CN101795420B - 立体图像显示系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体图像显示系统及其控制方法。其中通过设置眼睛跟踪模块对观察者眼睛当前的三维空间位置进行定位，并且生成左右两只眼睛的当前三维空间位置信息。控制模块控制可以改变输出光线方向的显示装置，其以时间复用的方式在显示装置上输出图像，在一种时刻把含左眼图像的光线输出到左眼所在的位置，而不输出到右眼所在的位置，在另一种时刻把含右眼图像的光线输出到右眼所在的位置，而不输出到左眼所在的位置，从而根据视差原理使人感知到立体图像。本发明扩大了立体图像的观察范围，给观察者较好的立体图像视觉体验。

Description

立体图像显示系统及其控制方法

【技术领域】

本发明涉及三维(3D)立体显示技术领域，尤其涉及一种立体图像显示系统及其控制方法。

【背景技术】

众所周知，现实世界是三维立体世界，它为人的双眼提供了两幅具有位差的图像，映入双眼后即形成立体视觉所需的视差，然后经视神经中枢的融合反射，以及视觉心理反应便产生了三维立体感觉。

近年来，随着高清电视技术的发展，人们对于更加真实显示图像技术的追求也越来越高。利用这个三维立体成像的原理，通过显示屏将两幅具有位差的左图像和右图像分别呈现给左眼和右眼，即可以获得3D的感觉。

目前已经出现了立体眼镜和头盔显示屏(HDM：Head Mounted Display)等立体显示技术。然而，前述的三维立体显示技术如配戴立体眼镜或者头盔显示屏等会造成观察者眼睛不舒服，影响观察者的观看舒适度。因此，一种自动立体显示(Auto stereoscopic Display)技术即裸眼可视自动立体图像显示技术如今成为显示领域研究的热点。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的一方面提供了一种立体图像显示系统，其包括眼睛跟踪模块、控制模块、背光模块以及显示模块。其中，眼睛跟踪模块用于定位观察者眼睛当前的三维空间位置，并且生成左右两眼的三维空间位置信息；控制模块用于根据眼睛跟踪模块提供的左右两眼的三维空间位置信息，同步控制背光模块和显示模块；背光模块用于在控制模块的控制下形成交错光源，并将交错光源发射至显示模块，以作为显示模块的背光源，交错光源包括发光区域及无光区域，发光区域与无光区域交错排列，从发光区域有光线射向显示模块，从无光区域基本没有光线射向显示模块；所述显示模块用于在所述控制模块的控制下显示交错图像，所述交错图像包括黑色区域及图像区域，黑色区域及图像区域交错排列，光线不能透过黑色区域，但可以透过图像区域。

本发明的另一方面提供了一种立体图像显示系统的控制方法，其包括：眼睛跟踪模块对观察者眼睛当前的三维空间位置进行定位，并且生成左右两只眼睛的当前三维空间位置信息；控制模块控制可以改变输出光线方向的显示装置，根据从眼睛跟踪模块获取的两只眼睛的当前三维空间位置信息，以时间复用的方式在显示装置上输出图像，其中，在一种时刻把含左眼图像的光线输出到左眼所在的位置，而不输出到右眼所在的位置，在另一种时刻把含右眼图像的光线输出到右眼所在的位置，而不输出到左眼所在的位置。

本发明的立体图像显示系统及其控制方法具有跟踪观察者眼睛的功能，可以根据观察者眼睛的三维空间位置与所要显示的三维立体图像进行同步控制，从而将规定的图像分别送到预定的眼睛中。因此，可以裸眼观察立体图像，不需要另外配戴专门的眼镜，改善观察者的立体图像视觉体验。而且，当自动跟踪观察者眼睛时，观察者的眼睛不需要保持在固定的位置，在眼睛位置改变的情况下，根据本发明的立体图像显示系统及其控制方法可以自适应地调整，仍能将规定的图像分别送到预定的眼睛中，从而相对于现有技术扩大立体图像的观察范围，给观察者较好的立体图像视觉体验。

其次，本发明的立体图像显示系统及其控制方法，对于交错光源可以用时间复用的方式生成，实现一部分时间不点亮光源，具有较低的能量损耗。

另外，本发明的立体图像显示系统的立体图像由交错图像及交错光源的共同作用形成，交错图像及交错光源由控制模块自动控制，简单通过控制模式切换即可实现二维(2D)显示效果，从而兼容2D/3D的显示效果，图像的输出方式具有很好的灵活性。

