個顯示裝置，用于向N只不同的眼睛顯示N幅不同的圖像，其中每一幅圖像都是每一只眼睛在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)。該顯示裝置沒有任何活動的部分。顯示裝置與傳感裝置通訊。
附圖2是本發(fā)明的方法的流程圖。
附圖3a，3b和3c是一個觀察者相對顯示器的示意表示。
附圖4是一個其頭部從第一和第二屏幕轉(zhuǎn)動的觀察者的表示。
附圖5是對于一個其頭部從第一和第二屏幕轉(zhuǎn)動的觀察者來說第一和第二屏幕最佳間隔方式的一種表示。
詳細說明下面參考附圖，在幾幅視圖中相同的附圖標記指示類似的或相同的部分，特別是附

圖1所示的顯示器10。顯示器10包括一個傳感裝置12，用于識別V個觀察者16的N只不同的眼睛14在空間中的位置，其中N大于或等于2，是一個整數(shù)，V大于或等于1，是一個整數(shù)。顯示器10包括一個顯示裝置18，用于向N只不同的眼睛14顯示N幅不同的圖像，其中每一幅圖像都是每一只眼睛在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)。顯示裝置18遠離并且不與V個觀察者16接觸。顯示裝置18與傳感裝置12通訊。
更可取地，顯示裝置包括一臺計算機，該計算機從識別每一只眼睛在空間中的位置的傳感裝置接收信息并產(chǎn)生所述圖像。該計算機導(dǎo)致與V個觀察者中的第一觀察者相關(guān)的N個圖像的第一圖像和N個圖像的第二圖像被隔行掃描顯示在第一屏幕上，其中隔行掃描的第一圖像與第二圖像之間的間隔根據(jù)每一只眼睛在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)而不同。
更可取地，顯示裝置18產(chǎn)生N幅不同的圖像以便N只眼睛14的每一只只能看到與之相關(guān)的圖像而不能看到N幅圖像中的其它圖像。顯示裝置18最好還包括一臺計算機20，該計算機從識別每一只眼睛在空間中的位置的傳感裝置12接收信息并產(chǎn)生圖像。更可取地，顯示裝置18包括一個與計算機20相連的其上顯示圖像的第一屏幕22，以及與第一屏幕相鄰安排在第一屏幕22和N只眼睛14之間的第二屏幕24，該第二屏幕有選擇的呈現(xiàn)第一屏幕22的部分內(nèi)容給觀察者16。更可取地，顯示裝置18包括一個安排在第一屏幕22后面照亮第一屏幕22的照明源28。
計算機20會導(dǎo)致與V個觀察者16中的第一觀察者相關(guān)的N個圖像的第一圖像和N個圖像的第二圖像被隔行掃描顯示在第一屏幕22上，此外，計算機20會導(dǎo)致對應(yīng)隔行掃描的第一和第二圖像的掩碼圖30顯示在第二屏幕24上，以便第一觀察者只能用其第一只眼看到第一圖像，并且只能用其第二只眼看到第二圖像，如附圖3a，3b和3c所示。更可取地，第一圖像和第二圖像被隔行掃描成垂直圖像條紋32，并且掩碼圖30包括隨第一觀察者移動而改變的阻光不透明垂直條紋34，以便第一觀察者總能用第一只眼看第一圖像，用第二只眼看第二圖像。掩碼圖30的垂直不透明條紋34的寬度根據(jù)下面的比率動態(tài)變化。
(圖像和掩碼之間的間距)/(半掩碼條紋寬度)＝(觀察者離屏幕的距離)/(左眼和右眼之間的間距)更可取地，隔行掃描的垂直圖像條紋之間的間距是一個錐形透視線性函數(shù)。位于第一屏幕上條紋序列中的第n個位置可以通過Xn+1＝AXn+B迭代X0＝0 X1＝B X2＝AB+B X3＝A2B+AB+B
