一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器及控制方法，所述偏振型立体显示器包括隔行式偏振立体显示屏幕及与其对应的偏振式立体眼镜；还包括综合处理终端及与其连接的转动装置和图像拍摄装置，转动装置与隔行式偏振立体显示屏幕连接；图像拍摄装置用于拍摄观众观看场景的图像，并将该图像传输给综合处理终端处理，以计算观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕中心法线间的夹角，综合处理终端根据所述夹角控制转动装置转动以使隔行式偏振立体显示屏幕朝向观众。通过对图像拍摄装置拍摄的图像进行处理以获取观众视角，再根据该视角控制转动装置转动以使隔行式偏振立体显示屏幕朝向观众，实现人眼跟踪，使观众获得低串扰的优秀立体视觉体验。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器及控制方法
本专利技术涉及立体显示
，更具体地，涉及一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器及控制方法。
技术介绍
立体显示能再现场景和物体的视觉深度感，因此在特殊监控、娱乐、影视等场合有刚性需求和广泛的应用前景。立体显示技术有很多，其中偏振眼镜式立体显示技术凭借成本低、串扰低、不产生闪烁等综合优势，已成为当前主流的立体显示技术分支。目前，家用的偏振眼镜式立体显示技术采用隔行显示的方法实现，具体而言就是，将屏幕的像素根据行数的奇偶分为两类，分别显示立体图像对中的其中一幅子图像。为了实现立体显示，奇数行的像素前方放置经过设计的偏振片，使其发出的光线呈一种偏振态（左旋或右旋圆偏振、垂直或水平线偏振）；而偶数行的像素发出的光则呈相反的偏振态（右旋或左旋圆偏振、水平或垂直线偏振）。观众须佩戴立体眼镜将这两种呈相反偏振状态的光线进行区分，例如：左眼的镜片（为左旋或右旋圆偏振、垂直或水平线偏振片）可以通过奇数行发出的光线，隔绝偶数行发出的光线；而右眼的镜片（为右旋或左旋圆偏振、水平或垂直线偏振片）可以通过偶数行发出的光线，隔绝奇数行发出的光线。因此，使得观众的双眼分别对应一幅立体子图像，并在大脑融像后，产生具有深度感的立体视觉。根据光学原理可知，当光线垂直入射偏振片时，会严格遵守原有的偏振态进行检偏；反之，在非垂直入射状态时，入射到偏振片的状态将与原来传播的偏振态相异，所以检偏的结果将与垂直入射不同。这就意味着观众的视线垂直于屏幕时，偏振式眼镜才能完全检偏，实现干净地分光，不会产生串扰（即视觉上的重影）。一旦不垂直注视时，就会因为非完全检偏造成串扰（即视觉上的重影），并且串扰将随着视角的改变而变化，尤其是在竖直方向上变化更为剧烈。该现象已由中山大学王嘉辉等人发表在《液晶与显示》上。而且，这一现象也会局限观众的舒适观看视角，降低显示质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器，能使观众获得低串扰的优秀立体视觉体验。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器，包括隔行式偏振立体显示屏幕及供观众佩戴的偏振式立体眼镜，所述隔行式偏振立体显示屏幕的奇、偶数行像素分别覆盖着用于产生相反偏振态的两种偏振片，偏振式立体眼镜的两个镜片分别由这两种偏振片构成以对奇、偶数行像素所发光线进行分光；还包括综合处理终端及与其连接的转动装置和图像拍摄装置，转动装置与隔行式偏振立体显示屏幕连接；图像拍摄装置用于拍摄观众观看场景的图像并将该图像传输给综合处理终端处理以计算观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕中心法线间的夹角，综合处理终端根据所述夹角控制转动装置转动以使隔行式偏振立体显示屏幕朝向观众。在隔行式偏振立体显示屏幕中，奇数行的像素显示立体图像对中的一幅立体子图像，偶数行的像素则显示另一幅立体子图像，偏振式立体眼镜的两个镜片可以分别透过奇数行和偶数行像素所发光线对应的偏振态，此时，观众即可通过偏振式立体眼镜的分光作用，在左、右眼分别看到对应的立体子图像，并在大脑中融像获得立体视觉。上述方案中，通过对图像拍摄装置拍摄的图像进行处理以获取观众视角，再根据该视角控制转动装置转动以使隔行式偏振立体显示屏幕朝向观众，实现人眼跟踪，使奇、偶行像素所发出、携带相反偏振态的光线被偏振式立体眼镜严格检偏，最大程度上减少串扰的产生，实现舒适的立体视觉体验。