專利名稱：交互式立體顯示系統(tǒng)以及距離計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種立體顯示系統(tǒng)(3D display system)以及距離計(jì)算方法，且特別是有關(guān)于一種交互式立體顯示系統(tǒng)(interactive 3D displaysystem)以及距離計(jì)算 方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著顯示技術(shù)的不斷進(jìn)步，使用者對(duì)于顯示器的顯示質(zhì)量(如影像分辨 率、色彩飽和度等)的要求也越來越高。然而，除了高影像分辨率以及高色彩飽和度之外， 為了滿足使用者觀看真實(shí)影像的需求，亦發(fā)展出能夠顯示出立體影像的顯示器。在當(dāng)前立 體顯示技術(shù)持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，可預(yù)見使用者能與立體影像做及時(shí)互動(dòng)將會(huì)是下個(gè)世代人機(jī) 互動(dòng)的趨勢。當(dāng)前立體交互式顯示裝置是透過捕捉使用者于三維空間的位置影像以達(dá)到面板 畫面同步的互動(dòng)。在實(shí)際的操作上，現(xiàn)階段的交互式顯示裝置是藉由于立體顯示器外加裝 追蹤裝置(tracking device)以感測使用者的輸入信號(hào)，進(jìn)而能追蹤手指的位置。在現(xiàn)有 技術(shù)中，追蹤裝置與立體顯示器的相對(duì)位置會(huì)影響追蹤裝置的感測范圍，故當(dāng)使用者在某 些位置或斜向點(diǎn)擊立體顯示器的立體影像時(shí)，追蹤裝置較難檢測使用者的輸入信號(hào)，甚至 容易出現(xiàn)誤動(dòng)作，進(jìn)而造成互動(dòng)靈敏度下降。除此之外，額外配置的追蹤裝置亦會(huì)增加交互 式顯示裝置的體積，而造成空間上的配置不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種交互式立體顯示系統(tǒng)(interactive 3D display system)，其具 有良好的互動(dòng)靈敏度。本發(fā)明提供一種距離計(jì)算方法，其適用于交互式立體顯示系統(tǒng)中，以計(jì)算出互動(dòng) 組件與立體顯示面板之間的相對(duì)位置。本發(fā)明提供一種交互式立體顯示系統(tǒng)，其包括一立體顯示面板、一互動(dòng)組件 (interactive device)以及一影像辨識(shí)單元。立體顯示面板具有一內(nèi)嵌式的光感測陣列 (in-cell type optical sensor array)?；?dòng)組件包括一投射光源以及一屏蔽。屏蔽具 有一圖案以定義出互動(dòng)組件所投射出的一影像。影像被內(nèi)嵌式的光感測陣列擷取，其中圖 案包括二彼此交叉的條狀圖案，且影像包括二彼此交叉的條狀影像。另外，影像辨識(shí)單元與 內(nèi)嵌式的光感測陣列電性連接，并根據(jù)內(nèi)嵌式的光感測陣列所擷取的影像來計(jì)算出互動(dòng)組 件與立體顯示面板的相對(duì)位置。而計(jì)算互動(dòng)組件與立體顯示面板的相對(duì)位置的方法包括 根據(jù)其中一個(gè)條狀圖案的長度、其中一個(gè)條狀影像的長度、投射光源的發(fā)散角以及投射光 源的傾斜角度，以計(jì)算出互動(dòng)組件與該立體顯示面板的相對(duì)位置。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的圖案具有二彼此交叉的條狀遮蔽圖案，且這些條 狀遮蔽圖案對(duì)應(yīng)到彼此交叉的條狀影像。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，每一條狀遮蔽圖案的長度相等。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，每一條狀遮蔽圖案的延伸方向相互垂直。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的圖案具有二彼此交叉的條狀鏤空區(qū)域，且這些條狀鏤空區(qū)域?qū)?yīng)到彼此交叉的條狀影像。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，每一條狀鏤空區(qū)域的長度相等。