XN＝B(AN-1+…+A+1)A＝(1-py-1)/(1-qy-1)B＝(pxpy-1-qxqy-1)/(1-qy-1)并且觀察者兩只眼睛的位置是p＝(px，py) q＝(qx，qy)傳感裝置12包括一個與第二屏幕24相鄰的第一視頻攝像機26a，監(jiān)控眼睛14在空間中的位置。更可取地，傳感裝置12包括V個視頻攝像機26，以確定V個觀察者16的眼睛14的位置。掩碼圖30最好具有安排在不透明條紋34之間的清晰條紋，每一個清晰條紋的左邊界之間具有p2的距離，并且每一個清晰條紋的寬度為p2/3。計算機20最好隔行掃描第一屏幕22的第一和第二圖像為均勻間隔的垂直圖像條紋32，以便通過第二屏幕24上的不透明條紋34完全阻塞第一觀察者的第一只眼看偶數(shù)編號的圖像條紋，并通過第二屏幕24上的不透明條紋34完全阻塞第一觀察者的第二只眼看奇數(shù)編號的圖像條紋。
N幅圖像通過計算機20進行合成圖像插補合成產(chǎn)生并形成第一和第二圖像。更可取地，顯示器10包括一個景象攝像機裝置，用于N幅圖像的攝像，計算機20通過合成圖像插補形成第一和第二圖像。
本發(fā)明屬于一種顯示方法。該方法的流程圖如圖3所示。該方法包括用攝像機觀測觀察者在空間中的位置的步驟。然后具有用與攝像機相連的計算機20確定觀察者的第一只眼和第二只眼在空間中的位置的步驟。下一步就是隔行掃描第一圖像和第二圖像到第一屏幕22。接下來具有根據(jù)每一只眼在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)來改變隔行掃描的第一圖像與第二圖像之間的間距的步驟。然后有調(diào)整處在第一屏幕22和觀察者之間的第二屏幕24上的掩碼圖30顯示的步驟，以便該觀察者只能用其第一只眼看到第一屏幕22的第一圖像，只能用其第二只眼看到第二屏幕24。
可取地，調(diào)整之后，是在空間中移動觀察者的步驟。然后，具有當觀察者從第二屏幕24移走的時候動態(tài)改變掩碼圖30以使不透明條紋34變窄和隨著觀察者移向第二屏幕24而使不透明條紋34變寬的步驟。
本發(fā)明屬于一種顯示器10。顯示器10包括一個傳感裝置12，用于識別觀察者16的N只不同的眼睛14在空間中的位置，其中N大于或等于2，是一個整數(shù)，V大于或等于1，是一個整數(shù)。顯示器10包括一個顯示裝置，用于向N只不同的眼睛14顯示N幅不同的圖像，其中每一幅圖像都是每一只眼睛在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)。顯示裝置18沒有任何移動的部分。顯示裝置18與傳感裝置12通訊。
在優(yōu)選實施例的操作中，顯示器10包括兩個LCD屏幕，一個后屏L1和一個前屏L2，它們之間的間距寬度為G，其中G大約為一或兩英寸。每一個LCD顯示器都能以大約每秒120幀顯示連續(xù)的圖像。在后屏L1的后面是一個提供均勻照明的長方形光源，例如照明盒。同樣，屏幕L1和照明盒可以由一個至少每秒120幀圖像的CRT代替。在韋恩NJ的托馬斯電子(Thomas Electronics in Wayne NJ)是這種快速CRT顯示器的制造商之一。
安裝在前屏L2的上面，下面或側(cè)面的是一個視頻攝像機26，其對準觀察者。同樣，可以有兩個視頻攝像機26一個挨著一個地對準觀察者。兩個LCD顯示器通過計算機20相連，并向兩個屏幕發(fā)送一個隨時間變化的圖像。
上述設(shè)備可以有多個副本，用于視頻電話，所有的都相同。在這種情況下，它們各自的計算機20以網(wǎng)絡(luò)互連。
在顯示器的操作中，從啟動到完成，正如觀察者所看到的，如何去使用，觀察者看到一個物體浮在前屏L1的中心。該物體看上去是三維的，可以擴展到該屏幕平面的前面和后面。當觀察者在任意方向(上/下，左/右，前/后)上移動他的頭時，和/或使他的頭歪到側(cè)面，該物體會保持在正確的位置，就像一個真實的物體一樣。
