專利名稱：顯示三維圖像的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于顯示三維圖像的方法及設(shè)備，還涉及用于校準(zhǔn)所述設(shè)備的方法及裝置。
背景技術(shù)：
例如在W001/88598A2、W02005/117458A2中揭示用于產(chǎn)生三維圖像的方法及系統(tǒng)，所述兩案的教示以引用的方式并入本文中。已知的設(shè)備包括將光束投影至擴散屏幕上的多重光學(xué)模塊，因此在適當(dāng)控制下，不同色彩及強度的光束從屏幕的每一點傳播而重建三維光場。當(dāng)觀看者改變她/他在三維光場中的位置時，經(jīng)感知的三維圖像相應(yīng)地改變，從而提供真正三維的真實生活效果。但是，在改變觀看者在三維光場中的位置的過程中，取決于投影機的物理調(diào)整、屏幕的擴散角、光學(xué)缺陷、失真、幾何或色彩失準(zhǔn)，及/或投影機之間的亮度/對比度差異，觀看者(觀察者)將感知強度的波動，即在兩個三維圖像之間的轉(zhuǎn)變處將出現(xiàn)不均勻性，這是先前技術(shù)解決方案中的一個一般性問題。假若失準(zhǔn)及/或差異達(dá)到某一值，屏幕的發(fā)散角(擴散角)將被設(shè)定為太高而無法補償強度不均勻性及顯示誤差，從而觀察者將感知由鄰近三維圖像之間的串?dāng)_(即鄰近三維圖像的光束重疊之處)引起的視覺噪聲。接著對于觀察者來說，經(jīng)感知的圖像將為模糊不清，鄰近視圖將同時存在于三維圖像中且設(shè)備將無法顯示具有清晰輪廓的圖像。此外，屏幕擴散特征是這種系統(tǒng)中的關(guān)鍵因素，且不幸的是，此高斯強度分布在所有實際擴散器中，甚至在全像擴散屏幕中是固有的。不均勻的總強度或不期望的串?dāng)_實際上是不可避免的，因為這些為相沖突的需求；此事實強烈限制這種系統(tǒng)的性能。如果未精確地校準(zhǔn)所述系統(tǒng)，則可發(fā)生嚴(yán)重的對準(zhǔn)、色散問題，其再次引起經(jīng)感知圖像的劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種消除先前技術(shù)中的缺點及基于較不復(fù)雜的投影組件實現(xiàn)逼真系統(tǒng)的三維光場產(chǎn)生方法及設(shè)備。本發(fā)明的另一目的是為本發(fā)明設(shè)備提供一種有效的校準(zhǔn)裝置及方法。已分別通過根據(jù)技術(shù)方案I及技術(shù)方案17的方法以及通過根據(jù)技術(shù)方案3及技術(shù)方案23的設(shè)備及校準(zhǔn)裝置實現(xiàn)上文的目的。在附屬技術(shù)方案中定義優(yōu)選實施例。


下文將基于通過圖式描繪的優(yōu)選實施例描述本發(fā)明，其中圖1A、1B及2A、2B是本發(fā)明背后的原理的示意圖，圖3是本發(fā)明的設(shè)備的第一實施例的示意圖，圖4是描繪根據(jù)圖3的實施例的功能的示意圖，圖5A及5B是描繪根據(jù)圖3的優(yōu)選實施例的顯示機構(gòu)的垂直片段的示意圖，
圖6是具有校準(zhǔn)裝置的設(shè)備的優(yōu)選背投影實施例的示意圖，圖7A至7C是在三維電影院中使用的前投影實施例的示意圖，圖8A及SB是分別具有彎曲似鏡反射式屏幕及后向反射式屏幕的觀看區(qū)域的示意圖，圖8C是優(yōu)選后向反射式屏幕結(jié)構(gòu)，圖9是具有彎曲屏幕的本發(fā)明設(shè)備的示意圖，
圖IOA及IOB是在PDA裝置中使用的第四實施例的示意圖，圖11是在迷你膝上型裝置中使用的第五實施例的示意圖，圖12A及12B是在便攜式DVD播放器中使用的第六實施例的示意圖，圖13A及13B是在移動電話中使用的第七實施例的示意圖，圖14及14A是具有優(yōu)選屏幕配置的3DRPTV裝置的示意圖，圖15A及15B展示具有可切換式LC膜的可控制擴散屏幕的操作，圖16A是用于設(shè)備的優(yōu)選投影機的示意性橫截面圖，及圖16B是具有圖16A中所描繪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的投影機的示意圖。
具體實施例方式顯示(尤其是三維顯示)的最終目標(biāo)是重建來自真實場景的可見光束，換句話說，其目標(biāo)是將三維光場重建為如同存在于自然景象中。光場是將三維場景考慮為從三維場景點發(fā)射或反射的光線集合的三維信息的最一般表示。使用光束與參考表面的交叉點及透射角，相對于所述表面描述可見光束，在顯示器中所述參考表面為屏幕。使用某種參數(shù)化法將交叉點給定為表面上的位置，同時利用某種角參數(shù)化法將方向給定為與表面法線的偏差。與二維相比，在三維顯示時，存在額外獨立變體角度。在二維顯示時，當(dāng)從不同方向觀看時，理想上在像素處不存在改變，而在三維時，(來自像素的光束的)色彩及強度值隨角度而改變。這是三維圖像在原理上含有比類似二維圖像更多的信息的背景，從而對三維系統(tǒng)中必需的光學(xué)及控制布置的復(fù)雜度產(chǎn)生后果?！銇碚f，如圖IA及IB中所示，二維圖像從單一點投影至擴散表面(具有寬擴散角δ的屏幕)，此導(dǎo)致不具有角相關(guān)性的均勻光分布。為了獲得三維圖像，必須能夠從表面的相同點產(chǎn)生不同強度/顏色。如圖2Α及2Β中所描繪，為了實現(xiàn)三維成像，可執(zhí)行從多重點至具有窄擴散特征的表面的投影，因此可獲得具有任意角相關(guān)性的三維光場。圖3至5Β證實在用于產(chǎn)生三維光場13的本發(fā)明設(shè)備及方法中使用的基本原理。觀看者可感知三維光場13中的三維圖像，其中觀看者在三維光場13中的位置決定感知到所述三維圖像的哪一者。根據(jù)本發(fā)明，如圖3中可見，通過多重投影機10將二維圖像投影至擴散屏幕12上，其中來自所投影的二維圖像中的每一者的像素且由所述屏幕透射或反射的光束為三維光場13中的經(jīng)感知三維圖像的點的空間位置尋址，且其中三維光場13的每一二維視圖由多重投影機10圖像組成。來自二維圖像投影機10的像素的光束并不為物理上分離的屏幕點尋址。擴散屏幕12具有整體均勻、光學(xué)上連續(xù)的結(jié)構(gòu)，即在小于所投影的圖像的像素的任何區(qū)域處，所述擴散屏幕12在光學(xué)上相同。