【附图说明】

图1为根据本发明一种实施方式的立体图像显示系统模块示意图。

图2a～2d分别为根据本发明一种实施方式的立体图像显示系统在T1～T4四个时刻的原理示意图。

图3为根据本发明一种实施方式的立体图像显示系统的控制方法流程图。

【具体实施方式】

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1为本发明一种实施方式的立体图像显示系统模块示意图。如图1所示，立体图像显示系统1包括背光模块10、眼睛跟踪模块20、控制模块30以及显示模块50。背光模块10和显示模块50组成可以改变输出光线方向的显示装置。

背光模块10作为显示模块50的背光源，即用于向显示模块50的背面发射光线。背光模块10进一步包括狭缝光源11、光源导向单元12、光源驱动单元13以及反射模块14。

狭缝光源11用于产生线光线，该线光线是一种分布在宽度远小于长度的狭长区域里的光线，因狭长区域像一条线，故在本技术领域中称该光线为“线光线”，本文所称“线光线”就是指这种分布在狭长区域里的光线。配合参考图2a～2d，狭缝光源11包括条状光源111与汇聚透镜112。在本发明实施方式中，条状光源111为发光二极管灯条(LED light bar)，汇聚透镜112为柱状汇聚透镜，并且条状光源111与汇聚透镜112相互平行设置。在根据本发明的另一实施方式中，条状光源也可以由激光光源来代替。汇聚透镜112将发光二极管灯条111发出的多条光线汇聚，汇聚后光线的出射方向可以汇聚在一个较小的范围内，以致于狭缝光源11发出的线光线可以较为集中地出射到光源导向单元12上。

光源导向单元12用于改变狭缝光源11出射光线的方向，并将改变后的出射光线导向反射模块14上，在反射模块14形成反光区域。在本发明实施方式中，光源导向单元12包括具有旋转轴的伺服(Servo)电机(未图示)，于旋转轴上设置有棱镜柱。棱镜柱的光学主轴与伺服电机主轴平行，并且，伺服电机主轴的延长线经过棱镜柱的光学主轴。在图2a-2d所示的实施方式中，棱镜柱为有正方形截面的四棱柱，其侧面具有四个棱镜面。棱镜柱被伺服电机的旋转轴带动以14400转/秒的速度旋转，不断改变入射到棱镜面上的光线相对于棱镜面的入射角度，从而改变出射光的方向。随着旋转，光线不断从反射模块14扫过。根据本发明，在其他实施方式中，棱镜柱可以由具有改变光线方向效果的其他棱镜来实现；当然，在本发明的另一实施方式中，棱镜柱也可以由反射镜或其他可以用于改变光线的传播方向的光学元件来代替。

狭缝光源11以及光源导向单元12被设置于显示模块50与反射模块14之间，并且狭缝光源11及光源导向单元位于显示模块50的侧边。

反射模块14可以反射光线，当反射模块14上一定的区域被光线照射时，该区域反射光线形成发光区域，而在反射模块14上其余未被光线照射的区域无光线反射，形成无光区域。

光源驱动单元13用于同步地分别驱动狭缝光源11和光源导向单元12，其进一步包括光源驱动器(未图示)与电机驱动器(未图示)。其中，光源驱动器用于驱动狭缝光源11，以对其进行点亮/熄灭的操作。电机驱动器用于驱动光源导向单元12，在本实施方式中，电机驱动器驱动光源导向单元12的伺服电机，控制伺服电机的旋转。在根据本发明的实施方式中，光源驱动器送出脉宽调制(PWM)的信号，使狭缝光源11在一些时刻点亮，还有一些时刻熄灭。光源导向单元12和狭缝光源11在控制模块30的同步控制下，狭缝光源11出射方向不变，光源导向单元12不断改变狭缝光源11的出射方向而使从狭缝光源11射出的光线经过光源导向单元12的导向后不断在反射模块14上移动，其中，在移动到反射模块14的一定区域时点亮狭缝光源11，而在该一定区域形成发光区域；在移动到反射模块14的另一些区域时熄灭狭缝光源11，而在该另一些区域形成无光区域，从而通过时间复用的方法在反射模块14上形成预定宽度形状的发光区域与无光区域交错的交错光源。

反射模块14设置于显示模块50的背面，反射模块14将入射至其上的发光区域的光线发射至显示模块50上，从而为显示模块50提供背光源。优选地，该反射模块14为具有较高光线反射率的全反射膜片，从而可以减小光线在反射过程中的能量损耗。全反射膜片可以是平面的也可以是非平面的。