如果該物體是一個活動的人物，那么該人物可以知道觀察者的物理位置。例如，如果該人物面對并且看著觀察者，觀察者移動他的頭到一邊，那么該觀察者將準確地看到該人物身體的一側(cè)部分，而該人物能夠同時打手勢或轉(zhuǎn)動頭和眼睛14到那一側(cè)，以便繼續(xù)看著該觀察者。
如果兩個觀察者正在看網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的不同副本，那么每一個觀察者將以三維形式看到另一個人的頭。當一個觀察者將頭移到一邊，他將準確地看到另一個觀察者的頭的側(cè)面部分，并且另一個觀察者將有第一個觀察者的新的頭的位置的一個準確視圖。每一個觀察者將恰當?shù)馗櫰渌^察者的視線。
關(guān)于顯示器10如何操作，下面將描述使其工作的操作的內(nèi)部序列。對于所有自動立體聲設(shè)備來說的一個事實是，這里所描述的裝置的基本操作給左眼提供了一幅右眼看不到的圖，給右眼提供了一幅不同的左眼看不到的圖像。該裝置隨觀察者在空間中的位置的改變而自動矯正。新的一點就是能在一個沒有任何移動部分的緊密裝置中在觀察者所在位置的較寬范圍內(nèi)實現(xiàn)這一點，包括對觀察者的距離和磁頭俯仰角進行矯正。
已經(jīng)存在這樣一種用于自動立體聲顯示器的裝置，提供不同的圖像給觀察者的左眼和右眼14，但它們都存在至少如下缺陷之一1.需要大容量的光學(xué)系統(tǒng)2.需要觀察者的頭位于或在距離顯示屏平面特定固定距離附近，3.需要顯示裝置的機械運動跟著觀察者的頭的活動。
4.作為“全息”，在需要同步生成大量不同視圖的意義上，去考慮觀察者的眼睛14可能位于的所有地方。
全息方法允許許多觀察者同時觀看景象，但在景象源是真實世界的情況下還需要多臺攝像機，否則在合成生成景象的情況下需要大量計算。例如，有一種全息方法稱作“區(qū)域”方法，其中生成N個視圖，每一個可見物來自空間中一個有限的區(qū)域。觀察者移動他/她的頭以便他的眼睛14落在兩個不同的區(qū)域中，左眼和右眼因此每一個都能看到不同的視圖。該方法允許觀察者有限的移動，而不需要系統(tǒng)去跟蹤該觀察者。
關(guān)于顯示器10，觀察者左眼和右眼呈現(xiàn)兩種不同的圖像。這是通過在后屏上的垂直條紋中出示兩個隔行掃描的圖像，并在前屏上使用一個隨觀察者的移動而改變的阻光垂直條紋掩碼圖來實現(xiàn)的，以便觀察者總能從他的左眼只看到一幅圖像，并從他的右眼只看到另外一幅圖像。在任何給定的時刻，掩碼允許該觀察者只看到每一幅圖像的1/3。通過在三個這種掩碼視圖間快速旋轉(zhuǎn)，可以在每一個視頻幀中呈現(xiàn)給觀察者一個完整的左右圖像。
這些掩碼圖30的寬度隨著觀察者到屏幕的距離的改變而動態(tài)變化。隨著觀察者從屏幕逐漸后退，條紋變窄，而隨著觀察者接近屏幕，條紋變寬。這樣，比率總是保持不變等式1(圖像和掩碼之間的間距)/(半掩碼條紋寬度)＝(觀察離屏幕的距離)/(左眼和右眼之間的距離)由于這個比率通過動態(tài)變換條紋的寬度可以保持不變，而不是通過變換兩個屏幕之間的物理間距，因此可以避免使用任何活動的部分。
更具體地1.攝像機使用應(yīng)用特征識別的圖像處理方式(現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)使用過)監(jiān)控觀察者眼睛的位置?；谟^察者的位置，計算機20為觀察者的左眼和右眼14看到的每一幅圖像進行計算(既可以合成地或，在通過攝像機捕獲圖像時，通過兩個攝像機視圖間的合成圖像插補)。這兩個圖像由IM1和IM2表示。
