专利名称：三维立体图像显示装置及其方法
技术领域：
本发明是一种三维(3D)立体图像显示装置，特别的是，在显示装置上显示不同色 彩波长分布的图像帧，并且使得使用者可藉由滤光眼镜观察到立体图像。
背景技术：
目前三维(3D)图像显示技术主要可分为两种，其主要是以配戴偏光眼镜与否作 为区分。其中，偏光眼镜的部分又可分为早期的红蓝眼镜、屏蔽眼镜、与现今的偏光眼镜。而 在无须戴偏光眼镜的部分则以光栅或透镜不同角度来观看三维图像。 无论何种三维图像显示技术，其原理是让左右眼看到不同的图像，使得大脑认为 图像是三维立体的图像。然而，现有技术中，利用不同的颜色进入偏光片，所达成左右图像 不同的技术，只能让双眼各自接收单一色彩图像，例如红蓝偏光眼镜只能让一眼接收红色 而让另一眼接收蓝色的图像，而无法显示彩色立体图像。此外，产生三维图像需要很复杂的 装置，并不适用于一般的显示装置上，因此会需要额外的成本或费用。 有鉴于此，乃需要一种可观察到彩色立体图像的装置，除了可透过简单的光学装 置观察到彩色的立体图像外，还可以适用到目前日常所使用的显示装置上。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种三维(3D)立体图像显示装置，供显示第一帧至使 用者左眼、以及显示第二帧至使用者右眼，而使用者根据第一帧与第二帧以观察到3D立体 图像。 本发明的另一目的在于一种三维(3D)立体图像显示装置，供显示一输出帧给对 应使用者左眼的第一滤光单元以及给对应使用者右眼的第二滤光单元。第一滤光单元允许 具有第一色彩波长分布的光通过，而第二滤光单元允许具有第二色彩波长分布的光通过， 并且第一滤光单元与第二滤光单元分别过滤输出帧，藉此使用者观察到3D立体图像，并具 有完整的色彩分布。 本发明的另一目的在于一种产生三维(3D)立体图像的方法，根据三维图像信号， 产生具有第一色彩波长分布的第一帧及/或第二色彩波长分布的第二帧所组成的输出帧， 供使用者透过滤光单元观看3D立体图像。 在一实施例中，提供一种三维(3D)立体图像显示装置，供显示第一帧至使用者左 眼，以及显示第二帧至使用者右眼，而使用者根据第一帧与第二帧以观察到3D立体图像， 并且图像显示装置包含数字信号处理器与图像输出模块。数字信号处理器乃根据三维图像 信号，产生第一帧与第二帧。图像输出模块供依序显示第一帧与第二帧。其中，第一帧具有 第一色彩波长分布与第二帧具有第二色彩波长分布，以及第一色彩波长分布不同于第二色 彩波长分布，并且第一色彩波长分布或该第二色彩波长分布其中的一至少包含红、绿与蓝 (RGB)其中两色。 在另一实施例中，提供一种三维(3D)立体图像显示装置，供显示一输出帧给对应
4使用者左眼的第一滤光单元以及给对应使用者右眼的第二滤光单元。第一滤光单元允许具有第一色彩波长分布的光通过，而第二滤光单元允许具有第二色彩波长分布的光通过，第一滤光单元与第二滤光单元分别过滤输出帧，藉此使用者观察到3D立体图像。图像显示装置包含数字信号处理器与图像输出模块。数字信号处理器乃根据三维图像信号，产生输出帧，该输出帧包含可迭加的第一帧与第二帧。图像输出模块供显示该输出帧。其中，第一帧具有第一色彩波长分布与第二帧具有该第二色彩波长分布，以及第一色彩波长分布不同于第二色彩波长分布，并且第一色彩波长分布或第二色彩波长分布其中的一至少包含红、蓝与绿(RGB)其中两色。 在另一实施例中，提供一种产生三维(3D)立体图像的方法，其步骤包含(i)根据
三维图像信号，产生具有第一帧及第二帧所组成的输出帧；(ii)依序或同时显示该第一帧
与其对应的第一色彩波长分布以及该第二帧与其对应的第二色彩波长分布；以及(iii)使