從任何屏幕點看，擴散屏幕12具有等于或大于鄰近投影機10的光學(xué)中心11之間的最大角α的擴散角S。因此，擴散屏幕12執(zhí)行有限(預(yù)定)角擴散以消除由于投影機10之間的縫隙所致的不均勻性，而不改變經(jīng)投影至屏幕12上、其后被透射或反射的光束的主方向。因此，擴散角是對應(yīng)于投影機的布置或由投影機的布置來決定，且更特定來說從屏幕點看時，所述擴散角由鄰近投影機的光學(xué)中心之間的角來決定，因此當(dāng)觀看者在三維光場13中的位置改變時，實現(xiàn)三維光場13中三維圖像的視圖之間的平滑轉(zhuǎn)變。離開屏幕的光束的方向大體上僅通過不同屏幕點的相對位置及投影機10的光學(xué)中心的位置來決定。投影機10并不與方向相關(guān)聯(lián)，且所投影的二維圖像中的每一者中的光束為執(zhí)行三維光場重建的所顯示對象點的空間位置尋址，且因此所投影的圖像不是最終三維圖像的二維視圖且與所顯示的三維圖像的任何二維視圖有所不同。此外，所顯示的三維圖像及投影機10的圖像的方面及分辨率可能有所不同。因為所得三維圖像是由多重投影機10促成，所以與先前技術(shù)解決方案相比，甚至可從若干較低分辨率投影機10獲得高分辨率三維圖像。投影機可僅投影屏幕12的部分，或可應(yīng)用鏡子，將光束反射回到所投影的二維圖像的屏幕部分而將多重光束投影至相同屏幕區(qū)域。 作為例子，如在圖5Α及5Β上針對僅水平視差布置可見，取決于視點，三維圖像的每一二維視圖來自多重投影機10，作為多個屏幕區(qū)域上的二維圖像片段的組合。觀看者總是通過每一眼睛看見所顯示三維圖像的不同二維視圖；所述二維視圖是由在不同屏幕區(qū)域上的多重二維圖像組成。當(dāng)在屏幕前移動時，個別視圖之間的邊界根據(jù)觀看者相對投影機10的位置而連續(xù)地改變，其中同時轉(zhuǎn)變是分布于不同屏幕區(qū)域，因此觀看者可(從任何位置)看見用適當(dāng)透視信息投影的圖像，從而向觀看者提供連續(xù)運動視差。因而，在視場中不存在可看見僅來自單一投影機圖像的光束的點，且與多視圖系統(tǒng)相比，在三維圖像的離散視圖之間不存在邊界。從待通過適當(dāng)算法顯示的圖像產(chǎn)生由投影機10投影的二維圖像。這種算法可為(例如)從現(xiàn)有圖像數(shù)據(jù)切割/產(chǎn)生片段且將所述片段合并成待投影的二維圖像。如果三維圖像將基于計算機產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而顯示，則可通過適當(dāng)?shù)耐队皺C10計算及產(chǎn)生每一光束。由從投影機10的像素投影的所有光束所得的三維光場13是獨立于觀看者的位置，且在三維光場13的每一點處，存在不同光束，這也適用于觀看者眼睛的位置的兩個不同點，從而致使能夠感知三維圖像，且當(dāng)觀看者改變他們在三維光場13中的位置時，決定感知所述三維圖像的哪一者，如同在自然景象中一般。因為人眼是水平地移位且觀看者通常水平地移動，所以水平視差在收集空間信息的過程中比垂直視差更為重要。這實現(xiàn)顯著簡化以建立僅水平視差系統(tǒng)來作為實際實施例。優(yōu)選地大體上在周期性、光學(xué)上相等的密集位置中水平地布置二維圖像投影機10，使多重二維圖像投影至屏幕12上。如在引言中所討論，視圖之間的轉(zhuǎn)變質(zhì)量是所有三維顯示中的一般性問題。不均勻性或串?dāng)_效果的任何一者令人煩惱且很大程度上可見，其在高質(zhì)量顯示中是無法接受的。另一方面，鄰近投影機10之間的角越小，可顯示越深的三維視圖。將根據(jù)以下考慮來選擇(調(diào)整)通常用半峰全幅(FWHM)值定義的擴散角δ。
如果擴散角δ太大，則觀看者感知到由三維圖像的鄰近視圖之間的串?dāng)_(即，在鄰近二維圖像因較寬的角散射而重疊的方向上)引起的視覺噪聲。因此，從任何屏幕點看，擴散屏幕12優(yōu)選地具有等于鄰近投影機10的光學(xué)中心11之間的最大角α的擴散角δ。當(dāng)考慮給定屏幕點時，顯而易見，最大角α將為與最近兩個投影機10相關(guān)的角。其它投影機對將被看為處于略小角下。因此，擴散屏幕12的擴散角δ應(yīng)至少等于此最大角α，以便確保不存在強度波動，即在任何觀看位置處在三維圖像中無不均勻性。因此，視覺上感知到的圖像不會因具有不發(fā)光部分而有瑕疵，且 觀看區(qū)域被連續(xù)地覆蓋，即實現(xiàn)連續(xù)運動視差。在實際實施例中，密集地堆疊投影機。術(shù)語“鄰近”應(yīng)理解為投影機不需要物理上鄰近，如果從屏幕點看，它們在光學(xué)上似乎在彼此旁邊便足夠。圖4展示觀看者的眼睛14如何感知到三維光場13中的所投影的三維圖像。擴散屏幕12將為觀看者的眼睛14轉(zhuǎn)送屏幕12的片段16上的相關(guān)圖像。如圖5Β中所示，在另一方向上，由于在后面有另一投影機10，在視野中將有另一片段。利用屏幕12的擴散，進(jìn)一步確保光束從所有方向從每一屏幕點到達(dá)觀看者的眼睛，其允許觀看者感知角區(qū)域內(nèi)的連續(xù)圖像。還可清楚地看出，與個別觀看方向相關(guān)聯(lián)的完整視圖并非由一個投影機產(chǎn)生，而是由所有所述投影機來產(chǎn)生。此布置確保如果觀看者改變位置，且他的/她的觀看點改變時，則由屏幕12傳送且為眼睛14建立圖像的所感知的光束也連續(xù)地改變。以這種方式，建立連續(xù)改變的圖像，還可看出，來自不同投影機的光束從個別屏幕點到達(dá)觀看者的右眼及左眼。這基本意味著相同屏幕點可以分別朝著不同方向(包含左眼及右眼)透射不同信息。還可看出，在本發(fā)明設(shè)備的幫助下，可同樣地顯示在屏幕12的前方及后方的對象。通過設(shè)備產(chǎn)生的光束完全如同它們是從待顯示的對象起始一般。在投影角范圍內(nèi)的所有方向上顯示逼真圖像而不管觀看者的位置如何。應(yīng)強調(diào)的是所述設(shè)備還在完全不存在觀看者的觀看區(qū)域中的方向上連續(xù)地投影光束。隨著觀看者在屏幕前面移動(連續(xù)水平視差)，他/她可以看見出現(xiàn)/消失的細(xì)節(jié)，甚至可觀看對象的后面。加陰影部及高光部如同在自然場景中那樣移動。在立體或多視圖三維系統(tǒng)中很難體驗此真實程度。視圖根據(jù)視角連續(xù)地改變。本發(fā)明系統(tǒng)重建三維光場，三維對象的空間位置是固定的，且當(dāng)觀看者改變其位置時所述三維對象的空間位置并不隨之改變，如同立體下的觀看者相依視圖。換句話說，所述系統(tǒng)與觀看者無關(guān)，不特別需要追蹤，無限數(shù)量的觀看者可同時看見屏幕且當(dāng)觀看者站立于視場內(nèi)的不同位置中時看見不同細(xì)節(jié)。所述系統(tǒng)實現(xiàn)游戲場景中引起增強動機的真實協(xié)作用途。三維圖像含有比類似二維圖像更多的信息，因此在三維系統(tǒng)中，需要更多的像素或更高速率的組件。不具有此能力的系統(tǒng)將損及圖像，比如需要配戴眼鏡，或多視像跳躍，或有限的深度能力。所描述的原理為圖像組織的平行分布方式。通過此方式可建立具有比傳統(tǒng)顯示面板高出數(shù)個數(shù)量級的在100Μ像素范圍內(nèi)的極高數(shù)量的像素的模塊化系統(tǒng)。圖5Α及5Β描繪的是優(yōu)選實施例，在所述優(yōu)選實施例中，多重投影機10水平布置(在圖5Α中，僅描繪它們中的一者)，且擴散屏幕12具有不對稱擴散特征。