自适应追踪式立体显示装置及立体显示手机的制作方法

本发明涉及一种立体显示装置及立体显示手机，尤其涉及一种适合多个观看者的自适应追踪式立体显示装置及立体显示手机。

背景技术：

立体显示装置是利用人眼的视差特征，在人眼裸视或者佩戴某种辅助装置的条件下，呈现出具有空间深度信息的逼真立体影像。立体显示装置通常是将具有视差的多个视图通过像素排列算法合成后输出到立体显示器上。这种视差图直接传递到观看者的左眼及右眼，进而合成立体图像。立体显示装置使人更加真实、自然及有效的感知空间深度，获得景物的三维信息。

观看者能否观察到逼真的三维场景，不但与立体显示装置有关，而且还与观看者双眼的空间位置有关。目前的裸眼立体显示技术中的立体显示区域比较固定，观看者只能在立体观看区域内才能观看到比较合适的立体图像。当观看者不在该观看区域内时，将会出现反视、重影、失真等情况，严重影响立体显示效果。

技术实现要素：

本发明提供一种可根据观看者的空间位置进行对应的立体显示的自适应追踪式立体显示装置及其显示方法。

提供一种自适应追踪式立体显示通讯装置，包括：头部追踪单元，用于获取观看者的空间位置信息，所述头部追踪单元包括摄像头和红外线探测头中的任意一种；立体图像处理单元，用于根据所述头部追踪单元或获取的观看者的空间位置信息，对立体视差图像进行处理；立体显示面板，用于显示所述立体图像处理单元处理的立体视差图像，并将所述立体视差图像投射到预定的空间位置；通讯模块，用于进行无线和有线信息的收发。

根据本发明的一优选实施例，所述立体图像处理单元对立体视差图像进行处理的步骤包括对多幅立体视差图像周期性排列进行的重新排列。

根据本发明的一优选实施例，还包括索引查找单元，其用于存储多个观看者空间位置信息与立体视差图像周期性排列方式的对应关系。

根据本发明的一优选实施例，所述立体图像处理单元根据索引查找单元内查找的当前多个观看者的空间位置信息对应的立体视差图像周期性排列方式的对应关系对立体视差图像进行处理。

根据本发明的一优选实施例，所述立体显示面板包括显示面板和光线导向面板，所述显示面板用于显示立体视差图像，所述光线导向面板将立体视差图像的光线导向预定的空间位置。

根据本发明的一优选实施例，所述头部追踪单元为摄像头、声波探测装置、红外线探测装置中的一种。

根据本发明的一优选实施例，获取的观看者的空间位置信息包括观看者的数量和观看者的位置信息。

还提供一种自适应追踪式立体显示手机，包括：射频天线，用于收发通信信号；存储器，用于存储软件程序和资料；输入设备，用于输入用户操作信息；立体显示设备，包括：头部追踪单元，用于获取观看者的空间位置信息，所述头部追踪单元包括摄像头和红外线探测头中的任意一种；立体图像处理单元，用于根据所述头部追踪单元或获取的观看者的空间位置信息，对立体视差图像进行处理；立体显示面板，用于显示所述立体图像处理单元处理的立体视差图像，并将所述立体视差图像投射到预定的空间位置。

根据本发明的一优选实施例，所述立体图像处理单元对立体视差图像进行处理的步骤包括对多幅立体视差图像周期性排列进行的重新排列。

根据本发明的一优选实施例，还包括索引查找单元，其用于存储多个观看者空间位置信息与立体视差图像周期性排列方式的对应关系。

相较于现有技术，本发明立体显示通信设备和手机中设置有索引查找单元和头部追踪单元。通过头部追踪单元获得观察者的位置信息，并根据观察者的位置信息与索引查找单元内预置的信息做比较，找出适合当前位置观察者的图像显示方式，然后通过立体图像处理单元调整立体显示面板的视差图像显示，从而将合适的视差图像投射到适合观看者的空间位置，通过立体显示装置及其对应的立体显示方法，可以使不同位置的观看者都能得到最优的立体视觉体验。