2.照明源28在后LCD屏幕的后面提供均勻照明，該照明在對觀察者變?yōu)榭梢暻巴ㄟ^兩個LCD屏幕(首先是后屏L1，然后是前屏L2)中的每一個將連續(xù)屏蔽起來。
3.基于觀察者的位置，計算機20計算前屏L2上一序列均勻間隔的垂直不透明的和清晰的條紋圖案。光源只能通過清晰的條紋。條紋如以下方式彼此隔開*每一個清晰條紋的左邊界到下一清晰條紋的左邊界的距離為P2。
*每一個清晰條紋的寬度為P2/3。
4.同樣基于觀察者的位置，計算機20在前屏L1上隔行掃描IM1和IM2到均勻間隔的垂直條紋區(qū)域中。這些區(qū)域定位使得*通過L2的不透明條紋34完全阻塞觀察者的左眼看偶數(shù)編號的區(qū)域，并*通過L2的不透明條紋34完全阻塞觀察者的右眼看奇數(shù)編號的區(qū)域。
條紋區(qū)域以如下方式彼此分開*從每一個偶編號條紋區(qū)域的左邊界到下一個偶編號條紋區(qū)域的左邊界的距離為P1。
*每一個圖像條紋的寬度為P1/2。
5.前屏L2上的掩碼條紋和后屏L1上的交替圖像條紋都以快速連續(xù)方式變化。顯示這些條紋圖案之一的時間被稱作“微幀”。三個微幀的一個完整序列構(gòu)成一個時間的“觀察者幀”。
例如，一個微幀對于一個每秒120/3或40觀察者幀的有效幀率來說，可以是1/120秒。
在任何一個微幀中，左眼將看到圖像的1/3(通過前屏L2上的清晰條紋)并且右眼將看到圖像的1/3(通過前屏L2上這些相同的清晰條紋)。為了允許觀察者用每一只眼睛觀看一幅完整的圖像，以快速連續(xù)方式顯示三個偏移條紋圖案。從每一個微幀到下一個微幀，屏幕L2上的條紋通過P2/3偏移，屏幕L1上的交替圖像圖案通過P1/3偏移。觀察者將主觀地為左眼和右眼14合并三個微幀的每一個完整的序列為一個單一的均勻照明的圖像。
注意，在后面有不透明/清晰的光擋板屏，及在前面有偶/奇圖像條紋屏同樣很好。在這種情況下，黑/白條紋在光源到達包含圖像的屏幕前而不是后將其阻塞。
在一種實現(xiàn)方案中，使用一種CRT監(jiān)視器作為后屏L1。使用一種來自托馬斯電子設(shè)備的快速刷新CRT，其為自由閃爍操作提供足夠快的幀時間。同時，一種標準的LCD屏幕被用作前掩碼屏。鐵電體LCD屏幕被替代使用，因為這些屏幕能足夠快速的改變它們的幀時間。這可以從英格蘭，Middlesex，Thorn EMI中心研究實驗室購買。
觀察者的位置通過視頻攝像機26捕獲。為了描述使用的準確維數(shù)，采用以下規(guī)則*觀察者兩只眼睛14之間的距離為E(通常大約為65毫米)。
*在任何時刻，觀察者眼睛14之間一半位置的點H離前屏L2的距離為D。
*一個一維左/右坐標系統(tǒng)添加在前屏L2上，其原點為點H前面的點。
*一個一維左/右坐標系統(tǒng)添加在后屏L1上，其原點為點H前面的點。
屏幕L1上觀察者的右眼通過屏幕L2的每一個清晰條紋看到的區(qū)域必須替換P1/2到屏幕L1上觀察者通過屏幕L2的相同的清晰條紋看到的區(qū)域的左側(cè)。通過相似的三角關(guān)系給出一個關(guān)系內(nèi)屏間距G根據(jù)觀察者到屏幕L2的距離D去替換P1/2再到眼睛的間距E。給出這一關(guān)系，后屏L1上的條紋間距P1可以計算為P1/2＝E*G/D因為屏幕L1離觀察者比離屏幕L2還遠，其條紋必須相應(yīng)變大，以便觀察者將以可視方式看到他們排列在屏幕L2上。屏幕L2距觀察者D距離，反之屏幕L1距觀察者D+G距離。從這一點上，前屏L2上的條紋間距P2可以計算為P2＝P1*(D+G)/D對于前屏L2，讓a(s)和b(s)分別表示清晰條紋數(shù)s的左邊界和右邊界的位置，其中s＝…-3，-2，-1，0，1，2，3…然后，在每三個微楨中m＝0，1，2a(s)＝P2*(s+m/3-1/6)b(s)＝P2*(s+m/3+1/6)對于后屏L1，偶圖像條紋的左和右邊界由以下給出P1*(s+m/3-1/2)P1*(s+m/3)并且，奇圖像條紋的左和右邊界由以下給出P1*(s+m/3)P1*(s+m/3+1/2)即使觀察者只有兩只眼睛14仍需要三個相位周期的原因如下所述。