用者藉由第一滤光单元与第二滤光单元依序或同时分别获得具有该第一色彩波长分布的第一帧与具有第二色彩波长分布的第二帧。 配合以下的优选实施例的叙述与图式说明，本发明的目的、实施例、特征、及优点将更为清楚。
图1是根据本发明于实施例的(3D)立体图像显示装置的方块图
图2a是说明在图1实施例中的图像显示装置；
图2b是一种实现本发明的三维图像投影装置；图3a是说明在图1实施例中的图像显示装置；
图3b是一种实现本发明的三维图像投影装置；以及图4是根据本发明于实施例的产生三维(3D)立体图像的方法。
主要组件符号说明
100图像显示装置102图像显示单元1022、202、302数字信号处理器
1024图像输出模块104图像接收单元1042左眼接收单元右眼接收单元200、300投影装置204、304第一光驱动单元206、306第二光驱动单元208、308第一光学单元2082、3082第一光源积分单元210、310第二光学单元2102、3102第二光源积分单元212显示单元
312第一显示单元314第二显示单元3DSIG三维图像信号左图像帧RF右图像帧頂G输出帧波长WLL、WLR波长t帧时间tl第一帧时间t2第二帧时间402根据三维图像信号，产:404依序或同时输出该第-
-帧及第二帧所组成的输出帧
帧与其对应的第二色彩波长分布 406 使用者藉由第一滤光单元与第二滤光单元依序或同时分别获得具-色彩波长分布的第一帧与具有第二色彩波长分布的第二帧，观看到三维(3D)立体
具体实施例方式
本发明揭露一种三维(3D)立体图像显示装置，显示不同色彩波长分布的帧，并且使得使用者可藉由滤光眼镜观察到立体图像。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图1至图4的图式。 参考图l，是根据本发明于实施例的三维(3D)立体图像显示装置100方块图。在本实施例中，图像显示装置IOO包含图像显示单元102。图像显示单元102根据所接收到的三维图像信号3DSIG，用以产生与显示输出帧MG。此外，配合图像接收单元104，使得使用者可以观看该输出帧IMG。 图像显示单元102还包含数字信号处理器1022与图像输出模块1024。数字信号处理器1022根据三维图像信号3DSIG，以产生左图像帧LF与右图像帧RF。图像输出模块1024用以显示包含左图像帧LF及/或右图像帧RF的输出帧IMG。图像接收单元104接收图像输出模块1024所显示的输出帧IMG。此外，图像接收单元104还包含左眼接收单元1042与右眼接收单元1044，例如图像接收单元104可为具有左镜片1042与右镜片1044的一眼镜结构。 左眼接收单元1042与右眼接收单元1044是可藉由特殊镀膜或具有偏光结构等等的滤光组件所组成，上述的组合可使得使用者可透过左眼接收单元1042或右眼接收单元1044分别观察到图像显示单元102所显示的输出帧IMG中的左图像帧LF或右图像帧RF。较佳地，图像接收单元104的左眼接收单元1042或右眼接收单元1044分别接收具有包含不同色彩波长分布的左图像帧LF或右图像帧RF。 一般而言，色彩的分布可以用波长来表示，亦即上述中的左眼接收单元1042与右眼接收单元1044可视为一种滤光(波)器，用以接收/排除特定的波长通过。藉由上述左眼接收单元1042与右眼接收单元1044分别使得
6使用者可藉由左眼与右眼接收到不同波长与强度分布的左图像帧LF与右图像帧RF，进而
在使用者脑中形成一三维(3D)立体图像。此外，在另一实施例中，色彩的分布亦可使用RGB