在此上下文中不對稱性意味著應(yīng)將擴散角δ理解為擴散屏幕的水平擴散角，且屏幕12的垂直擴散角δν大于其水平擴散角。以這種方式，獨立于三維光場13中觀看者眼睛的高度而實現(xiàn)連續(xù)水平運動視差。大的垂直發(fā)散也有助于補償投影機10之間的垂直偏移。圖5Β展示如何為觀看者眼睛14組成經(jīng)感知圖像；投影機及屏幕片段上的圖案展示哪個投影機負(fù)責(zé)哪個片段。如稍后將討論，所感知圖像的精確合成需要投影機10是經(jīng)校準(zhǔn)的。投影機投影二維(合成)圖像使所述二維(合成)圖像對應(yīng)于它們的不同的水平位置，在所得的三維光場13中提供水平視差，而每一二維(合成)圖像上的視圖對應(yīng)于相同的垂直位置，即二維圖像并不含有垂直視差信息。在此情況中，投影至二維(合成)圖像的像素的光束僅為所顯示點的水平位置尋址，而從所有投影機10的垂直方向上，所述光束尋址于屏幕12上的相同高度，所述高度是從理想的觀看者視角來看的投影至屏幕表面的點的垂直位置。換句話說，在僅水平視差(HOP)系統(tǒng)中，光束是為與三維光場相關(guān)的點的水平位置尋址(僅含有HOP信息)，在垂直方向上，它們指向?qū)?yīng)于點的垂直位置在屏幕表面上的投影的相同高度。本發(fā)明的范圍涵蓋其中眾多投影模塊(特別是視頻投影機)是周期性布置于水平方向上、使具有不同水平視差信息的圖像投影至屏幕的所有布置。屏幕具有大的垂直擴散(幾乎如同垂直擴散器一般)以提供大的垂直觀看角，同時消除投影機(如果布置成若干行)的垂直位置之間的垂直差異，而水平擴散明顯較小以保持水平入射光束的原始方向。
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圖6展示具有透射擴散屏幕12及呈站立布置以更密集堆疊的緊密型投影機10的本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實施例的示意圖。本實施例在數(shù)字促銷、陳列窗應(yīng)用方面特別有利，因為屏幕12可獨立于分離的三維投影單元(即堆疊的投影機10)而懸掛，使其易于安裝、靈活地匹配可用的空間條件。屏幕12也可為透明的且具有部分?jǐn)U散特征，使入射光的部分透射而不擴散，且如果應(yīng)用離軸投影(例如將投影單元放置于上方靠近天花板處或放在地面上陡峭地向上面對屏幕)，則甚至可更戲劇性地實現(xiàn)三維陳列窗應(yīng)用。如已指示，由于觀察者的兩個眼睛是在水平面上，所以人類觀察者自然對水平視圖中的改變更敏感。重要的是應(yīng)強調(diào)，根據(jù)本發(fā)明的原理可提供垂直視差信息，然而，這與僅水平視差(HOP)系統(tǒng)相比將會需要更多的投影機排列群組且將會實質(zhì)上增加設(shè)備的成本。投影機10可為任何可控的投影裝置，例如視頻投影機、數(shù)據(jù)投影機、視頻投影機光學(xué)引擎、RPTV光學(xué)引擎、LED投影機、激光投影機、微型投影機、納米型投影機或微微型投影機、基于掃描儀組件的投影機，或者基于微顯示器(例如DMD、LC0S、OLED或LCD)的投影機。此外，投影機10還可基于衍射成像，含有實現(xiàn)無透鏡全息投影至屏幕的微型顯示器。即使這些投影機的分辨率及亮度因它們的尺寸而受損從而使所述投影機的用途被限制為獨立投影單元，但在小尺寸投影機環(huán)節(jié)仍存在很大程度增大。然而，本發(fā)明的多通道三維投影系統(tǒng)可利用這些新興類別的裝置以有成本效益的方式來建立高像素計數(shù)、適當(dāng)亮度的系統(tǒng)。擴散屏幕12優(yōu)選地為全息屏幕、微透鏡陣列、結(jié)構(gòu)化體積擴散膜、雙凸薄片、后向反射式屏幕、折射式或衍射式擴散薄片、菲涅爾透鏡或其任意組合、或由物質(zhì)的層流建立的表面。在圖14中描繪的3DRPTV(背投電視機)中使用的尤其優(yōu)選的實施例中，屏幕12包括相對于彼此輕微旋轉(zhuǎn)而對準(zhǔn)的一個以上擴散層。在此情況中，如果兩個窄角擴散層17、17'相對于彼此旋轉(zhuǎn)，則所得的擴散角將與旋轉(zhuǎn)角成比例而變得更寬。在指定容許度內(nèi)制造具有準(zhǔn)確角的擴散器是極其困難的，因為最終的擴散特征很大程度上取決于制造參數(shù)。通過此對準(zhǔn)，可實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)擴散器以制成具有可與設(shè)備的投影機布置的光學(xué)需求匹配的精確擴散的屏幕。如圖15A及15B所描繪，優(yōu)選的是如果屏幕12具有包括被動擴散層及主動擴散層18 (如可切換LC膜)的可控制擴散。以這種方式，甚至可針對特定應(yīng)用或操作條件的改變來調(diào)整屏幕12的擴散。通過動態(tài)地改變屏幕12的擴散角?？墒癸@示器優(yōu)化以用于各種內(nèi)容。屏幕擴散角是敏感參數(shù)，如果所述擴散角太窄，則在最終三維圖像中可能出現(xiàn)由投影機之間的縫隙產(chǎn)生的不均勻性。如果所述擴散角太寬，則其減小顯示器的深度場，但在有限深度的三維圖像中，可容許較寬擴散角，對于顯示二維圖像，全擴散屏幕12(理想上具有180度擴散角)可增添使來自不同投影機的光束完全混合、消除最終二維圖像中殘余不均勻性的優(yōu)點。在校準(zhǔn)過程中，以180度反射或發(fā)散光的全擴散屏幕提供更多的靈活性來實現(xiàn)基于二維圖案的算法。屏幕12優(yōu)選地為透明的且具有使入射光的部分透射而不擴散的部分?jǐn)U散特征。這允許在虛擬現(xiàn)實或擴增現(xiàn)實(VR或AR)系統(tǒng)中使虛擬三維對象與真實場景混合的布置，但這也是用于陳列窗應(yīng)用的最佳布置，其中觀看者/顧客可以通過透明屏幕看見也與所顯示的三維對象組合的所展示的商品。屏幕12優(yōu)選地進(jìn)一步包括-將所投影的光束最佳地朝著觀看者典型高度導(dǎo)向的層，比如轉(zhuǎn)向膜、柱面菲涅爾透鏡，或-阻擋來自除了投影機10的方向之外的其它方向的入射光的層，所述層通常為具有黑矩陣的雙凸透鏡陣列。在僅水平視差(HOP)系統(tǒng)中將光朝著觀看者的典型高度導(dǎo)向的層在三維成像中不起作用，由于所述層并不發(fā)生任何改變，然而水平擴散可通過將更多光朝著觀看者導(dǎo)向而增加亮度，從而改善系統(tǒng)效率、降低功率消耗。阻擋來自除了投影機的方向之外的其它方向的光的層也容許在明亮的白晝環(huán)境中的更實際、開放式布置。因為屏幕可消除周圍環(huán)境光或散射光而提供類似于僅可在暗室中實現(xiàn)的適當(dāng)對比度，所以在這種情況中不需要遮光或密閉盒式設(shè)計?？赡馨l(fā)生的是，以任何格式為設(shè)備提供的三維信息不含有用于驅(qū)動所有投影機10所必需的全部信息，例如在源視像之間的角位移大于鄰近投影機10之間的角時。