如果使用兩個相位周期，那么掩碼屏L2上不透明/清晰圖案將需要高精度，和極高的分辨率。微小的誤對齊都會導(dǎo)致觀察者從每一只眼睛看到對其它眼睛有意義的圖像的小碎片。
通過使用三個相位，可以確保觀察者的每一只眼睛14在掩碼屏L2上看到一個裂縫，該裂縫只有屏幕L1上圖像條紋寬度的2/3寬。這允許在觀察者的兩只眼睛14的任何一只看到屏幕L1上任何錯誤的圖像條紋部分之前有大約1/6圖像條紋的校正誤差。
掩碼前屏L2需要有足夠的分辨率，以便在周期的每一個相位，屏幕L2上的每一個裂縫都小于整個周期寬度的一半。那樣，可以確保任何一只眼睛都不會看到屏幕L1上錯誤圖像條紋的任何部分。
用于具有這種屬性的屏幕L2的最小完整周期的寬度為5個象素。在這一寬度，周期可以以方式1-2-2象素產(chǎn)生，因此確保了最寬的裂縫至多為一個完整周期的2/5。
觀察者距離顯示器越遠，需要的條紋周期寬度越小。為了簡化，作近似簡化，觀察者眼睛14之間的距離的兩倍為5英寸。然后給定掩碼屏幕L2上的最小周期寬度為5象素，等式1提供測量兩個屏幕之間的間距的象素寬度數(shù)，必須等于測量觀察者離圖像屏幕的距離的英寸數(shù)。
例如，假定掩碼前屏有大小為0.02英寸的象素。然后調(diào)節(jié)到最大觀察者距離40英寸，根據(jù)從后屏L1測得的結(jié)果，內(nèi)屏間距需要40個象素，或40*0.02英寸＝0.8英寸。
如果需要調(diào)節(jié)一個更大的觀察者距離，那么就需要增加內(nèi)屏間距。反之，如果使用高分辨率掩碼前屏，那么可以減小內(nèi)屏間距。
磁頭俯仰角可以很容易通過觀察者提供，只要一個兩維象素坐標方格被用于掩碼前屏L2就可以。如果該觀察者傾斜他的頭，并且我們能夠跟蹤，那么前屏L2上的掩碼條紋會相應(yīng)地傾斜，后屏L1上的交替圖像條紋也同樣傾斜。
由于象素混淆，掩碼條紋的鋸齒狀邊界對于觀察者來說是不可見的，因為在前屏L2上的掩碼條紋的左右邊界正好落在后屏L1上圖像條紋的觀察者視圖的邊界之內(nèi)，并且因為前屏L2的掩碼條紋的三個時間交替相位的總和產(chǎn)生了一個平掃描場照明。
響應(yīng)觀察者的兩只眼睛的當前位置，有必要產(chǎn)生一種面對顯示表面和第二屏幕24的交替條紋圖案(或者被稱為活性光學(xué)擋板)，其具有每一只眼位于一個“區(qū)域”的屬性，該區(qū)域中的圖像另一只眼睛完全看不到。
如果觀察者直接面對第一屏幕22或者稱作顯示屏，那么正確的圖案將由均勻間隔的條紋組成。然而，如果用戶將頭轉(zhuǎn)向左側(cè)或右側(cè)，那么均勻的條紋間隔就不再正確。事實上，任何均勻間隔的圖案將不可避免地導(dǎo)致一只眼睛移出這一區(qū)域。參見圖4。在這種情況下，光學(xué)間隔是一種錐形透視線性方式。
在圖5中示出了這樣一種光學(xué)間隔方式，兩只眼睛定位于p＝(px，py)和q＝(qx，qy)，顯示屏D在線y＝0，擋板S位于線y＝1。來自p和q的黑線表示其中擋板允許眼睛看見顯示器上的位置的視線；灰線表示其中擋板阻礙眼睛看見顯示器上的位置的視線。注意黑線在擋板屏幕上交叉(指示兩只眼睛在擋板中看到的相同通道)并且黑線在顯示屏上交替(指示每一只眼睛看見的顯示屏的交替部分，這對于其他眼睛是不可見的)。