色彩直方图(hitrograms)来表示，其中RGB各自具有从0至255个层次。 在一实施例中，三维图像信号3DSIG可再藉由数字信号处理器1022重新运算，分
离出三维图像信号3DSIG中所包含的左图像帧LF信号及/或右图像帧RF信号。 在另一实施例中，三维图像信号3DSIG中已事先区分出左图像帧LF及右图像帧RF
的数据，故可不须如先前实施例需要经过额外运算，而轻易地分离出左图像帧LF及右图像
帧RF。 然而，在以上两个实施例中所产生出的左图像帧LF及右图像帧RF，都要根据图像输出模块1024的类型，分别提供图像输出模块1024所对应的左图像帧LF及右图像帧RF的色彩波长分布。例如，图像输出模块1024可分为具有背光源的LCD显示器、DLP投影机、3LCD投影机、RGB-LED显示器或具有自发光源的OLED或电浆显示单元。 一般而言，图像输出模块1024是由光学单元与显示单元所组成，以LCD显示器为例，光学单元是背光模块，而显示单元是前端数组玻璃面板与液晶；DLP投影机，其光学单元为高压灯泡与色轮或发出不同RGB色光的复数LED光源，而显示单元为DMD反射镜；3LCD投影机，其光学单元为高压灯泡与分色单元，显示单元则为3LCD(三片LCD) ;RGB-LED显示器，其光学单元为发出不同RGB色光的复数LED光源，显示单元为LCD。而在自发光源部分，如OLED与电浆显示单元，其光学单元即是显示单元。在本发明的具体实施例中，依照不同的图像输出模块1024的类型，数字信号处理器1022所提供左图像帧LF及右图像帧RF的色彩波长分布可随着图像输出模块1024的不同而加以变化，此色彩波长分布透过不同的图像输出模块1024的结构特性可设计出不同的控制方式。 在一具体实施例中，数字信号处理器1022除了将三维图像信号3DSIG分为左图像帧LF信号及/或右图像帧RF信号外，当图像输出模块1024显示左图像帧LF及右图像帧RF时，亦提供所对应上述图像帧的波长的色彩波长分布。而色彩波长分布详细说明如下。
数字信号处理器1022所产生的左图像帧LF及右图像帧RF，其分别具有不同的色彩波长分布，例如左图像帧LF及右图像帧RF的色彩波长分布组合可为六色彩(三色彩对三色彩3*3)、五色彩(二色彩对三色彩2*3)或四色彩(二色彩对二色彩2*2或者一色彩对三色彩1*3)。 一般而言，色彩主要由红(R)、绿(G)及蓝(B)三原色所组成。然而，熟悉该项技术领域者，应可了解到色彩波长分布的选定，是可在系统设计时决定。在本实施例中，并不限定于何种色彩的分布形式。较佳地，数字信号处理器1022提供一个色彩矩阵(图上未显示)，分别包含色彩波长分布3*3、2*3、2*2或1*3。当三维图像信号3DSIG被转换成左图像帧LF信号及右图像帧RF信号之后，图像输出模块1024再根据内部的一个色彩矩阵(图上未显示)对应产生不同的色彩波长分布，以对应左图像帧LF及右图像帧RF。
较佳地，左图像帧LF及右图像帧RF的色彩波长分布是选用3*3的色彩矩阵，亦即六色彩(三色彩对三色彩)。在此，以三色彩红绿蓝为例进行说明，即是色彩波长分布为红光Rl 、绿光Gl 、蓝光B1 、红光R2、绿光G2、蓝光B2，用以分别产生具有红光Rl 、绿光Gl 、蓝光Bl色彩波长分布的左图像帧LF与具有红光R2、绿光G2、蓝光B2色彩波长分布的右图像帧RF。图像输出模块1024根据左图像帧LF与右图像帧RF显示一输出帧MG。其中图像输出模块1024所呈现出的输出帧MG的色彩波长分布，以其对应的波长WL表示，其显示方式详述如后。 图像接收单元104接收包含左图像帧LF与右图像帧RF的输出帧MG，并且透过左眼接收单元1042与右眼接收单元1044分别过滤出不同波长(或色彩)WLL与WLR。