對于此情況，設(shè)備可包括從輸入至所述設(shè)備的圖像而自主地計算中間圖像的控制系統(tǒng)。優(yōu)選地，高容量完全優(yōu)化的并行處理三維軟件環(huán)境控制所述設(shè)備的硬件系統(tǒng)。所述軟件環(huán)境提供用于從自標(biāo)準(zhǔn)三維模型格式起的各種三維數(shù)據(jù)，通過包裝三維應(yīng)用程序，到處置含有三維信息、額外深度圖或多視圖視頻流的二維圖像集來顯示三維的解決方案。所述軟件環(huán)境提供簡單的方法以使寬范圍的三維應(yīng)用程序(也包含游戲)實時可視化。所述軟件環(huán)境管理為三維視覺產(chǎn)生數(shù)據(jù)的實時、高度優(yōu)化及分布式呈現(xiàn)過程。不必以任何方式改變應(yīng)用程序，三維圖像的產(chǎn)生對于基于OpenGL的應(yīng)用程序完全透明。對于Windows及Linux的32位及64位平臺的支持確保與現(xiàn)有實時圖形系統(tǒng)的兼容性。更優(yōu)選的是，所述設(shè)備的控制系統(tǒng)還包括輸入裝置(例如相機、IR傳感器或用于輔助使觀看者位置優(yōu)化的其它追蹤裝置)以建立在三維對象上呈現(xiàn)具有逼真遮陰的環(huán)境照明、執(zhí)行紋理映射或?qū)崿F(xiàn)與所顯示三維對象的交互的高度逼真的三維圖像。精確地對準(zhǔn)多通道光學(xué)系統(tǒng)是相當(dāng)困難的。像素精確對準(zhǔn)幾乎是不可能的。其、將需要大量的機械及無失真光學(xué)組件，導(dǎo)致極高的系統(tǒng)成本，此外所述組件對熱變化或機械運動是敏感的，使得此類系統(tǒng)實際上很難運作。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，作為實際優(yōu)點，我們使得可使用具有不同亮度、色彩平衡、明顯失真、粗略對準(zhǔn)的機械部件的任何種類的投影機(甚至低端組件)，同時仍實現(xiàn)高質(zhì)量、高分辨率的最終三維圖像。根據(jù)本發(fā)明的原理，投影機10并不指向特定屏幕12的點。投影機10是在無特別定位下而導(dǎo)向至屏幕12，但是可通過校準(zhǔn)過程從與所投影圖像中的大量像素有關(guān)的所存在光束集束中選擇及定義像素式精確三維光場。圖6展示具有校準(zhǔn)裝置的本發(fā)明設(shè)備的實施例的示意圖。所述校準(zhǔn)裝置包括-至少一個圖像檢測器20，其用于檢測由投影機10投影至擴散屏幕12上的圖像，-評估構(gòu)件，其用于評估經(jīng)檢測的圖像，-校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生構(gòu)件，其用于基于評估為投影機10產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，及 -修改構(gòu)件，其用于基于相應(yīng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)修改投影機10的輸入數(shù)據(jù)。在下文中，我們描述一種用于對投影類型三維顯示系統(tǒng)執(zhí)行校準(zhǔn)的方法及設(shè)備。先前技術(shù)的投影校準(zhǔn)方法及設(shè)備主要涉及平鋪式(tiled) 二維投影布置，其中大尺寸、高分辨率圖像是由較多平鋪式所投影圖像組成，或投影是在除了平坦表面之外的其它表面上進(jìn)行。通常待解決的任務(wù)是匹配幾何布置及使亮度與(例如)多種投影機在重疊邊緣區(qū)域處的成形陰影混合。這些方法可應(yīng)用于二維投影中，然而在本發(fā)明的方法及設(shè)備中的三維投影中，所有投影機10將它們的圖像投影于相同屏幕12區(qū)域上。幾乎不可能使所述圖像分離(尤其是投影于彼此上的黑色電平)，很難同時校準(zhǔn)彼此并列的兩個或兩個以上投影機圖像(這在二維中不是問題)，且極其困難的是可靠地對齊投影于窄角擴散屏幕12上的圖像片段，其中每個圖像片段位置及相對亮度隨著三維光場13中的角度及圖像檢測器位置而改變。為了校準(zhǔn)多通道三維投影系統(tǒng)，應(yīng)已設(shè)定了新穎的方法及設(shè)備。圖像檢測器20優(yōu)選地為校準(zhǔn)相機。存在兩個可能的校準(zhǔn)布置。在多重校準(zhǔn)相機位置的情況中，在顯示器的前面(在顯示器的作用三維光場中)進(jìn)行校準(zhǔn)。對每一相機位置的校準(zhǔn)將對可用投影機像素的子集產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。這個布置的優(yōu)點如下-所有屏幕元件可用于校準(zhǔn)-校準(zhǔn)相機正在對真實視圖起作用，所有元件的失真將得到校準(zhǔn)，-所述布置可應(yīng)用于任何種類的顯示器-沒必要將相機集成至顯示器中，-可對顯示器的最大亮度進(jìn)行校準(zhǔn)。但是，這個布置的缺點為-過程緩慢且并非完全自動，-所述布置需在黑暗及受控制的環(huán)境中實現(xiàn)，-存在由于校準(zhǔn)相機的定位引起的某種錯誤，當(dāng)觀看者在屏幕前面移動時所述錯誤將導(dǎo)致“沖洗效應(yīng)”。或者，在單一校準(zhǔn)相機布置中，使所有投影機像素從單一相機位置是可見的。在這種情況中，寬擴散角屏幕12w是用作普通的二維顯示器。這個布置的優(yōu)點如下-沒有起因于校準(zhǔn)相機位置的錯誤，-快速的校準(zhǔn)過程，-校準(zhǔn)是在顯示器內(nèi)部，所以可在幾乎任何類環(huán)境中實現(xiàn)校準(zhǔn)過程。
但是，這個布置的缺點為-相機應(yīng)內(nèi)建于顯不器中，-所述布置可應(yīng)用于適當(dāng)亮度的顯示器，其中顯示器的亮度應(yīng)足以照亮通過額外寬角擴散器(例如消光白色表面)或從其反射且仍可在校準(zhǔn)相機提取的圖像上看見，-屏幕12自身并不會使其失真影響到校準(zhǔn)圖像(因為該屏幕12被覆蓋)，所以校準(zhǔn)并不完全補償屏幕12的失真。存在實現(xiàn)單一校準(zhǔn)相機位置布置的若干方法-用類似消光白紙的表面覆蓋擴散屏幕12。其在校準(zhǔn)相機在顯示器的內(nèi)部或?qū)嶋H上在前投影三維電影布置中時使用。 -用另一90度旋轉(zhuǎn)非對稱擴散屏幕12覆蓋擴散屏幕12。其在校準(zhǔn)相機在顯示器的外部時使用。-用擴散薄片(白色毛玻璃)替換屏幕12。其在校準(zhǔn)相機在顯示器的外部且顯示器的亮度不是非常低時使用。在較小顯示器的情況中，在制造之后實際上僅進(jìn)行一次校準(zhǔn)，因為這些顯示器通常在機械上及電性上是穩(wěn)定的，它們的微小投影機通常不易發(fā)生故障，而大型顯示器在重新定位或投影機替換之后通常必須校準(zhǔn)。