附图说明

图1是本发明自适应追踪式立体显示装置的一优选实施例的功能模块图。

图2是图1所示的自适应追踪式立体显示装置的部分结构及其工作原理示意图。

图3是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的立体显示面板的第一种图像显示方式。

图4是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的立体显示面板的第二种图像显示方式。

图5是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的立体显示面板的第三种图像显示方式。

图6是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的立体显示面板的第四种图像显示方式。

图7是图1所示自适应追踪式立体显示装置中的显示方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

请参见图1，其示出了本发明实施例所涉及的自适应追踪式立体显示装置的结构示意图，该自适应追踪式立体显示装置可以是手机、个人电脑、平板电脑、个人数字助理等任何具有显示功能的电子产品，本实施例中，自适应追踪式立体显示装置以常见的手机900为例进行介绍

手机900可以包括rf(radiofrequency，射频)电路110、包括有一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器120、输入单元130、显示单元140、传感器150、音频电路160、wifi(wirelessfidelity，无线保真)模块170、包括有一个或者一个以上处理核心的处理器180、立体显示处理器8、电源190等部件。本领域技术人员可以理解，图1中示出的终端结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：

rf电路110可用于收发信息或通话过程中，信号的接收和发送，特别地，将基站的下行信息接收后，交由一个或者一个以上处理器180处理；另外，将涉及上行的数据发送给基站。通常，rf电路110包括但不限于天线、至少一个放大器、调谐器、一个或多个振荡器、用户身份模块(sim)卡、收发信机、耦合器、lna(lownoiseamplifier，低噪声放大器)、双工器等。此外，rf电路110还可以通过无线通信与网络和其他设备通信。所述无线通信可以使用任一通信标准或协议，包括但不限于gsm(globalsystemofmobilecommunication，全球移动通讯系统)、gprs(generalpacketradioservice，通用分组无线服务)、cdma(codedivisionmultipleaccess，码分多址)、wcdma(widebandcodedivisionmultipleaccess,宽带码分多址)、lte(longtermevolution,长期演进)、电子邮件、sms(shortmessagingservice，短消息服务)等。

存储器120可用于存储软件程序以及模块，处理器180通过运行存储在存储器120的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器120可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机900的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器120可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器120还可以包括存储器控制器，以提供处理器180和输入单元130对存储器120的访问。

输入单元130可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。具体地，输入单元130可包括触敏表面131以及其他输入设备132。触敏表面131，也称为触摸显示屏或者触控板，可收集用户在其上或附近的触摸操作(比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触敏表面131上或在触敏表面131附近的操作)，并根据预先设定的程式驱动相应的连接装置。可选的，触敏表面131可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给处理器180，并能接收处理器180发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触敏表面131。除了触敏表面131，输入单元130还可以包括其他输入设备132。具体地，其他输入设备132可以包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种。

显示单元140可用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及手机900的各种图形用户接口，这些图形用户接口可以由图形、文本、图标、视频和其任意组合来构成。显示单元140可包括立体显示面板1。可选的，可以采用lcd(liquidcrystaldisplay，液晶显示器)、oled(organiclight-emittingdiode,有机发光二极管)等形式来配置立体显示面板1。进一步的，触敏表面131可覆盖立体显示面板1，当触敏表面131检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给处理器180以确定触摸事件的类型，随后处理器180根据触摸事件的类型在立体显示面板1上提供相应的视觉输出。虽然在图1中，触敏表面131与立体显示面板1是作为两个独立的部件来实现输入和输入功能，但是在某些实施例中，可以将触敏表面131与立体显示面板1集成而实现输入和输出功能。

手机900还可包括至少一种传感器150，比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器可包括环境光传感器及接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节立体显示面板1的亮度，接近传感器可在手机900移动到耳边时，关闭立体显示面板1和/或背光。作为运动传感器的一种，重力加速度传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别手机姿态的应用(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等；至于手机900还可配置的陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。

音频电路160、扬声器161，传声器162可提供用户与手机900之间的音频接口。音频电路160可将接收到的音频数据转换后的电信号，传输到扬声器161，由扬声器161转换为声音信号输出；另一方面，传声器162将收集的声音信号转换为电信号，由音频电路160接收后转换为音频数据，再将音频数据输出处理器180处理后，经rf电路110以发送给比如另一终端，或者将音频数据输出至存储器120以便进一步处理。音频电路160还可能包括耳塞插孔，以提供外设耳机与手机900的通信。

wifi属于短距离无线传输技术，手机900通过wifi模块170可以帮助用户收发电子邮件、浏览网页和访问流式媒体等，它为用户提供了无线的宽带互联网访问。虽然图1示出了wifi模块170，但是可以理解的是，其并不属于手机900的必须构成，完全可以根据需要在不改变发明的本质的范围内而省略。