在一具体实施例中，左眼接收单元1042被设计仅有包含红光R1、绿光G1、蓝光B1的波长可以通过，并且排除另一组红光R2、绿光G2、蓝光B2波长通过，其左眼接收单元1042设计如FL所示；而右眼接收单元1044被设计仅有包含红光R2、绿光G2、蓝光B2的波长可以通过，并且排除包含红光R1、绿光G1、蓝光B1的波长通过，其右眼接收单元1044如FR所示。故使用者藉由左眼接收单元1042与右眼接收单元1044分别接收不同波长分布的左图像帧LF与右图像帧RF，并且使得使用者透过图像接收单元104观察到一三维(3D)立体图像，并具有完整的红蓝绿色彩分布。 参考图2a，是说明本发明在图1实施例中的三维(3D)立体图像显示装置。在本实施例中，三维图像信号3DSIG透过图像显示单元102产生左图像帧LF(亦可称为第一帧)与右图像帧RF(亦可称为第二帧)，并且透过图像显示单元102的图像输出模块1024显示输出帧MG，其输出帧MG包含左图像帧LF或者右图像帧RF的其一。亦即在第一帧时间tl (亦即在0至t的期间)，图像输出模块1024显示包含左图像帧LF的输出帧IMG ;而在第二帧时间t2 (亦即在t至2t的期间)，图像输出模块1024显示右图像帧RF的输出帧IMG。此外，值得注意的是，此处所指的左图像帧LF与右图像帧RF是指自同一个三维图像信号3DSIG所产生的帧。其差别在于左图像帧LF与右图像帧RF对应不同色彩波长分布。较佳地，左图像帧LF具有第一色彩波长分布，而右图像帧RF具有第二色彩波长分布，并且第一色彩波长分布不同于第二色彩波长分布，例如第一色彩波长分布可为Rl、 Gl、 Bl，而第二色彩波长分布可为R2、 G2、 B2 ;较佳地，第一色彩波长分布与第二色彩波长分布中的红色部分Rl与R2 (或是绿色部分Gl与G2，或蓝色部分Bl与B2)在波长的分布上或强度上差异不要太大，避免让使用者察觉到差异太大的第一色彩波长分布与第二色彩波长分布，而造成观赏上的不适。 在第一帧时间tl期间，仅有左图像帧LF进入图像接收单元104，并且同时通过左眼接收单元1042及右眼接收单元1044。然而，具有第一色彩波长分布的左图像帧LF仅能通过左眼接收单元1042，而左图像帧LF则无法通过右眼接收单元1044。在第二帧时间t2期间，具有第二色彩波长分布的右图像帧RF仅能通过右眼接收单元1044，而右图像帧RF则无法通过左眼接收单元1042。使用者可在第一帧时间tl期间里，透过左眼接收单元1042观看包含第一色彩波长分布的左图像帧LF，以及在第二帧时间t2期间里，透过右眼接收单元1044观看包含第二色彩波长分布的右图像帧RF。其中，第一帧时间tl与至第二帧时间t2的交替时间(亦即帧时间tl、t2)是在使用者视觉暂留时间内可接受成像的时间范围内，故使用者可在图像接收单元104后观察到一个三维(3D)立体图像，并具有完整的红蓝绿色彩分布。 值得注意的是，应用本实施例中的三维(3D)立体图像显示装置可为具背光源的投影机等或具自发光源的电浆显示单元等。即是在第一帧时间tl与第二帧时间t2内，透过其图像输出模块1024显示包含第一色彩波长分布的左图像帧LF与包含第二色彩波长分布的右图像帧RF。以下将以三维图像的数字光源处理技术(DLP)投影装置为例，说明能依序显示左图像帧LF与右图像帧RF的显示装置。
权利要求
一种三维(3D)立体图像显示装置，供显示一第一帧至使用者左眼，以及显示一第二帧至使用者右眼，而使用者根据该第一帧与该第二帧以观察到一3D立体图像，该图像显示装置包含一数字信号处理器，乃根据一三维图像信号，产生该第一帧与该第二帧；以及一图像输出模块，供依序显示该第一帧与该第二帧；其中该第一帧具有一第一色彩波长分布，该第二帧具有一第二色彩波长分布，该第一色彩波长分布不同于该第二色彩波长分布，且该第一色彩波长分布或该第二色彩波长分布其中之一至少包含红、蓝与绿其中两色。