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，每一條狀鏤空區(qū)域的延伸方向相互垂直。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的投射光源包括一發(fā)光二極管光源。除此之外，本發(fā)明還提出一種距離計(jì)算方法，其適于計(jì)算一互動(dòng)組件到一內(nèi)嵌式 的光感測陣列的最短距離?；?dòng)組件包括一投射光源以及一屏蔽。屏蔽具有一圖案以定義 出互動(dòng)組件所投射出的一影像，而影像被內(nèi)嵌式的光感測陣列擷取，其中圖案包括二彼此 交叉的條狀圖案，而影像包括二彼此交叉的條狀影像。上述的距離計(jì)算方法包括根據(jù)其中 一個(gè)條狀圖案的長度、其中一個(gè)條狀影像的長度、投射光源的發(fā)散角以及投射光源的傾斜 角度，以計(jì)算出互動(dòng)組件與內(nèi)嵌式的光感測陣列的最短距離。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的每一條狀圖案的長度為X，其中一個(gè)較長的條狀影 像的長度為Wy投射光源的發(fā)散角為Ψ，投射光源的傾斜角度為θ，而互動(dòng)組件與內(nèi)嵌式的 光感測陣列的最短距離為h，且x、Wp Ψ、θ、1!滿足下列關(guān)系式<formula>formula see original document page 5</formula>
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，0°≤θ≤40°。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的每一條狀圖案的長度為X，其中一個(gè)較短的條狀影 像的長度為ws，投射光源的發(fā)散角為Ψ，投射光源的傾斜角度為θ，而互動(dòng)組件與內(nèi)嵌式的 光感測陣列的最短距離為h，且x、Ws、Ψ、θ、1!滿足下列關(guān)系式<formula>formula see original document page 5</formula>
基于上述，本發(fā)明的實(shí)施例采用內(nèi)嵌式的光感測陣列并于互動(dòng)組件上設(shè)計(jì)條狀圖 案，以依據(jù)影像圖案的長度對(duì)應(yīng)傾斜角度θ與最短距離h的變化來計(jì)算互動(dòng)組件與立體顯 示面板的相對(duì)位置，故能解決習(xí)知使用者因斜向點(diǎn)擊立體顯示面板所造成的誤動(dòng)作，進(jìn)而 提升交互式立體控顯示系統(tǒng)的互動(dòng)靈敏度。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式 作詳細(xì)說明如下。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的交互式立體顯示系統(tǒng)的示意圖；圖2為影像在立體顯示面板上的投影示意圖；圖3為條狀影像的長度與距離h的實(shí)驗(yàn)?zāi)M圖；圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖案與影像的示意圖。其中，附圖標(biāo)記1000 交互式立體顯示系統(tǒng)1100:立體顯示面板1110 內(nèi)嵌式的光感測陣列1200 互動(dòng)組件
1220:投射光源1232 影像1240 屏蔽1242:圖案1242a、1242b、2242a、2242b 條狀圖案1232a、1232b、2232a、2232b 條狀影像1300 影像辨識(shí)單元h 最短距離χ 長度θ 傾斜角度
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的交互式立體顯示系統(tǒng)(interactive 3Ddisplay system)的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例的交互式立體顯示系統(tǒng)1000包括一立體顯示面 板1100、一互動(dòng)組件(interactive device) 1200以及一影像辨識(shí)單元1300。立體顯示面 板1100具有一內(nèi)嵌式的光感測陣列(in-celltype optical sensor array) 1110，且影像辨 識(shí)單元1300與內(nèi)嵌式的光感測陣列1110電性連接。