处理器180是手机900的控制中心，利用各种接口和线路连接整个手机的各个部分，通过运行或执行存储在存储器120内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器120内的数据，执行手机900的各种功能和处理数据，从而对手机进行整体监控。可选的，处理器180可包括一个或多个处理核心；优选的，处理器180可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器180中。

立体显示处理器8包括立体图像处理单元2、索引查找单元3和头部追踪单元4。

其中，头部追踪单元4，用于获取观看者的空间位置信息，观看者的空间位置信息可以包括例如观看者的数量、距离立体显示面板1的距离、相对位置等信息。头部追踪单元4可以是摄像头、声波探测装置、红外线探测装置等形式的头部位置获取及跟踪装置，在此不做具体限制。头部追踪单元4可以精确获取观看者的数量、距离立体显示面板1的位置等信息。索引查找单元3用于根据空间位置获取索引因子，以及根据索引因子生成索引表。立体图像处理单元2，用于根据用户的头部位置信息对3d立体显示图像进行处理。立体显示面板1根据立体图像处理单元2处理生成的立体视差图像进行相应的图像显示，将显示图像呈现给观看者。

手机900还包括给各个部件供电的电源190(比如电池)，优选的，电源可以通过电源管理系统与处理器180逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源190还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。

尽管未示出，手机900还可以包括摄像头、蓝牙模块等，在此不再赘述。手机900还包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行。

更进一步地，请参阅图2，图2为图1所示的立体显示面板1的结构及其工作原理示意图。立体显示面板1包括显示面板11和光线导向面板12。

显示面板11包括多个矩阵排列的像素单元，用于显示根据索引表排列立体视差图像的像素。显示面板11可以是常见的平板显示器，如液晶显示器、等离子显示器、有机发光二极管显示器等，在此不做限制。

光线导向面板12的作用是调制显示面板11发出的光线的传播方向，以将显示光线导向到预定的视场空间位置，观看者左右眼观看到不同的视差图像，从而实现立体显示。光线导向面板12可以是物理柱透镜光栅、液晶狭缝光栅、液晶透镜光栅等结构，在此不做具体限制。特别的，液晶狭缝光栅和液晶透镜光栅由于能够自由控制其光学性质，在光栅状态和非光栅状态之间进行切换，从而可以实现平面/立体(2d/3d)显示的切换，在现在越来越受到重视。为了更好的说明本发明，本实施例中的光线导向面板12采用了可控的具有光栅状态和非光栅状态切换功能的光线导向面板，其工作原理可参考液晶狭缝光栅和液晶透镜光栅的工作原理，在此不再赘述。

自适应追踪式立体显示装置100工作时，显示面板11同时显示多幅同一场景的具有视差的图像。本实施例中，以四图视差立体图像为例进行介绍。具体的，显示面板11周期性(图2中显示出三个周期)的排列显示四幅视差图像，分别为：第一图像p1、第二图像p2、第三图像p3、第四图像p4。图2中，四幅视差图像在显示面板11上从右至左周期性排列。通过光线导向面板12导向作用，将四幅视差图像分别投射到空间固定的预定观察空间内，形成如图2所示的多个菱形区域，四幅视差图像在将产生如图2所示的从左至右的周期性排列。空间中对应四幅视差图像p1、p2、p3、p4的投射区域，也具有对应的周期性观察空间v1、v2、v3、v4(图2中显示出三个周期)。其中周期性观察空间v1、v2、v3、v4仅表示空间中的固定的周期性观察空间区域，并不随四幅视差图像p1、p2、p3、p4的排列位置改变而改变。

四幅视差图像p1、p2、p3、p4中相邻的图像之间具有符合人眼视觉的视差，也就是，通过观看者的眼睛，只有左右眼分别观看到第一图p1、第二图p2组合，或者第二图p2、第三图p3组合，或者第三图p3、第四图p4组合时才能产生合理的立体视觉，如果观察到其他图像组合时，将产生错误的立体视觉，使观察者产生眼睛疼痛、恶心、头晕的感觉，不利于观看者的身体健康和立体体验。

对于四幅视差图像p1、p2、p3、p4的顺序性空间周期排列，具有四种排列情况，以下分别对四种排列情况进行说明。

首先假设观看者的头部位置为v(x,y)，其中，x表示观看者左眼所在的空间位置，y表示观看者右眼所在的空间位置，x、y的取值范围均为：v1、v2、v3、v4，这四种类离散的空间范围。即，只有当观看者的左、右眼处于上述的四种周期性观察空间v1、v2、v3、v4时，适用与立体观察。其中，任意周期性观察空间内具有同样标号空间位置具有同样的观看效果。