2. 如权利要求1的显示装置，其中该第一色彩波长分布与该第二色彩波长分布的相对 应色彩差异是在人眼色差的忍受值范围。
3. 如权利要求1的显示装置，其中该第一帧与该第二帧的显示是间隔一帧时间t，其中 该帧时间t小于人类的视觉暂留时间。
4. 如权利要求l的显示装置，其中该显示器是一DLP投影机，其是包含两组光学单元， 以分别产生该第一帧与该第二帧，其中该两组光学单元分别发出该第一色彩波长分布及该 第二色彩波长分布的复数LED光源。
5. 如权利要求4的显示装置，其中该DLP投影机还包含一 匿D反射镜所构成的显示单 元，以接收来自该两组光学单元的信号并依序显示该第一帧及该第二帧。
6. 如权利要求4的显示装置，其中该数字信号处理模块是透过两组光驱动器驱动每一组光学单元的发光。
7. —种三维(3D)立体图像显示装置，供显示一帧给对应使用者左眼的一第一滤光单 元以及给对应使用者右眼的一第二滤光单元，该第一滤光单元允许具有一第一色彩波长分 布的光通过，而该第二滤光单元允许具有一第二色彩波长分布的光通过，该第一滤光单元 与该第二滤光单元分别过滤该帧，该图像显示装置包含一数字信号处理器，乃根据一三维图像信号，产生一帧，该帧包含可迭加的一第一帧与 一第二帧；以及一图像输出模块，供显示该帧；其中该第一帧具有该第一色彩波长分布，该第二帧具有该第二色彩波长分布，该第一 色彩波长分布不同于该第二色彩波长分布，且该第一色彩波长分布或该第二色彩波长分布 其中之一至少包含红、蓝与绿其中两色，而使用者根据该第一帧与该第二帧以观察到该3D 立体图像。
8. 如权利要求7的显示装置，其中该第一色彩波长分布与该第二色彩波长分布的相对 应色彩差异是在人眼色差的忍受值范围。
9. 一种产生三维(3D)立体图像的方法，应用于使用者使用一第一滤光单元与一第二 滤光单元观看该三维(3D)立体图像，其包含据一三维图像信号，产生具有一第一帧及一第二帧所组成的一输出帧； 提供该第一帧与其对应的一第一色彩波长分布； 提供该第二帧与其对应的一第二色彩波长分布；以及使用者藉由该第一滤光单元与该第二滤光单元依序或同时分别获得该具有该第一色 彩波长分布的该第一帧与具有该第二色彩波长分布的该第二帧，而使用者根据该第一帧与该第二帧以观察到该3D立体图像。
10. 如权利要求9的显示方法，其中该第一色彩波长分布与该第二色彩波长分布的相 对应色彩差异是在人眼色差的忍受值范围。
11. 如权利要求9的显示方法，其中该第一帧与该第二帧的显示是间隔一帧时间t，其 中该帧时间t小于人类的视觉暂留时间。
全文摘要
本发明是一种三维(3D)立体图像显示装置，供显示第一帧至使用者左眼，以及显示第二帧至使用者右眼，而使用者根据第一帧与第二帧以观察到3D立体图像。三维(3D)立体图像显示装置包含数字信号处理器与图像输出模块。数字信号处理器乃根据三维图像信号，产生第一帧与第二帧。图像输出模块供依序或同时显示第一帧与第二帧。第一帧具有第一色彩波长分布及第二帧具有第二色彩波长分布，且该第一色彩波长分布不同于第二色彩波长分布，此外，第一色彩波长分布或第二色彩波长分布其中之一至少包含红、蓝与绿(RGB)其中两色。
文档编号H04N13/04GK101778302SQ20091000225
公开日2010年7月14日 申请日期2009年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者柯杰斌 申请人:宏碁股份有限公司