圖6中的特定實施例包括布置于擴散屏幕12的與投影機10相同側(cè)上的單一圖像檢測器20。圖像檢測器20優(yōu)選地檢測由所述投影機10中的每一者連續(xù)投影至擴散屏幕12上的二維測試圖像圖案?；蛘?，校準(zhǔn)裝置可包括布置于擴散屏幕12的與投影機10相反側(cè)上的多重圖像檢測器(未展示)。在此情況中，圖像檢測器檢測由投影機10同時投影至擴散屏幕12上的圖像。校準(zhǔn)裝置的評估構(gòu)件優(yōu)選地能夠建立經(jīng)檢測的圖像與理論上無誤差的圖像之間的差異。評估構(gòu)件、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生構(gòu)件及修改構(gòu)件優(yōu)選地實施為運行于設(shè)備的控制系統(tǒng)中的計算機程序模塊。在校準(zhǔn)過程中，用圖像檢測器20檢測由多重投影機10投影的圖像，評估經(jīng)檢測的圖像并且基于所述評估為投影機產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。最后，基于相應(yīng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)修改投影機的輸入數(shù)據(jù)。優(yōu)選地周期性執(zhí)行檢測步驟、評估步驟、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生步驟及輸入數(shù)據(jù)修改步驟。三維顯示校準(zhǔn)測量由顯示器發(fā)射的光束的物理性質(zhì)。所述方法收集關(guān)于投影機10的可尋址光束的方向、角度、色彩及強度值的信息。在幾何校準(zhǔn)期間測量方向及角性質(zhì)；通過光校準(zhǔn)估計色彩及強度值。使用圖像檢測器(例如相機)的幾何校準(zhǔn)過程包括以下步驟I.首先使用屏幕的物理邊界對準(zhǔn)圖像檢測器與顯示表面(例如校準(zhǔn)屏幕)。還使用所述邊界以使圖像檢測器(如果在系統(tǒng)中存在一個以上圖像檢測器)彼此校準(zhǔn)。2.接下來，在所提取的相機圖像上識別投影機像素。使用一些編碼實現(xiàn)所述識別a)投影機像素坐標(biāo)的格雷編碼b)像素的準(zhǔn)隨機色彩編碼，其中每一nXm色彩區(qū)塊僅存在一實例。唯一性確保可在相機圖像及投影機圖像二者上找出每一區(qū)塊。
使用放置成柵格的點的圖像來進(jìn)一步精致化草擬的相機-投影機像素對應(yīng)性。3.在組合先前兩個步驟的輸出的下一步驟中，計算從投影機至(校準(zhǔn))屏幕的映射。(如果需要，也計算它的逆映射)。4.在找出由顯示器發(fā)射的光線在屏幕上的準(zhǔn)確擊中點之后，使用光學(xué)模塊的數(shù)學(xué)模型估計可尋址光束。盡管由未經(jīng)校準(zhǔn)的投影機所致的誤差可忽略，但可通過使用顯示器物理寬容度找出更準(zhǔn)確的投影參數(shù)而進(jìn)一步精致化結(jié)果。光校準(zhǔn)將取決于觀看方向補償投影機之間的亮度、對比度、伽瑪非線性及色彩差異，且優(yōu)選地可按以下步驟執(zhí)行過程I.將圖像檢測器、相機定位于某一觀看方向，
2.對于所提取的相機圖像上的片段進(jìn)行投影機識別及協(xié)調(diào)，3.基于圖像檢測器測量每一投影機上某些未經(jīng)校準(zhǔn)強度水平，4.基于圖像檢測器測量每一投影機上的色彩平衡，5.計算每個投影機的最佳/所期望的強度及色彩平衡值，6.基于所計算/所期望值與實際測量值的比較反復(fù)調(diào)整強度及色彩平衡，及7.對某些觀看位置重復(fù)以上步驟。應(yīng)用校準(zhǔn)以調(diào)整多重通道相對彼此的偏離值，但同時執(zhí)行整體圖像幾何失真及強度/色彩均勻性的改善。不只是執(zhí)行個別投影機圖像參數(shù)的匹配，而是以此方式(通道間及通道內(nèi)校準(zhǔn))補償投影機的固有限制(比如中央與隅角之間的不均勻照明)。在校準(zhǔn)方法的優(yōu)選實施例中，用投影機10的每一者將二維測試圖像圖案連續(xù)地投影至覆蓋擴散屏幕12的寬角擴散屏幕12w上。所述測試圖像圖案實際上在擴散屏幕12w的整個顯示區(qū)域上延伸。在檢測步驟期間通過圖像檢測器20相繼地檢測所有所投影的測試圖像圖案。在評估步驟中，評估以下的至少一者所述測試圖像圖案重合地出現(xiàn)于擴散屏幕12上，所述測試圖像圖案具有相同亮度/對比度，所述測試圖像圖案具有相同色彩。在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生步驟中，產(chǎn)生用于補償光學(xué)缺陷、失真、幾何或色彩失準(zhǔn)及/或投影機10之間的亮度/對比度差異的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。實際上，測試圖像可為可易于由圖案辨識軟件識別的簡單交叉或類似的已知測試圖案。設(shè)備的控制系統(tǒng)指示投影機將測試圖像投影至(例如)測試柵格上的明確界定的位置。所述測試柵格可物理上附接至屏幕12，或其可能只是從相機圖像計算得出。接著控制系統(tǒng)可用圖像檢測器20檢測所產(chǎn)生的測試圖像。控制系統(tǒng)含有經(jīng)調(diào)適用于評估經(jīng)檢測的圖像的適當(dāng)軟件。所述軟件也檢測所投影的測試圖像的真正位置及決定所述真正位置與標(biāo)稱位置之間的差異。基于這些差異，校準(zhǔn)軟件為相關(guān)投影機產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。標(biāo)稱位置是測試圖像的理論上正確的投影位置?；谛?zhǔn)數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)將在投影位置中執(zhí)行必要的修改，其將對待實時投影的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)矯正。優(yōu)選地通過平移投影機內(nèi)的二維顯示器上的二維圖像而修改投影位置，盡管也可在機械上調(diào)整投影光學(xué)裝置，但軟件解決方案是優(yōu)選的?？梢灶愃频姆绞叫Ｕㄎ徽`差及成像失真二者。當(dāng)因此已獲得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)時，控制系統(tǒng)修改輸入至投影機中的數(shù)據(jù)。這意謂圖像數(shù)據(jù)經(jīng)受“逆失真”變換，其消除光學(xué)失真。結(jié)果，投影機將附近無失真圖像投影至屏幕。優(yōu)選地，為每一投影機存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