继续参考图1，眼睛跟踪模块20用于跟踪观察者的眼睛(包括左眼和右眼两只眼睛)，以定位眼睛当前的三维空间位置，并且生成左右眼的三维空间位置信息并将该三维空间位置信息传递给控制模块30。其中，眼睛跟踪模块20可以采取例如目前已经公知的卡尔曼滤波技术、粒子滤波技术、红外感测技术以及一些公知的图像处理技术等来实现。

控制模块30接收来自眼睛跟踪模块20提供的观察者当前的左右眼的三维空间位置信息，同步控制背光模块10和显示模块50。具体地，控制模块30控制背光模块10中的光源驱动单元13，再由光源驱动单元13分别驱动狭缝光源11和光源导向单元12，以实现在反射模块14上生成交错光源。控制模块30可以由公知的信号处理装置来实现，例如中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)等。控制模块30包括交错图像(Interleaved image)生成模块31。控制模块30从图像源40取得源图像信息，提供给交错图像生成模块31。交错图像生成模块31在接收到给左眼或右眼的图像过程中，能够根据眼睛的位置的不同，而在每个源图像信息上插入黑色的垂直区域，这些黑色区域替换原来源图像信息的部分区域，将原来连续的源图像信息分割为由图像区域和黑色区域组成的交错图像信号。交错图像生成模块31将生成的交错图像信号提供给显示模块50。

显示模块50用于显示图像，在本发明一种具体实施方式中，是使用一种公知的液晶显示屏，如薄膜晶体管液晶显示屏。当接收到交错图像生成模块31提供的交错图像信号时，显示模块50显示交错图像。交错图像包括黑色区域及图像区域，黑色区域及图像区域交错排列。按照公知的液晶显示技术，光线不能透过显示模块50上的黑色区域，但光线可以选择性地透过显示模块50上的图像区域，该透过的光线进入眼睛即产生可以感知的图像。当然，在根据本发明的实施方式中，交错图像生成模块31和控制模块30可以分开安装，也可以把交错图像生成模块31集成在显示模块50中，其工作原理均类似。

本发明一种具体实施方式的立体图像显示系统1的控制方法包括图3所示步骤。以下对各步骤进行具体说明，在以下说明中，请继续结合参考图1。

在获取眼睛位置步骤S1中，眼睛跟踪模块20自动跟踪观察者眼睛，定位观察者眼睛当前的三维空间位置，并且生成左右两眼的三维空间位置信息。

在显示图像步骤S2中，控制模块30从图像源40取得需要显示的源图像信息，同时根据眼睛跟踪模块20提供的观察者眼睛当前三维空间位置信息来计算出需要生成的背光源形状及需要生成的图像的信息，并同步控制背光模块10生成交错光源及控制显示模块50生成相应的交错图像。在控制模块同步控制下，交替地切换交错光源及交错图像，从而把左眼图像和右眼图像分别对应地送到左眼和右眼。在送出左眼图像的时刻，发光区域的光线通过交错图像的图像区域进入左眼中，但发光区域的光线被黑色区域阻挡而不能进入右眼中。在送出右眼图像的时刻，发光区域的光线通过交错图像的图像区域进入右眼，但发光区域的光线被黑色区域阻挡而不能进入左眼。两种时刻不断轮流出现，用时间复用方法，在输出左眼图像的时刻，把含左眼图像的光线送到左眼而不送到右眼，并在输出右眼图像的时刻，把含右眼图像的光线送到右眼而不送到左眼。当两种时刻的切换速度足够快时，由于眼睛的视觉暂留效应，两只眼睛分别看到的与该眼睛相对应的图像经过观察者的人脑合成作用，则可持续地感知到对应的合成图像。

图2a至2d依次为本发明一种实施方式的立体图像显示系统1在T1到T4四个时刻的工作原理示意图，现在结合参考图2a至2d，根据本发明一种具体实施方式详细说明显示图像步骤S2。按照前述的原理，在控制模块30的控制下，在T1时刻，在背光模块14上形成第一交错光源141，在显示模块50上显示第一交错图像501；在T2时刻，在背光模块14上形成第二交错光源142，在显示模块50上显示第二交错图像502；在T3时刻，在背光模块14上形成第三交错光源143，在显示模块50上显示第三交错图像503；在T4时刻，在背光模块14上形成第四交错光源144，在显示模块50上显示第四交错图像504。