請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1，互動(dòng)組件1200包括一投射光源1220以及一屏蔽1240，其中投射 光源1220包括一發(fā)光二極管(light emitting diode, LED)或是其它具有投射性質(zhì)的光 源。屏蔽1240具有一圖案1242以定義出互動(dòng)組件1200所投射出的一影像1232，而影像 1232被內(nèi)嵌式的光感測陣列1110擷取。如圖1所示，圖案1242包括二彼此交叉的條狀圖 案1242a、1242b，且影像1232包括二彼此交叉的條狀影像1232a、1232b。進(jìn)一步而言，本實(shí)施例的條狀圖案1242a、1242b為二彼此交叉的條狀遮蔽圖案， 且條狀遮蔽圖案1242a、1242b對(duì)應(yīng)到彼此交叉的條狀影像1232a、1232b。交叉的遮蔽圖案 1242a、1242b為一暗區(qū)。另外，條狀遮蔽圖案1242a、1242b的長度χ實(shí)質(zhì)上相等，且延伸方 向?qū)嵸|(zhì)上相互垂直。值得一提的是，在其它實(shí)施例中，條狀遮蔽圖案1242a、1242b的長度亦 可不同且延伸方向不一定要相互垂直。另一方面，藉由內(nèi)嵌式的光感測陣列1110擷取上述的影像1232，影像辨識(shí)單元1300便能根據(jù)內(nèi)嵌式的光感測陣列1110所擷取的影像1232來計(jì)算互動(dòng)組件1200與立體 顯示面板1100的相對(duì)位置。在本實(shí)施例中，影像辨識(shí)單元1300例如可推算出互動(dòng)組件1200 到內(nèi)嵌式的光感測陣列1110的最短距離h。而影像辨識(shí)單元1300計(jì)算互動(dòng)組件1200與 立體顯示面板1100的相對(duì)位置的方法包括根據(jù)條狀圖案1242a或1242b的長度χ、條狀 影像1232a或1232b的長度Ws、Wl、投射光源的發(fā)散角(Ψ)以及投射光源1220的傾斜角度 θ，以計(jì)算出互動(dòng)組件1200與立體顯示面板1100的相對(duì)位置。相關(guān)的計(jì)算方法將于稍后 做更進(jìn)一步的描述。圖2為影像1232在立體顯示面板1100上的投影示意圖，其中子部份(a)、e)分 別對(duì)應(yīng)不同位置以及不同傾斜角度θ的互動(dòng)組件1200。詳細(xì)來說，在子部份(a廣(e)中， 對(duì)應(yīng)子部分(a)的互動(dòng)組件1200距離立體顯示面板1100最近，而對(duì)應(yīng)子部分(e)的互動(dòng)組件1200距離立體顯示面板1100最遠(yuǎn)。除此之外，由于互動(dòng)組件1200的投射光源1220 非正向垂直入射至立體顯示面板1100，故長度χ相同的條狀圖案1242a、1242b會(huì)對(duì)應(yīng)到不 同長度的條狀影像1232a、1232b。如圖2所示，由于投射光源1220斜向入射的關(guān)系，故在子部分(a)、e)中，條狀影 像1232b的長度大于條狀影像1232a的長度。由上述可知，互動(dòng)組件1200與立體顯示面板 1100的距離，以及互動(dòng)組件1200的傾斜角度θ會(huì)影響條狀圖案1242a、1242b的長度。因 此，藉由感測條狀圖案1242a或1242b的長度便能反推互動(dòng)組件1200與內(nèi)嵌式的光測陣列 1110的距離，亦即互動(dòng)組件1200與立體顯示面板1100的相對(duì)位置。為方便后續(xù)說明，在此，將較長的條狀影像1232b的長度定為Wl，而將較短的條狀 影像1232a的長度定為Ws。另外，在此亦將互動(dòng)組件1200與內(nèi)嵌式的光測陣列1110的最 短距離定為h。在本實(shí)施例中，0°彡θ彡40°，且x、WL、Ψ、θ、h與x、Ws、Ψ、e、h分別 滿足下列關(guān)系式<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula>由上述關(guān)系式可知，條狀影像1232a、1232b的長度Wl、Ws對(duì)應(yīng)不同傾斜角度θ以 及不同距離h的變化為線性變化。因此，圖1的影像辨識(shí)單元1300便能根據(jù)其中一個(gè)條狀 圖案的長度X、其中一個(gè)條狀影像的長度I或Ws、投射光源的發(fā)散角Ψ以及投射光源1220 的傾斜角度θ，以計(jì)算出互動(dòng)組件1200與內(nèi)嵌式的光感測陣列1110的最短距離h。