因為在q處的眼睛比在p處的眼睛離屏幕近，擋板中通道間的間距(這些通道的位置由圖中的黑點表示)將沿著從p到q的方向連續(xù)變小。這將導(dǎo)致在擋板屏S和擋板后的顯示屏D上的條紋逐漸變窄。
事實上，在擋板上和顯示屏上通過p和q之間交叉的線的位置，通道間的間距，和條紋寬度一樣，將逐漸消失等于零。這些關(guān)系的數(shù)學(xué)描述和求導(dǎo)如下給出顯示屏上的位置(x，0)，擋板上的視線位置fp(x)位于顯示屏位置(x，0)和眼睛的位置p之間，通過線性插補獲得fp(x)＝pxpy-1+x(1-py-1)給出擋板上的位置(x，-1)，對應(yīng)的顯示屏上的視線位置可以由以下等式轉(zhuǎn)換獲得fp-1(x)＝(x-pxpy-1)/(1-py-1)因此，給定的顯示屏上的位置xn通過來自p而不是q的擋板上的清晰條紋看到，我們可以找到下一個通過來自q而不是p的擋板上的清晰條紋可見的位置xn+1，首先通過在來自q的視線中找尋擋板fq(xn)上的位置，然后在來自p的視線中找尋顯示屏上對應(yīng)的位置xn+1＝fp-1(fq(xn))可以展開為(qxqy-1+x(1-qy-1)-pxpy-1)/(1-py-1)這可以由線性等式xn+1＝Axn+B表示，其中A＝(1-qy-1)/(1p-Py-1)B＝(qxqy-1-pxpy-1)/(1-py-1)同樣給定顯示屏上通過來自q而不是p的擋板上的清晰條紋可見的下一個位置xn+1，我們可以找到顯示屏上通過來自p而不是q的擋板上的清晰條紋可見的下一位置xn+2，首先通過在來自p的視線中找到擋板fp(xn+1)上的位置，然后在來自q的視線中找尋顯示屏上對應(yīng)的位置xn+2＝fq-1(fp(xn+1))顯示屏上條紋位置序列中的第n個位置可以通過迭代xn+1＝Axn+B計算x0＝0 x1＝B x2＝AB+B x3＝A2B+AB+B xn＝B(An-1+…+A+1)序列中的奇數(shù)值給顯示屏上通過來自眼點p而不是q的擋板可見的條紋定位，序列中的偶數(shù)值給顯示屏上通過來自眼點q而不是p的擋板可見的條紋定位。
給定這一序列，擋板上的透明條紋定位在fp(xi)，對于所有的i＝1，2，4，…。
使用Pi單元(cell)的LCD作為用于第二屏幕24的光學(xué)電子擋板是很有好處的。與鐵電子光擋板(如美國專利NO.5712732)相比，Pi單元LCD更可靠而且在所需的用于直接觀測的尺寸上制造更為廉價(例如19英寸對角線以上)，他們擁有高對比度，在寬度觀測角的不透明度控制，以及快速開關(guān)能力(特別是，近似為以每秒200開關(guān)周期的方波)方面都需要這種使用。
盡管為了示意性的目的在上述實施例中對本發(fā)明作了詳細說明，應(yīng)該明白這種詳細描述只是為此目的，而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下根據(jù)下列權(quán)利要求可以做各種修改。
權(quán)利要求
1.一種顯示器，包括一個傳感裝置，用于識別V個觀察者的N只不同的眼睛在空間中的位置，其中N大于或等于2，是一個整數(shù)，V大于或等于1，是一個整數(shù)；以及一個顯示裝置，用于向N只不同的眼睛顯示N幅不同的圖像，其中每一幅圖像都是每一只眼睛在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)，所述顯示裝置遠離并且不與V個觀察者接觸，所述顯示裝置與傳感裝置通訊，所述顯示裝置包括一臺計算機，該計算機從識別每一只眼睛在空間中的位置的傳感裝置接收信息并產(chǎn)生所述圖像，該計算機導(dǎo)致與V個觀察者中的第一觀察者相關(guān)的N個圖像的第一圖像和N個圖像的第二圖像被隔行掃描顯示在第一屏幕上，其中隔行掃描的第一圖像與第二圖像之間的間隔根據(jù)每一只眼睛在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)而不同。