图2a所示是立体图像显示系统1在T1时刻的原理示意图，在T1时刻，要把从图像源40取得的右眼图像送给右眼。此时，交错图像生成模块31把取得的右眼图像的部分区域替换成根据眼睛三维空间位置信息计算过的黑色区域，没有被黑色区域替换的区域便是图像区域，从而生成第一交错图像501的显示信号。显示模块50接收到显示信号而生成第一交错图像501，第一交错图像501包括光线不能透过的间隔排列的黑色区域b0b1、b2b3、b4b5、……及图像区域b1b2、b3b4、b5b6、……。同时，背光模块10根据前述的工作原理，在反射模块14上生成根据眼睛三维空间位置信息计算过的第一交错光源141。第一交错光源141包括反射有光线的发光区域a0a1、a2a3、a4a5、……及无光区域a1a2、a3a4、a5a6、……。如图所示，显示模块50上的附图标记b0、b1、b2、b3、……指示黑色区域与图像区域的交界点，反射模块14上的附图标记a0、a1、a2、a3、……指示无光区域与发光区域的交界点；而且，由于控制模块30的自动计算和控制，左眼、b0及a0三点在一条直线上，右眼、b1及a0三点在一条直线上；左眼、b1及a1三点在一条直线上，右眼、b2及a1三点在一条直线上……，依此类推。背光模块10提供的第一交错光源141作为显示模块50的背光源，如前所述，交错光源的发光区域有光线反射出来，无光区域没有光线反射出来；并且按照公知的液晶显示技术，光线不能透过显示模块50上的黑色区域，但光线可以选择性地透过显示模块50上的图像区域。

在第一交错光源141与第一交错图像501的共同作用下，按照光线的透射及直线传播原理，该发光区域发射的光线可以透过图像区域进入观察者的右眼，但由于黑色区域的阻挡而不能进入观察者的左眼；而且由于图像区域恰好处于左眼与无光区域之间，也不会有光线从无光区域透过图像区域进入左眼。故，在T1时刻，仅观察者的右眼看到显示模块50上的第一交错图像501，而观察者的左眼则看不到显示模块50上的任何图像。此时，右眼仅看到前述取自图像源的右眼图像显示在第一交错图像501的图像区域位置的图像，而前述取自图像源的右眼图像的原本在第一交错图像501的黑色区域位置的图像，暂时不送出，等到后面将说明的T 3时刻再送出。

图2b所示是立体图像显示系统1在T2时刻的原理示意图，在T1时刻之后的T2时刻，要把从图像源40取得的左眼图像送给左眼。此时，用来显示的是从图像源40取得的左眼图像，在眼睛三维空间位置不变的情况下，反射模块14上的第二交错光源142相对于T1时刻位置不变，即第二交错光源142与第一交错光源141的位置相同；但是，显示模块50上生成的第二交错图像502的显示位置发生变化。此时，第二交错图像502包括黑色区域b1b2、b3b4、b5b6、……及图像区域b0b1、b2b3、b4b5、……。也就是说，第二交错图像502上图像区域b 0b1、b2b3、b4b5、……的显示位置是在T1时刻时显示黑色区域的位置，第二交错图像502上黑色区域b1b2、b3b4、b5b6、……的显示位置是在T1时刻时显示图像区域的位置。

与T1时刻类似，在第二交错光源142与第二交错图像502的共同作用下，按照光线的透射及直线传播原理，在T2时刻，仅观察者的左眼看到显示模块50上的第二交错图像502，而观察者的右眼则看不到显示模块50上的任何图像。此时，左眼仅看到前述取自图像源的左眼图像显示在第二交错图像502的图像区域位置的图像，而前述取自图像源的左眼图像的原本在第二交错图像502的黑色区域位置的图像，暂时不送出，等到后面将说明的T4时刻再送出。

图2c所示是立体图像显示系统1在T3时刻的原理示意图，在T2时刻之后的T3时刻，要把从图像源40取得的右眼图像在T1时刻未显示的部分送给右眼。此时，在眼睛三维空间位置不变的情况下，反射模块14上的第三交错光源143相对于T2时刻位置改变；但是，显示模块50上生成的第三交错图像503的显示位置相对于T2时刻没有变化。此时，第三交错光源143包括发光区域a1a2、a3a4、a5a6、……及无光区域a0a1、a2a3、a4a5、……。也就是说，第三交错光源143上发光区域a1a2、a3a4、a5a6、……的位置是在T2时刻时无光区域的位置，第三交错光源143上无光区域a0a1、a2a3、a4a5、……的位置是在T2时刻时发光区域的位置。