對于視頻圖像，實時利用對應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)修改投影機的輸入數(shù)據(jù)且實時將經(jīng)修改的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至投影機或發(fā)送至投影機中的二維顯示器。理論上，也可在執(zhí)行實際投影之前預(yù)先執(zhí)行視頻數(shù)據(jù)序列的校準(zhǔn)，但這將需要存儲大量數(shù)據(jù)，且因此較不切實際。在校準(zhǔn)方法的進(jìn)一步優(yōu)選實施例中，在設(shè)備的正常操作期間連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)地執(zhí)行檢測步驟、評估步驟、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生步驟及輸入數(shù)據(jù)修改步驟。在此上下文中的“連續(xù)”意謂通過檢測實際顯示的圖像且實現(xiàn)投影機的輸入的 修改而實現(xiàn)連續(xù)校準(zhǔn)以便使出現(xiàn)圖像與無誤差圖像的差異最小化。在此上下文中的“準(zhǔn)連續(xù)”意謂以非常短的周期間隔重復(fù)執(zhí)行校準(zhǔn)。這種校準(zhǔn)圖案可被投影至作用屏幕區(qū)域之外(被投影至屏幕框架上的特定區(qū)段上)或在非常短的時間內(nèi)閃爍，所述閃爍對觀看者不可見，因而不擾亂正常顯示操作。如果設(shè)備經(jīng)校準(zhǔn)且操作條件不改變，則可移除校準(zhǔn)裝置?？捎欣厥褂脠D6中的實施例以在陳列窗中顯示廣告三維圖像。在優(yōu)選實施例中，校準(zhǔn)軟件負(fù)責(zé)產(chǎn)生所謂的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件。所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)在實時或離線呈現(xiàn)方法中被軟件環(huán)境用于補償所有幾何/圖像失真及光/色彩失配。圖7A及7B是用于在三維家庭影院中使用或用于三維顯現(xiàn)的第三實施例的示意圖。校準(zhǔn)裝置的投影機10及圖像檢測器20是布置于與屏幕12分離的單一投影單元中。可將所述投影單元固定至天花板且導(dǎo)向至擴散屏幕12，在這個實施例中，擴散屏幕12是與具有透射屏幕的先前實施例相反的反射式屏幕。在前投影布置中的反射式擴散屏幕12可為后向反射式或似鏡反射式表面。反射式屏幕自身可為金屬化透射擴散屏幕12，或可使用前表面鏡片或后向反射式薄片作為透射屏幕12的反射式層。這種情況中因為雙通路，擴散屏幕12的擴散角被設(shè)定得較窄。當(dāng)使用鏡片作為反射式層時，控制是相同的，但是利用后向反射式層時，側(cè)向相對幾何導(dǎo)致不同的待投影的二維圖像。后向反射式屏幕12可導(dǎo)致更實際的布置，因為光束朝著投影機往回反射，因此如圖8A中所見，在投影機與屏幕之間出現(xiàn)有用的觀看區(qū)域，此更好地匹配室內(nèi)安裝。如圖SB中所見，可使用彎曲反射式屏幕來優(yōu)化觀看區(qū)域。當(dāng)與非對稱擴散器組合時，后向反射式表面可為易于制造為棱鏡膜的一維后向反射器結(jié)構(gòu)。圖8C展示優(yōu)選的后向反射式屏幕結(jié)構(gòu)，其中非對稱擴散結(jié)構(gòu)在前表面上且金屬化棱鏡結(jié)構(gòu)一維后向反射式表面在后側(cè)中。本發(fā)明系統(tǒng)的最重要實施例及應(yīng)用之一是免戴眼鏡(glasses-free)的三維電影院。圖7C描繪具有根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的反射三維光場的三維電影院。本發(fā)明實現(xiàn)分布式投影及三維圖像產(chǎn)生原理。代替使用一臺高端(即高分辨率、高流明、高成本)投影機，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可使用多重低流明、低成本投影機。代替使用一臺50000美元的投影機，可使用100臺500美元的投影機，這可提供更多像素及流明且可在相同價格下有利地建立具有更高性能的系統(tǒng)。如從上文討論可了解，這種三維電影院的顯著優(yōu)點是不需要三維眼鏡來產(chǎn)生所感知的三維效果。系統(tǒng)可利用具有在給定范圍內(nèi)的預(yù)定觀看位置的就座觀看者?？芍芷谛詫⑾嗤侨S或立體內(nèi)容顯示給每一觀看者而無需布置硬件。可僅通過改變控制而將多種格式的三維素材靈活地展示給個別固定位置的觀看者或自由移動的觀看者群組。圖9展示具有彎曲屏幕12(其中投影機10是相應(yīng)地布置于同心曲線上)的本發(fā)明設(shè)備的類似實施例的示意圖；該實施例是經(jīng)優(yōu)化以用于模擬及其它VR應(yīng)用?？扇我獾卦谒椒较蛏习幢壤{(diào)整HOP設(shè)備(即屏幕12的長度及投影機10的數(shù)量)。通過沿著屏幕12的上邊緣放置(或在部分透明屏幕的情況中放置于屏幕12后面)的多重相機而互補的這種布置可有利地使用于遠(yuǎn)程臨場系統(tǒng)中來展示遠(yuǎn)處人物及周圍環(huán)境的高度逼真的三維視圖。圖IOA及IOB是經(jīng)調(diào)適以在PDA裝置中使用的實施例的示意圖。投影機是嵌入于PDA的外殼中且投影至可折疊透射擴散屏幕12上。圖11是在迷你膝上型裝置中使用且以與圖IOA及IOB中的實施例相同的方式發(fā)揮作用以實現(xiàn)投影類型三維計算機屏幕的進(jìn)一步實施例的示意圖。圖12A及12B是在便攜式DVD播放器中使用的實施例的示意性三維視圖及側(cè)視圖；所述實施例具有反射式擴散屏幕12。圖13A及13B是在移動電話中使用以實現(xiàn)高分辨率三維投影移動電話的實施例的示意性側(cè)視圖及三維視圖?？捎欣貙⒈景l(fā)明設(shè)備的此類緊密尺寸實施例使用于最先進(jìn)的汽車儀表板中作 為三維投影顯示器，以提供專用于駕駛員的觀看區(qū)域的高分辨率三維圖像。圖16A是設(shè)備的緊密微微型投影機架構(gòu)的示意性橫截面圖；其中通過基于LED的燈31經(jīng)由分束器32實現(xiàn)照明。由微型顯示器34產(chǎn)生待投影的二維圖像。從燈31行進(jìn)至微型顯示器34及從微型顯示器34向外行進(jìn)的光束行進(jìn)通過透鏡33兩次，從而使所述光束的效果加倍及導(dǎo)致更緊密的結(jié)構(gòu)。至擴散屏幕12的聚焦是通過投影機12的出口處的物鏡35實現(xiàn)。