2.一種如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中顯示裝置產(chǎn)生N幅不同的圖像，以便N只眼睛的每一只只能看到與之相關(guān)的圖像而不能看到N幅圖像中的其它圖像。
3.一種如權(quán)利要求2所述的顯示器，其中顯示裝置包括一個與計算機相連的其上顯示圖像的第一屏幕，以及適于與第一屏幕相鄰安排在第一屏幕和N只眼睛之間的第二屏幕，該第二屏幕有選擇的呈現(xiàn)第一屏幕的部分內(nèi)容給觀察者。
4.一種如權(quán)利要求3所述的顯示器，其中傳感裝置包括一個第一視頻攝像機，它與監(jiān)控眼睛在空間中的位置的第二屏幕相鄰。
5.一種如權(quán)利要求4所述的顯示器，其中顯示裝置包括一個安排在第一屏幕后面照亮第一屏幕的照明源。
6.一種如權(quán)利要求5所述的顯示器，其中計算機會導(dǎo)致對應(yīng)隔行掃描的第一和第二圖像的掩碼圖顯示在第二屏幕上，以便第一觀察者只能用其第一只眼看到第一圖像，并且只能用其第二只眼看到第二圖像。
7.一種如權(quán)利要求6所述的顯示器，其中第一圖像和第二圖像被隔行掃描成垂直圖像條紋，并且掩碼圖包括隨第一觀察者移動而改變的阻光不透明垂直條紋，以便第一觀察者總能用第一只眼看第一圖像，用第二只眼看第二圖像。
8.一種如權(quán)利要求7所述的顯示器，其中掩碼圖的垂直不透明條紋的寬度根據(jù)下列比率動態(tài)變化(圖像和掩碼之間的間距)/(半掩碼條紋寬度)＝(觀察者離屏幕的距離)/(左眼和右眼之間的間距)。
9.一種如權(quán)利要求8所述的顯示器，其中隔行掃描的垂直圖像條紋之間的間距是一個錐形透視(tapered perpective)線性函數(shù)。
10.一種如權(quán)利要求9所述的顯示器，其中傳感裝置包括V個視頻攝像機，以確定V個觀察者的眼睛的位置
11.一種如權(quán)利要求10所述的顯示器，其中位于第一屏幕上條紋序列中的第n個位置可以通過Xn+1＝AXn+B迭代X0＝0 X1＝B X2＝AB+B X3＝A2B+AB+BXN＝B(AN-1+…+A+1)A＝(1-Py-1)/(1-qy-1)B＝(pxpy-1-qxqy-1)/(1-qy-1)并且觀察者兩只眼睛的位置是p＝(Px，py) q＝(qx，qy)
12.一種如權(quán)利要求11所述的顯示器，其中N幅圖像通過計算機進行合成圖像插補來合成產(chǎn)生并形成第一和第二圖像。
13.一種如權(quán)利要求11所述的顯示器，包括一臺景象攝像機裝置，用于N幅圖像的攝像，計算機通過合成圖像插補形成第一和第二圖像。
14.一種如權(quán)利要求13所述的顯示器，其中掩碼圖具有安排在不透明條紋之間的清晰條紋，每一個清晰條紋的左邊界之間具有p2的距離，并且每一個清晰條紋的寬度為p2/3。
15.一種如權(quán)利要求14所述的顯示器，其中清晰條紋和不透明體條紋的間距對于所有的i＝0，2，4…(偶數(shù)正整數(shù))為fp(xi)。
16.一種如權(quán)利要求15所述的顯示器，其中計算機隔行掃描第一屏幕的第一和第二圖像為均勻間隔的垂直圖像條紋，以便通過第二屏幕上的不透明條紋完全阻塞第一觀察者的第一只眼看偶數(shù)編號的圖像條紋，并通過第二屏幕上的不透明條紋完全阻塞第一觀察者的第二只眼看奇數(shù)編號的圖像條紋。