与前述时刻T1、T2类似，在第三交错光源143与第三交错图像503的共同作用下，按照光线的透射及直线传播原理，在T3时刻，仅观察者的右眼看到显示模块50上的第三交错图像503，而观察者的左眼则看不到显示模块50上的任何图像。其中，在T3时刻右眼看到的第三交错图像503与在T1时刻右眼看到的第一交错图像501的图像区域显示位置互补。因此，经过T1和T3时刻，右眼在T1时刻看到的第一交错图像501和在T3时刻看到的第三交错图像503组成一幅完整右眼图像。从而，实现对右眼图像的全精度显示。需要说明的是，如果T3时刻与T1时刻相比，观察者眼睛的三维空间位置变化，则第三交错图像503的图像区域及黑色区域相对第一交错图像501的互补位置可能变化，但由于图像是以例如不小于1/120秒的速度(即不小于120赫兹)很快地切换，在很短的时间里观察者的位移是微小的，根据观察者眼睛的三维空间位置变化调整的这种图像位置的变化也通常是微小的，对于肉眼仍可视为互补。从而视为眼睛经过T1和T3两个时刻看到一幅全精度的右眼图像。

图2d所示是本发明一种实施方式的立体图像显示系统1在T4时刻的原理示意图，在T3时刻之后的T4时刻，要把从图像源40取得的左眼图像在T2时刻未显示的部分送给左眼。此时，在眼睛三维空间位置不变的情况下，反射模块14上的第四交错光源144相对于T3时刻位置不变，即第四交错光源144与第三交错光源143的位置相同；但是，显示模块50上生成的第四交错图像504的显示位置发生变化。此时，第四交错图像504包括黑色区域b0b1、b2b3、b4b5、……及图像区域b1b2、b3b4、b5b6、……。也就是说，第四交错图像504上图像区域b1b2、b3b4、b5b6、……的显示位置是在T2及T3时刻时显示黑色区域的位置，第四交错图像504上黑色区域b0b1、b2b3、b4b5、……的显示位置是在T2及T3时刻时显示图像区域的位置。

与前述时刻T1、T2、T3类似，在T4时刻，在第四交错光源144与第四交错图像504的共同作用下，按照光线的透射及直线传播原理，在T4时刻，仅观察者的左眼看到显示模块50上的第四交错图像504，而观察者的右眼则看不到显示模块50上的任何图像。其中，在T4时刻左眼看到的第四交错图像504与在T2时刻左眼看到的第二交错图像502的图像区域的显示位置互补。因此，经过T2和T4时刻，左眼在T2时刻看到的第二交错图像502和在T4时刻看到的第四交错图像504组成一幅完整左眼图像。从而，实现对左眼图像的全精度显示。同样地，如果T4时刻与T2时刻相比，观察者眼睛的三维空间位置变化，则第四交错图像504的图像区域及黑色区域相对第二交错图像502的互补位置可能变化，但由于图像是很快地切换，在很短的时间里观察者的位移是微小的，根据观察者眼睛的三维空间位置变化调整的这种图像位置的变化也通常是微小的，对于肉眼仍可视为互补。从而视为眼睛经过T2和T4两个时刻仍看到一幅全精度的左眼图像。

综上所述，右眼经过T1和T3时刻看到一幅完整右眼图像，左眼经过T2和T4时刻看到一幅完整左眼图像。

在合成图像步骤S3中，依据公知的视差原理，根据立体视差效果制作的左、右眼图像，经过观察者的人脑合成作用，即可形成有立体效果的立体图像。也就是说，观察者经过T1至T4这四个时刻，即可感知到一幅完整立体图像。根据本发明，优选显示模块显示图像的刷新频率不低于120赫兹，即T1至T4这四个时刻中的每一个时刻的时值(所谓时值定义为两个时刻之间的时间间隔)相等，且时值不大于1/120秒，观察者经过不大于1/30秒(根据(1/120)×4＝1/30)的时间可以感知到一幅完整立体图像。由于视觉暂留效应(通常人眼不能够感觉到图像切换之间是否有闪烁则时间间隔必须约大于0.03秒)，在图像快速刷新时，难以察觉到图像的切换，而感觉到持续显示的图像。更优选地，显示模块显示图像的刷新频率不低于240赫兹，即T1至T4这四个时刻中的每个时刻之间的时值相等，且时值不大于1/240秒，则观察者经过不大于1/60秒(根据(1/240)×4＝1/60)的时间可以感知到一幅完整立体图像。显示给观察者的完整立体图像的刷新频率是大于60赫兹，可以较好地减轻眼睛的视觉闪烁，缓解视觉疲劳。