请参阅图3，图3是立体显示面板1的第一种图像显示方式。当四幅视差图像的空间透射顺序为从左至右的p1、p2、p3、p4空间顺序周期排列时，适合观看者的空间位置有三种，即，观看者的头部位置为v(v1，v2)、v(v2，v3)和v(v3，v4)，在上述三个观看位置中，观看者左眼和右眼分别落在连个相邻的观看空间内，且左右眼的观看的视差图像具有顺序的关系，即视差图像组合分别为(p1，p2)、(p2，p3)、(p3，p4)，也就是，观看者左右眼看到的视差图像符合人类正常的观看习惯和视觉原理，观看者能够得到较好的，符合真实世界的立体观看效果。

而观看位置v(v4，v1)中，观察者看到的视差图像组合为(p4，p1)，由于观看者左眼位置对应的第四图像p4，而右眼对应第一图像p1，即，观看者左右看到的视差图像与真实世界的视差图像是相反的，此时观看者由视差图像(p4，p1)形成的立体视觉与人类正常的立体视觉存在冲突，导致观看者的立体视觉出现矛盾，从而产生头晕、恶心、不真实的感觉。此类位置是立体显示中应尽量避免提供给观看者的。

基于上述分析，图3所示的图像排列方式适合处于观看位置v(v1，v2)的第一类观看者，和/或处于观看位置v(v2，v3)的第二类观看者，和/或处于观看位置v(v3，v4)的第三类观看者。因此，通过头部追踪单元4跟踪获取到观看者的空间位置信息后，如果观看者的头部(确切的说是眼睛位置)符合上述三类位置后中的一种或多种，立体图像处理单元2通过头部追踪单元4获得的观察者位置信息，调整立体显示面板1的显示，使其在空间投射的立体图像符合图3所示的空间排列周期，即，四幅周期性视差图像p1、p2、p3、p4在观测空间中对应顺序排列，分别对应空间中的周期性观察空间v1、v2、v3、v4位置，即可使用户得到较好的立体视觉体验。也就是只要观看者满足上述三类位置时，可将四幅周期性视差图像p1、p2、p3、p4调整成为上述p1、p2、p3、p4的排列方式，从而使观看者都能满足真实的立体视觉体验的要求。

请参阅图4，图4是立体显示面板1的第二种图像显示方式。当四幅视差图像的空间透射顺序为从左至右的p2、p3、p4、p1空间顺序周期排列时，基于图像的调整，适合观看者的空间位置也反生变化，即，观看者的头部位置为v(v2，v3)、v(v3，v4)和v(v4，v1)，在上述三个观看位置中，观看者左眼和右眼分别落在连个相邻的观看空间内，且左右眼的观看的视差图像具有顺序的关系，即视差图像组合分别为(p1，p2)、(p2，p3)、(p3，p4)，也就是，观看者左右眼看到的视差图像符合人类正常的观看习惯和视觉原理，观看者能够得到较好的，符合真实世界的立体观看效果。

而观看位置v(v1，v2)中，观察者看到的视差图像组合为(p4，p1)，由于观看者左眼位置对应的第四图像p4，而右眼对应第一图像p1，即，观看者左右看到的视差图像与真实世界的视差图像是相反的，此时观看者由视差图像(p4，p1)形成的立体视觉与人类正常的立体视觉存在冲突，导致观看者的立体视觉出现矛盾，从而产生头晕、恶心、不真实的感觉。此类位置是立体显示中应尽量避免提供给观看者的。

基于上述分析，图4所示的图像排列方式适合处于观看位置v(v2，v3)的第一类观看者，和/或处于观看位置v(v3，v4)的第二类观看者，和/或处于观看位置v(v4，v1)的第三类观看者。因此，通过头部追踪单元4跟踪到观看者的位置，如果观看者的头部(确切的说是眼睛位置)符合上述三类位置后，立体图像处理单元2通过头部追踪单元4获得的观察者位置信息，调整立体显示面板1的显示，使其在空间投射的立体图像符合图3所示的空间排列周期，即，四幅周期性视差图像p4、p1、p2、p3在空间中对应顺序排列，分别对应空间中的周期性观察空间v1、v2、v3、v4，即可使用户得到较好的立体视觉体验。也就是只要观看者满足上述三类位置时，可将四幅周期性视差图像p1、p2、p3、p4调整成为上述p4、p1、p2、p3的排列方式，从而使观看者都能满足真实的立体视觉体验的要求。