圖16B是具有圖16A中所描繪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的投影機的實施例的示意圖。本發(fā)明并不限于所展示及所揭示的實施例，而其它元件、改善及變動也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于顯示三維圖像的方法，其包括以下步驟 通過多重投影機(10)將二維圖像投影至擴散屏幕(12)上，所述二維圖像一起產(chǎn)生三維光場(13)，其中所述三維光場(13)的二維視圖是由多重投影機(10)圖像的區(qū)段組成， 其中所述擴散屏幕(12)包括均勻光學(xué)結(jié)構(gòu)，且從任何屏幕點看，所述擴散屏幕(12)具有等于或大于鄰近投影機(10)的光學(xué)中心(11)之間的最大角(α)的擴散角(δ)，所述擴散屏幕(12)因此在不改變投影至所述屏幕(12)上的光束的主方向的情況下執(zhí)行有限的擴散，以消除由于鄰近投影機(10)之間的間隙所致的不均勻性且當(dāng)觀看者在所述三維光場(13)中的位置改變時實現(xiàn)所述三維光場(13)中的三維圖像之間的平滑轉(zhuǎn)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，所述方法的特征為應(yīng)用經(jīng)水平布置的多重投影機(10)及應(yīng)用具有非對稱擴散特征的擴散屏幕(12)，其中所述擴散角(δ)是所述擴散屏幕的水平擴散角，且所述屏幕(12)的垂直擴散角(δν)大于其水平擴散角。
3.一種用于顯示三維圖像的設(shè)備，所述設(shè)備包括擴散屏幕(12)及將二維圖像投影至所述擴散屏幕(12)上的多重投影機(10)，所述二維圖像一起產(chǎn)生三維光場(13)，其中 所述三維圖像對應(yīng)于所述三維光場(13)中的相應(yīng)觀看者的位置， 所述三維光場(13)的二維視圖是由多重投影機(10)促成，且觀看者看見不同屏幕(12)區(qū)域上的三維圖像內(nèi)的多重投影機(10)圖像的區(qū)段，及 所述擴散屏幕(12)包括均勻光學(xué)結(jié)構(gòu)且從任何屏幕點看具有等于或大于鄰近投影機(10)的光學(xué)中心(11)之間的最大角(α)的擴散角(δ)，所述擴散屏幕(12)因此執(zhí)行有限擴散以消除由于鄰近投影機(10)之間的間隙所致的不均勻性且當(dāng)觀看者在所述三維光場(13)中的位置改變時實現(xiàn)所述三維光場(13)中的三維圖像之間的平滑轉(zhuǎn)變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為所述多重投影機(10)經(jīng)水平布置，且所述擴散屏幕(12)具有非對稱擴散特征，其中所述擴散角(δ )是所述擴散屏幕的水平擴散角，且所述屏幕(12)的垂直擴散角(δν)大于其水平擴散角。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為所述投影機(10)是視頻投影機、數(shù)據(jù)投影機、視頻投影機光學(xué)引擎、背投電視機(RPTV)光學(xué)引擎、LED投影機、激光投影機、微型投影機、納米型投影機或微微型投影機、基于掃描器組件的投影機或基于諸如DMD、LCOS、OLED或IXD等微型顯示器的投影機。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為所述投影機(10)是基于衍射成像，含有實現(xiàn)無透鏡全息投影至所述屏幕的微型顯示器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為所述擴散屏幕(12)是全息屏幕、微透鏡屏幕、體積擴散屏幕、雙凸屏幕、后向反射式屏幕、折射式或衍射式擴散薄片、菲涅爾透鏡或其任一組合或由物質(zhì)的層流建立的表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為所述屏幕(12)包括相對于彼此輕微旋轉(zhuǎn)而對準(zhǔn)的一個以上擴散層。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為所述屏幕(12)通過包括有源擴散層如可切換LC膜而具有可控制擴散。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為所述屏幕(12)是透明的且具有使入射光的一部分透射而不擴散的部分?jǐn)U散特征。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為所述屏幕(12)進(jìn)一步包括 將所投影的光束最佳地朝著觀看者典型高度導(dǎo)向的層，諸如轉(zhuǎn)向膜、柱面菲涅爾透鏡，或 阻擋來自除了所述投影機(10)的方向之外的其它方向的入射光的層，所述層通常為具有黑矩陣的雙凸透鏡陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求3至11中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為其是便攜式三維裝置，優(yōu)選為三維移動電話、三維DVD播放器、三維游戲機、三維GPS機或類似裝置，所述便攜式三維裝置包括多重投影模塊，優(yōu)選地為緊密尺寸微微型投影機(10)，其中所述擴散屏幕(12)可移動至最佳投影位置中來顯示三維圖像；容許自主操作的控制系統(tǒng)及電池。
13.根據(jù)權(quán)利要求3至11中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為其是三維電影院設(shè)備，其中所述投影機(10)及所述擴散屏幕(12)布置成前投影配置，其中所述擴散屏幕(12)具有一維后向反射式或似鏡反射式表面且所述投影機優(yōu)選布置在觀看者區(qū)域上方的離軸位置中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為由所述投影機(10)投影的所述三維光場(13)被分成多重較窄角區(qū)域，對固定觀看位置周期性重復(fù)投影三維內(nèi)容。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為其包括從輸入至所述設(shè)備的所述圖像中自主地計算中間圖像的控制系統(tǒng)，其中輸入圖像的數(shù)量少于投影機(10)的數(shù)量，或輸入的三維信息不含有用于驅(qū)動所有所述投影機(10)所必需的所有信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，所述設(shè)備的特征為所述控制系統(tǒng)包括輸入裝置，例如相機，IR傳感器或用于輔助使所述觀看者位置優(yōu)化的其它追蹤裝置，以建立在三維物件上呈現(xiàn)環(huán)境照明、執(zhí)行紋理映射、加陰影或?qū)崿F(xiàn)與所述所顯示的三維物件交互的高度逼真的三維圖像。