从以上说明也可以知道，T4时刻与T1时刻的图像显示位置相同，但是图像分别进入不同的眼睛；T2时刻与T3时刻的图像显示位置相同，但是图像分别进入不同的眼睛。因此，根据本发明的另一实施方式，也可以只在两个时刻不断循环，而不是在四个时刻不断循环。例如，只在前述的T2时刻和T3时刻循环，或者只在前述的T4时刻和T1时刻循环。则依据公知的视差原理，每相邻两个时刻，可以显示一幅交错有黑色区域的立体图像。当黑色区域的宽度足够小时，肉眼难以觉察，但仍可以显示立体效果的图像，只是相较于前述的由四个时刻不断循环的实施方式观察者看到的图像的分辨率降低一半。

以上实施方式是以首先在T2时刻相对T1时刻变换交错图像的显示位置为例来进行说明的。当然，本发明并不限于此，在本发明的另一实施方式中，也可以通过首先变换交错光源的位置来实现。例如，在T1时刻，同步形成的交错图像和交错光源的情况如图2a所示，右眼看到显示模块50上的第一交错图像501；在T2时刻，同步形成的交错图像和交错光源的情况如图2d所示，左眼看到显示模块50上的第四交错图像504；在T3时刻，同步形成的交错图像与交错光源如图2c所示，右眼看到显示模块50上与T1时刻显示位置互补显示的第三交错图像503；在T4时刻，同步形成的交错图像与交错光源如图2b所示，则可以让左眼看到显示模块50上与T2时刻显示位置互补显示的第二交错图像502。经过T1～T4时刻，通过人脑的合成作用，同样可以感知到由第一交错图像501、第二交错图像502、第三交错图像503以及第四交错图像504组成的完整图像的全精度立体图像。

此外，本发明的立体图像显示系统1并不限于先右眼看到显示模块50上的交错图像，再左眼交替看到显示模块50上的交错图像，当然，本发明立体图像显示系统也可以先左眼看到显示模块50上的交错图像，再右眼交替看到显示模块50上的交错图像，其工作原理基本相同，故，在此不再赘述。

在本发明的立体图像显示系统1中，眼睛跟踪模块20可以自动跟踪观察者的眼睛，当观察者的位置发生变化时，即观察者的左右两眼的三维空间位置发生变化，眼睛跟踪模块20立即生成变化后眼睛当时的三维空间位置信息。控制模块根据两眼位置及显示的图像是用于左眼的图像还是用于右眼的图像，按照公知的光学及几何原理进行计算，即可得到对应每一时刻合适尺寸和位置的交错图像和交错光源，通过控制模块30对背光模块10和显示模块50的同步控制，使得形成的相应交错图像和交错光源同步工作，从而实现图像的自动立体显示功能。因此，本发明的立体图像显示系统1在一旦眼睛位置变化，则自动作出响应，调整交错图像和交错光源的尺寸和位置，使左右两眼的图像都可以实时分别输出到相应的眼睛里。因此，观察者的眼睛不需要保持在固定的位置，本发明可以扩大立体图像的观察范围，给观察者较好的立体图像视觉体验。而且根据本发明，可以裸眼观察立体图像，不需要另外配戴专门的眼镜，进一步改善观察者的立体图像视觉体验。根据本发明的一种可选控制方式，当观察者不需要移动时，可以通过人工设置为“不动”模式，这时，不需要实时地自动跟踪眼睛，只需要进行一次性的调校，不需要在输出每一个图像的时刻进行计算调整，从而提高系统的运算暨运行效率。

交错光源包括多个纵长延伸的条纹，这些条纹的纵长方向优选为显示模块50的垂直方向。由于观察者两眼连线在通常使用情况下(或者平均情况下)是水平的，本文所述的显示模块50的垂直方向是指通常使用情况下，与观察者两眼连线相垂直的方向。当然，观察者两眼连线可以不保持与显示模块50的垂直方向相垂直，只要不与显示模块50的垂直方向平行，仍可看到立体图像。而且，附图所示显示模块的显示面板是平面状，但本发明并不限于平面状。因应眼睛的实际三维空间位置及显示面板形状的不同，交错光源的条纹的宽度呈相等大小或不等大小。