圖3為條狀影像的長度與距離h的實(shí)驗(yàn)?zāi)M圖，其中左邊為不同傾斜角度θ下， 長度I與距離h的關(guān)系圖，而右邊為不同傾斜角度θ下，長度化與距離h關(guān)系圖。如圖3 所示，長度l、Ws對(duì)應(yīng)不同傾斜角度θ與不同距離h的變化可被視為線性變化，故影像辨識(shí) 單元1300能根據(jù)長度\或Ws的變化而推得對(duì)應(yīng)的距離h。另外，由于影像辨識(shí)單元1300 在計(jì)算距離h時(shí)，已考慮傾斜角度θ的因素，故不會(huì)有習(xí)知因斜向點(diǎn)擊所造成的誤動(dòng)作，進(jìn) 而能夠提升交互式立體顯示系統(tǒng)1000的互動(dòng)靈敏度。除此之外，藉由使用內(nèi)嵌式的光感測 陣列1110可以有效降低習(xí)知立體顯示裝置中加裝追蹤裝置的體積。另外，由于本實(shí)施例的 互動(dòng)組件1200容易制作，故能降低交互式立體顯示系統(tǒng)1000的制作成本。第二實(shí)施例圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖案與影像的示意圖。圖4的圖案2242與圖1的圖案 1242類似，但二者主要差異之處在于圖案2242具有二彼此交叉的條狀鏤空區(qū)域2242a、 2242b，且條狀鏤空區(qū)域2242a、2242b對(duì)應(yīng)到彼此交叉的條狀影像2232a、2232b。另外，條狀鏤空區(qū)域2242a、2242b的長度實(shí)質(zhì)上相等，且條狀鏤空區(qū)域2242a、 2242b的延伸方向?qū)嵸|(zhì)上相互垂直。上述的圖案2242定義出互動(dòng)組件所投射出的影像 2232，其中交叉的條狀影像2232a、2232b為一亮區(qū)。值得一提的是，在其它實(shí)施例中，條狀 遮蔽圖案2242a、2242b的長度亦可不同且延伸方向不一定要相互垂直。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1與圖4，與第一實(shí)施例類似，影像2232會(huì)被內(nèi)嵌式的光感測陣列 1110擷取，以使影像辨識(shí)單元1300根據(jù)內(nèi)嵌式的光感測陣列1110所擷取的影像2232來計(jì) 算出互動(dòng)組件與立體顯示面板1100的相對(duì)位置。綜上所述，本發(fā)明的實(shí)施例采用內(nèi)嵌式的光感測陣列并于互動(dòng)組件上設(shè)計(jì)條狀圖案，以依據(jù)影像圖案的長度對(duì)應(yīng)傾斜角度θ與最短距離h的變化來計(jì)算互動(dòng)組件與立體顯 示面板的相對(duì)位置，故能解決習(xí)知使用者因斜向點(diǎn)擊立體顯示面板所造成的誤動(dòng)作，進(jìn)而 提升交互式立體控顯示系統(tǒng)的互動(dòng)靈敏度。 雖然本發(fā)明已以實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與修改，故本發(fā)明的保護(hù) 范圍當(dāng)視后附的申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種交互式立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括一立體顯示面板，具有一內(nèi)嵌式的光感測陣列；一互動(dòng)組件，包括一投射光源以及一屏蔽，該屏蔽具有一圖案以定義出該互動(dòng)組件所投射出的一影像，而該影像被該內(nèi)嵌式的光感測陣列擷取，其中該圖案包括二彼此交叉的條狀圖案，且該影像包括二彼此交叉的條狀影像；以及一影像辨識(shí)單元，與該內(nèi)嵌式的光感測陣列電性連接，其中該影像辨識(shí)單元根據(jù)該內(nèi)嵌式的光感測陣列所擷取的該影像來計(jì)算出該互動(dòng)組件與該立體顯示面板的相對(duì)位置，而計(jì)算該互動(dòng)組件與該立體顯示面板的相對(duì)位置的方法包括根據(jù)其中一個(gè)條狀圖案的長度、其中一個(gè)條狀影像的長度、該投射光源的發(fā)散角以及該投射光源的傾斜角度，以計(jì)算出該互動(dòng)組件與該立體顯示面板的相對(duì)位置。
2.如權(quán)利要求1所述的交互式立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，該圖案具有二彼此交叉的 條狀遮蔽圖案，且該些條狀遮蔽圖案對(duì)應(yīng)到該些彼此交叉的條狀影像。