17.一種如權(quán)利要求16所述的顯示器，其中第一屏幕包括一個PI單元。
18.一種顯示方法，包括步驟用一臺攝像機觀測觀察者在空間中的位置；用與該攝像機相連的計算機確定觀察者的第一只眼和第二只眼在空間中的位置；隔行掃描第一圖像和第二圖像到第一屏幕；根據(jù)每一只眼在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)來改變隔行掃描的第一圖像與第二圖像之間的間距；調(diào)整處在第一屏幕和觀察者之間的第二屏幕上的掩碼圖的顯示，以便該觀察者只能用其第一只眼看到第一屏幕的第一圖像，只能用其第二只眼看到第二屏幕。
19.一種如權(quán)利要求18所述的方法，包括在調(diào)整步驟之后的如下步驟，在空間中移動觀察者和當觀察者從第二屏幕移走的時候動態(tài)改變掩碼圖以使不透明條紋變窄和隨著觀察者移向第二屏幕而使不透明條紋變寬的步驟。
20.一種如權(quán)利要求19所述的方法，其中隔行掃描的垂直圖像條紋之間的間距是一個錐形透視線性函數(shù)。
21.一種如權(quán)利要求20所述的方法，其中位于第一屏幕上條紋序列中的第n個位置可以通過Xn+1＝AXn+B迭代X0＝0 X1＝B X2＝AB+B X3＝A2B+AB+BXN＝B(AN-1+…+A+1)A＝(1-Py-1)/(1-qy-1)B＝(pxpy-1-qxqy-1)/(1-qy-1)并且觀察者兩只眼睛的位置是p＝(px，py) q＝(qx，qy)
22.一種如權(quán)利要求21所述的方法，其中清晰條紋和不透明體條紋的間距對于所有的i＝0，2，4…(偶數(shù)正整數(shù))為fp(xi)。
23.一種顯示器，包括一個傳感裝置，用于識別觀察者的N只不同的眼睛在空間中的位置，其中N大于或等于2，是一個整數(shù)，V大于或等于1，是一個整數(shù)；及一個顯示裝置，用于向N只不同的眼睛顯示N幅不同的圖像，其中每一幅圖像都是每一只眼睛在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)，所述顯示裝置沒有任何活動部分，所述顯示裝置與傳感裝置通訊，該顯示裝置包括一臺計算機，該計算機從識別每一只眼睛在空間中的位置的傳感裝置接收信息并產(chǎn)生所述圖像，該計算機導(dǎo)致與V個觀察者中的第一觀察者相關(guān)的N個圖像的第一圖像和N個圖像的第二圖像被隔行掃描顯示在第一屏幕上，其中隔行掃描的第一圖像與第二圖像之間的間隔根據(jù)每一只眼睛在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)而不同。
全文摘要
一種顯示器(10)包括一個傳感裝置(12),用于識別V個觀察者(16)的N只不同的眼睛(14)在空間中的位置,其中N大于或等于2,是一個整數(shù),V大于或等于1,是一個整數(shù)。該顯示器包括一個顯示裝置(18),用于向N只不同的眼睛顯示N幅不同的圖像,其中每一幅圖像都是每一只眼睛在與各個圖像相關(guān)的空間中的位置的函數(shù)。該顯示裝置遠離并且不與V個觀察者接觸。該顯示裝置與傳感裝置(12)進行通訊。
文檔編號H04N13/04GK1350750SQ00807598
公開日2002年5月22日 申請日期2000年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月17日
發(fā)明者肯尼思·佩蘭 申請人:紐約大學(xué)