另外，由于交错图像及交错光源由控制模块自动控制，控制模式切换非常容易，本发明的图像的输出方式具有很好的灵活性。本发明的立体图像显示系统可以实现二维/三维(2D/3D)的显示模式相互切换的功能。在本发明的另一实施方式中，当切换到2D显示模式时，控制模块30背光模块10中的光源驱动单元13，进一步地为光源驱动单元13中的光源驱动器，驱动狭缝光源11的发光二极管灯条111为常亮状态；并且，交错图像生成模块31在从图像源40取得的图像信息上不插入黑色区域。此时，观察者的左右眼睛在相同的时刻可以看到显示模块50上显示的相同图像，该显示图像为2D图像，从而达成2D显示的效果。因此，本发明的立体图像显示系统1兼容二维和三维两种图像的显示。在二维显示模式时，图像的切换频率可以降低到不低于60赫兹，观察者的眼睛仍可以保持较舒适的视觉效果。

由于本发明的立体图像显示系统1在T1～T4时刻，仅需要针对反射模块14上一半的区域点亮狭缝光源11中的发光二极管灯条111，而针对另外一半的区域发光二极管灯条111熄灭。因此，本发明的立体图像显示系统1的光能量损耗大约只有1/2，而传统的例如通过光栅(Shutter)实现立体图像显示的技术要求背光源常亮，故，相对于传统的实现立体图像显示的技术来说，本发明的立体图像显示系统1的能量损耗较低。

本发明虽然以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (17)

1.一种立体图像显示系统，其包括眼睛跟踪模块、控制模块、背光模块以及显示模块，其中，

所述眼睛跟踪模块用于定位观察者眼睛当前的三维空间位置，并且生成左右两眼的三维空间位置信息；

所述控制模块用于根据所述眼睛跟踪模块提供的所述左右两眼的三维空间位置信息，同步控制所述背光模块和显示模块；

所述背光模块包括狭缝光源、光源导向单元、光源驱动单元及反射模块，其中，所述狭缝光源以及所述光源导向单元被设置于所述显示模块与所述反射模块之间，并且所述狭缝光源及所述光源导向单元位于所述显示模块的侧边；所述狭缝光源用于向所述光源导向单元发出线光线；所述光源导向单元用于改变所述狭缝光源出射光线的方向并将改变后的出射光线导向所述反射模块上；所述光源驱动单元分别用于驱动所述狭缝光源和所述光源导向单元；所述背光模块用于在所述控制模块的控制下形成交错光源，并将所述交错光源发射至所述显示模块，以作为所述显示模块的背光源，所述交错光源包括发光区域及无光区域，发光区域与无光区域交错排列，从发光区域有光线射向显示模块，从无光区域基本没有光线射向显示模块；

所述显示模块用于在所述控制模块的控制下显示交错图像，所述交错图像包括黑色区域及图像区域，黑色区域及图像区域交错排列，光线不能透过黑色区域，但可以透过图像区域；

在所述控制模块同步控制下，所述交错光源及交错图像交替地在至少两种时刻切换，所述两种时刻包括：在输出左眼图像的时刻，所述发光区域的光线通过交错图像的图像区域进入左眼，但所述发光区域的光线被所述黑色区域阻挡而不能进入右眼；在输出右眼图像的时刻，所述发光区域的光线通过交错图像的图像区域进入所述右眼，但所述发光区域的光线被所述黑色区域阻挡而不能进入所述左眼，所述两种时刻轮流出现。

2.如权利要求1所述的立体图像显示系统，其中，所述狭缝光源包括条状光源与汇聚透镜，并且，条状光源与汇聚透镜相互平行设置。

3.如权利要求2所述的立体图像显示系统，其中，所述条状光源为发光二极管灯条或激光光源中的一种。

4.如权利要求1所述的立体图像显示系统，其中，所述光源导向单元包括伺服电机，所述伺服电机具有旋转轴，所述旋转轴上设置有用于改变所述狭缝光源的出射光线的方向的光学元件。

5.如权利要求4所述的立体图像显示系统，其中，所述光学元件是棱镜柱或反射镜，通过所述伺服电机旋转轴的旋转来改变线光线相对于所述棱镜柱或反射镜的入射角度从而改变出射光线的方向。