以此类推，请参阅图5，图5是立体显示面板1的第三种图像显示方式。当四幅视差图像的空间透射顺序为从左至右的p3、p4、p1、p2空间顺序周期排列时，基于图像的调整，适合观看者的空间位置也反生变化，即，观看者的头部较佳观看空间位置v(v1，v2)、v(v3，v4)和v(v4，v1)。而空间位置v(v2，v3)不再适合观看者的立体观看。

基于此，通过头部追踪单元4跟踪到观看者的位置，如果观看者的头部符合图5所示三类位置后，立体图像处理单元2通过头部追踪单元4获得的观察者位置信息，调整立体显示面板1的显示，使其在空间投射的立体图像符合图3所示的空间排列周期，即，四幅周期性视差图像p3、p4、p1、p2在空间中对应顺序排列，分别对应空间中的周期性观察空间v1、v2、v3、v4，即可使用户得到较好的立体视觉体验，满足上述三类位置的客户都能实现真实的立体视觉体验的要求。

同样的，请参阅图6，图6是立体显示面板1的第四种图像显示方式。当四幅视差图像的空间透射顺序为从左至右的p2、p3、p4、p1空间顺序周期排列时，基于图像的调整，适合观看者的空间位置也反生变化，即，观看者的头部较佳观看空间位置v(v1，v2)、v(v2，v3)和v(v4，v1)。而空间位置v(v3，v4)不再适合观看者的立体观看。

基于此，通过头部追踪单元4跟踪到观看者的位置，如果观看者的头部符合上述三类位置后，立体图像处理单元2通过头部追踪单元4获得的观察者位置信息，调整立体显示面板1的显示，使其在空间投射的立体图像符合图3所示的空间排列周期，即，四幅周期性视差图像p2、p3、p4、p1在空间中对应顺序排列，分别对应空间中的周期性观察空间v1、v2、v3、v4，即可使所有观察者得到较好的立体视觉体验，满足上述三类不同位置的客户都能实现真实的立体视觉体验的要求。

通过上述的分析和设计，针对不同位置的观看者，可以通过调整周期性视差图像p1、p2、p3、p4的空间的周期性排列方式，满足不同位置的观看者的立体视觉体验。

进一步地，当头部追踪单元4跟踪到超过头部追踪单元4所能容纳的观看者的时候，可以选择几个主要的观看者，调整图像，使主要的观看者处于合适的立体图像观看位置，也可以调整立体显示面板1，使其显示平面图像，避免部分人处于不适的立体观察位置而降低观看者的视觉体验。

进一步地，可以预先通过实验的方式，测定对于不同的视差图像周期性排列方式所适合的立体观看者位置，并将此类信息存储在索引查找单元3内，例如可以形成查找表的形式，一旦头部追踪单元4检测到观看者符合某一类的观看位置，即可通过索引查找单元3找到与该观看位置对应的合适的视差图像周期性排列方式，从而通过立体图像处理单元2调整立体显示面板1的视差图像的显示，使观看者得到较好的立体视觉体验或者平面视觉体验。

当然，上述实施例仅仅是以具有四幅视差图像具体说明本发明的内容，当自适应追踪式立体显示装置100进行多幅视差图像的立体显示的时候，仍然可以采用上述跟踪、调图的方式，实现较佳的视觉体验，在此不再穷举。当然，对于不同的图像显示方式，除了调整不同视差图像的排列外，还可以对图像的色调、色度等信息进行调整，在此不再赘述。

总的来讲，本发明立体显示装置的实现方法为：步骤s1，获取观看者的空间位置信息；步骤s2，根据获取的观看者的空间位置信息，对立体视差图像进行处理；步骤s3，显示处理后的立体视差图像，以使当前位置的观看者看到立体图像。

相较于现有技术，本发明立体显示装置100设置有索引查找单元3和头部追踪单元4。通过头部追踪单元获得观察者的位置信息，并根据观察者的位置信息与索引查找单元3内预置的信息做比较，找出适合当前位置观察者的图像显示方式，然后通过立体图像处理单元2调整立体显示面板1的视差图像显示，从而将合适的视差图像投射到适合观看者的空间位置，使多个观看者得到最优的立体或平面视觉体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。