17.一種用于校準(zhǔn)根據(jù)權(quán)利要求3至16中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備的方法，所述方法的特征為其包括以下步驟 用至少一個圖像檢測器(20)檢測由所述多重投影機(10)投影的所述圖像，評估所述經(jīng)檢測的圖像及基于所述評估為所述投影機產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，且基于相應(yīng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)修改所述投影機的輸入數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法的特征為周期性執(zhí)行所述檢測步驟、評估步驟、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生步驟及輸入數(shù)據(jù)修改步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所述的方法，所述方法的特征為用所述投影機(10)的每一者連續(xù)地將二維測試圖像圖案投影至替換或覆蓋所述屏幕(12)的寬角擴散屏幕(12w)上，所述測試圖像圖案在所述寬角擴散屏幕(12w)的整個顯示區(qū)域上延伸，其中在所述檢測步驟期間通過布置于所述擴散屏幕(12)的與所述投影機(10)相同側(cè)上的單一圖像檢測器(20)檢測全部所述所投影的測試圖像圖案。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，所述方法的特征為 在所述評估步驟中，評估以下的至少一者所述測試圖像圖案重合地出現(xiàn)于所述擴散屏幕(12)上，所述測試圖像圖案具有相同亮度/對比度，所述測試圖像圖案具有相同色彩， 及在所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生步驟中，產(chǎn)生用于補償光學(xué)缺陷、失真、幾何或色彩失準(zhǔn)及/或所述投影機(10)之間的亮度/對比度差異的所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法的特征為在所述設(shè)備的正常操作期間連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)地執(zhí)行所述檢測步驟、評估步驟、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生步驟及輸入數(shù)據(jù)修改步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法的特征為通過布置于所述擴散屏幕(12)的與用于前投影布置的所述投影機(10)相同側(cè)上的多重圖像檢測器檢測所述所投影的圖像，或通過布置于所述擴散屏幕(12)的與用于背投影布置的所述投影機(10)相對側(cè)上的多重圖像檢測器檢測所述所投影的圖像。
23.一種用于校準(zhǔn)根據(jù)權(quán)利要求3至16中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備的校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置的特征為其包括 至少一個圖像檢測器(20)，其用于檢測由所述投影機(10)投影至所述擴散屏幕(12)上的圖像， 評估構(gòu)件，其用于評估所述經(jīng)檢測的圖像， 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生構(gòu)件，其用于基于所述評估為所述投影機(10)產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，及修改構(gòu)件，其用于基于相應(yīng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)修改所述投影機(10)的輸入數(shù)據(jù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置的特征為其包括布置于所述擴散屏幕(12)的與所述投影機(10)相同側(cè)上的單一圖像檢測器(20)，所述圖像檢測器(20)能夠檢測由所述投影機(10)的每一者連續(xù)地投影至所述擴散屏幕(12)上的二維測試圖像圖案。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置的特征為其包括布置于所述擴散屏幕(12)的與用于前投影布置的所述投影機(10)相同側(cè)上的多重圖像檢測器或布置于所述擴散屏幕(12)的與用于背投影布置的所述投影機(10)相對側(cè)上的多重圖像檢測器，所述圖像檢測器能夠檢測由所述投影機(10)同時投影至所述擴散屏幕(12)上的所述圖像。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置的特征為所述評估構(gòu)件能夠建立所述經(jīng)檢測圖像與理論上無誤差圖像之間的差異。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置的特征為所述評估構(gòu)件、所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生構(gòu)件及所述修改構(gòu)件被實施為運行于所述設(shè)備的控制系統(tǒng)中的計算機程序模塊。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于顯示三維圖像的方法及設(shè)備。二維圖像從多重點投影至具有窄擴散特征的表面，因此可獲得具有任意角相關(guān)性的三維光場。根據(jù)本發(fā)明，投影機(10)并不指向特定屏幕(12)點。所述投影機(10)在無特別定位下導(dǎo)向至所述屏幕(12)，但是可通過校準(zhǔn)過程從與所投影圖像中的大量像素有關(guān)的所存在光束集束中選擇及定義像素式精確的三維光場。還描述一種用于校準(zhǔn)三維顯示系統(tǒng)的新穎校準(zhǔn)方法及裝置，所述裝置裝備有適當(dāng)?shù)膱D像傳感器及控制系統(tǒng)。
文檔編號H04N13/00GK102726050SQ201080040150
公開日2012年10月10日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
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