6.如权利要求4所述的立体图像显示系统，其中，所述光源驱动单元包括光源驱动器和电机驱动器，所述光源驱动器用于驱动所述狭缝光源，以对其进行点亮/熄灭的操作；以及

所述电机驱动器用于驱动所述伺服电机，使得所述伺服电机上的旋转轴带动所述光学元件旋转，从而改变从狭缝光源射出的光线相对所述光学元件的入射角度。

7.如权利要求1至6任意一项所述的立体图像显示系统，其中，所述显示模块显示图像的刷新频率不低于240赫兹。

8.如权利要求1至6任意一项所述的立体图像显示系统，其中，所述反射模块为全反射膜片。

9.如权利要求1所述的立体图像显示系统，其中，所述交错光源的发光区域及无光区域呈间隔排列的纵长延伸的条纹，各条纹的纵长延伸方向为显示模块的垂直方向。

10.一种立体图像显示系统的控制方法，其包括：

眼睛跟踪模块对观察者眼睛当前的三维空间位置进行定位，并且生成左右两只眼睛的当前三维空间位置信息；

控制模块控制可以改变输出光线方向的显示装置，根据从眼睛跟踪模块获取的两只眼睛的当前三维空间位置信息，以时间复用的方式在显示装置上输出图像，其中，在一种时刻把含左眼图像的光线输出到左眼所在的位置，而不输出到右眼所在的位置，在另一种时刻把含右眼图像的光线输出到右眼所在的位置，而不输出到左眼所在的位置；

所述以时间复用的方式输出图像包括：

所述控制模块控制在所述显示装置的背光模块上生成交错光源，所述交错光源包括发光区域及无光区域，发光区域及无光区域交错排列，从发光区域有光线射出到所述显示装置的显示模块，从无光区域没有光线射出到显示模块；

所述控制模块控制在显示模块上生成交错图像，所述交错图像包括黑色区域及图像区域，黑色区域及图像区域交错排列，光线不能透过黑色区域，但可以透过图像区域；

其中，所述控制模块根据获取的前述左右两只眼睛的当前三维空间位置信息及背光模块及显示模块的位置计算出交错光源及交错图像的预定尺寸及位置，在所述控制模块同步控制下，所述背光模块和所述显示模块分别在预定尺寸及位置生成交错光源及交错图像，在输出左眼图像的时刻，所述发光区域的光线通过交错图像的图像区域进入所述左眼，但所述发光区域的光线被所述黑色区域阻挡而不能进入右眼；在输出右眼图像的时刻，所述发光区域的光线通过交错图像的图像区域进入所述右眼，但所述发光区域的光线被所述黑色区域阻挡而不能进入所述左眼。

11.如权利要求10所述的控制方法，其中，所述输出左眼图像的时刻和输出右眼图像的时刻两种时刻轮流切换。

12.如权利要求10所述的控制方法，其中，所述控制模块控制在背光模块上生成交错光源是用时间复用的方式实现，其包括同步控制所述背光模块的狭缝光源及光源导向单元，在所述控制模块同步控制下，狭缝光源出射方向不变，光源导向单元不断改变狭缝光源的出射方向而使从所述狭缝光源射出的光线经过光源导向单元的导向后不断在反射模块上移动，其中，在移动到反射模块的一定区域时点亮所述狭缝光源，而在该一定区域形成发光区域；在移动到反射模块的另一些区域时熄灭所述狭缝光源，而在该另一些区域形成无光区域，从而形成前述的交错光源。

13.如权利要求10所述的控制方法，其中，所述控制模块控制在显示模块上生成交错图像的所述步骤包括：所述控制模块从图像源取得源图像，把所述源图像上一定区域替换成黑色区域。

14.如权利要求13所述的控制方法，其中，所述输出左眼图像的时刻包括第一时刻及第二时刻，在第二时刻所述交错图像的图像区域的位置基本是第一时刻黑色区域的位置；所述输出右眼图像的时刻包括第三时刻及第四时刻，在第四时刻所述交错图像的图像区域的位置基本是第三时刻黑色区域的位置。

15.如权利要求14所述的控制方法，其中，所述以时间复用的方式输出图像是按预定的第一时刻及第二时刻之一个时刻、第三时刻及第四时刻之一个时刻、第一时刻及第二时刻之另一个时刻再第三时刻及第四时刻之另一个时刻的顺序循环切换；或者所述以时间复用的方式输出图像是按第三时刻及第四时刻之一个时刻、第一时刻及第二时刻之一个时刻、第三时刻及第四时刻之另一个时刻再第一时刻及第二时刻之另一个时刻的顺序循环切换。

16.如权利要求10所述的控制方法，其中，输出每一时刻图像时，如果所述控制模块在下一时刻根据获取的前述左右两只眼睛的当前三维空间位置信息相对于输出前一时刻图像时改变，则重新计算交错光源及交错图像的预定尺寸及位置。

17.如权利要求15所述的控制方法，其中，所述预定时刻的时值不大于1/240秒。

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