3.如權(quán)利要求2所述的交互式立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，各該條狀遮蔽圖案的長度 相等。
4.如權(quán)利要求2所述的交互式立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，各該條狀遮蔽圖案的延伸 方向相互垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的交互式立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，該圖案具有二彼此交叉的 條狀鏤空區(qū)域，且該些條狀鏤空區(qū)域?qū)?yīng)到該些彼此交叉的條狀影像。
6.如權(quán)利要求5所述的交互式立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，各該條狀鏤空區(qū)域的長度相等。
7.如權(quán)利要求5所述的交互式立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，各該條狀鏤空區(qū)域的延伸 方向相互垂直。
8.如權(quán)利要求1所述的交互式立體顯示系統(tǒng)，其特征在于，該投射光源包括一發(fā)光二極管。
9. 一種距離計(jì)算方法，適于計(jì)算一互動(dòng)組件到一內(nèi)嵌式的光感測陣列的最短距離，該 互動(dòng)組件包括一投射光源以及一屏蔽，該屏蔽具有一圖案以定義出該互動(dòng)組件所投射出的 一影像，而該影像被該內(nèi)嵌式的光感測陣列擷取，其中該圖案包括二彼此交叉的條狀圖案， 而該影像包括二彼此交叉的條狀影像，且該距離計(jì)算方法包括根據(jù)其中一個(gè)條狀圖案的長度、其中一個(gè)條狀影像的長度、該投射光源的發(fā)散角以及 該投射光源的傾斜角度，以計(jì)算出該互動(dòng)組件與該內(nèi)嵌式的光感測陣列的最短距離。
10.如權(quán)利要求9所述的距離計(jì)算方法，其特征在于，各該條狀圖案的長度為X，其中一 個(gè)較長的條狀影像的長度為I，該投射光源的發(fā)散角為Ψ，該投射光源的傾斜角度為θ，而 該互動(dòng)組件與該內(nèi)嵌式的光感測陣列的最短距離為h，且x、Wp Ψ、θ、1!滿足下列關(guān)系式<formula>formula see original document page 2</formula>。
11.如權(quán)利要求10所述的距離計(jì)算方法，其特征在于，0°< θ <40°。
12.如權(quán)利要求9所述的距離計(jì)算方法，其特征在于，各該條狀圖案的長度為X，其中一 個(gè)較短的條狀影像的長度為Ws，該投射光源的發(fā)散角為Ψ，該投射光源的傾斜角度為θ，而 該互動(dòng)組件與該內(nèi)嵌式的光感測陣列的最短距離為h，且x、Ws、V、θ、1!滿足下列關(guān)系式<formula>formula see original document page 3</formula>
13.如權(quán)利要求12所述的距離計(jì)算方法，其特征在于，0° < θ <40°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交互式立體顯示系統(tǒng)以及距離計(jì)算方法，該交互式立體顯示系統(tǒng)包括立體顯示面板、互動(dòng)組件及影像辨識(shí)單元。立體顯示面板具有內(nèi)嵌式的光感測陣列?；?dòng)組件包括投射光源以及屏蔽。屏蔽具有圖案以定義出互動(dòng)組件所投射出的影像。影像被內(nèi)嵌式的光感測陣列擷取。圖案與影像分別包括二彼此交叉的條狀圖案與條狀影像。影像辨識(shí)單元與內(nèi)嵌式的光感測陣列電性連接，并根據(jù)內(nèi)嵌式的光感測陣列的擷取影像計(jì)算出互動(dòng)組件與立體顯示面板的相對(duì)位置。上述計(jì)算相對(duì)位置的方法包括根據(jù)條狀圖案與條狀影像的長度以及投射光源的發(fā)散角與傾斜角度，以計(jì)算出互動(dòng)組件與立體顯示面板的相對(duì)位置。
文檔編號(hào)H04N13/00GK101807115SQ20101015122
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者吳璧丞, 王國振, 白承丘, 黃乙白 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司