优选地，隔行式偏振立体显示屏幕上的偏振片为产生线偏振态或圆偏振态的偏振片。为了减少观众侧头（即双眼不在同一水平线上）时，造成串扰增大的情况，降低人眼跟踪的难度，隔行式偏振立体显示屏幕上的偏振片优选圆偏振态的偏振片，而对应的偏振式立体眼镜的镜片则相应选择为可以对圆偏振态进行检偏的偏振片。进一步优选地，偏振片为左旋圆偏振片和右旋圆偏振片，奇、偶数行像素上的偏振片分别对应其中的一个；或偏振片为垂直线性偏振片和水平线性偏振片，奇、偶数行像素上的偏振片分别对应其中的一个。优选地，所述图像拍摄装置设于隔行式偏振立体显示屏幕的左侧或右侧，且图像拍摄装置的镜头光轴与隔行式偏振立体显示屏幕中心法线位于同一平面上。这样设置不但美观，而且也便于计算观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕中心法线间的夹角。优选地，综合处理终端内设有用于推算观众人眼位置的先验知识或预测规律。由于观众佩戴着偏振式立体眼镜，因此图像拍摄装置在某些情况下，难以拍摄到观众的眼球和瞳孔，这就使得无法直接检测出人眼的具体位置，针对这种情况，即可采用先验知识或预测规律推算观众人眼位置，以确保观众能获得低串扰的优秀立体视觉体验。优选地，转动装置用于控制隔行式偏振立体显示屏幕进行竖直俯仰方向或/及水平转角方向的转动。根据中山大学王嘉辉等人发表在《液晶与显示》上的实验结果可知，水平方向上视角的改变所引起的串扰增加，变化较为平缓，而在竖直方向上的变化则显著剧烈；因此，在确定或推算人眼位置时，最重要的是获得竖直方向上观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕中心法线的俯仰夹角，所以在实施人眼跟踪时，为简化跟踪的难度，降低硬件成本，可以优选转动装置仅对俯仰方向实施人眼跟踪。优选地，图像拍摄装置为单目、双目或者深度摄像头。从简化运算和降低成本的角度考虑，优选单目摄像头。摄像头的作用是记录观众的观看场景，供综合处理终端进行人脸/人眼检测后，计算观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕中心法线的夹角，所以不需要彩色信息，故黑白和彩色摄像头均可满足要求。优选地，所述综合处理终端为单片机、DSP、FPGA、嵌入式系统或计算机。对于需连接电脑工作的桌面式显示器，可选择原须连接的计算机作为处理终端；而对于独立使用的显示器，如电视机等，则可选择单片机、DSP、FPGA或嵌入式系统作为处理终端。本专利技术的另一个目的在于提供一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器的控制方法，使用上述偏振型立体显示器，包括如下步骤：S1.观众佩戴偏振式立体眼镜观看隔行式偏振立体显示屏幕；S2.综合处理终端控制图像拍摄装置拍摄观众观看场景的图像并接收该图像；S3.综合处理终端对该图像进行人脸检测确定人眼位置后，计算观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕中心法线间的夹角；S4.综合处理终端根据所述夹角控制转动装置转动以使隔行式偏振立体显示屏幕朝向观众；S5.重复步骤S2至S5，以完成整个观看过程。优选地，步骤S3中，综合处理终端计算观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕中心法线间的俯仰夹角；步骤S4中，如果该俯仰夹角为0°则重复步骤S2至S3，如果该俯仰夹角不为0°，则控制转动装置转动以使隔行式偏振立体显示屏幕朝向观众。当然该夹角也可以设置为接近0°的一个范围；当该俯仰夹角明显偏离0°时，综合处理终端则发送命令给转动装置，使其转动以改变隔行式偏振立体显示屏幕的角度；在转动装置转动过程中，图像拍摄装置实时拍摄观众观看场景的图像并传输至综合处理终端进行处理，以更新转动装置的运动状态，该运动过程持续到观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕中心法线的夹角达到或者非常接近0°为止，实现人眼跟踪。优选地，步骤S3中，如果综合处理终端根据图像拍摄装置传输的图像无法得到人眼位置，则根据先验知识或预测规律推算观众人眼位置。优选地，步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器，包括隔行式偏振立体显示屏幕（1）及供观众佩戴的偏振式立体眼镜（2），所述隔行式偏振立体显示屏幕（1）的奇、偶数行像素分别覆盖着用于产生相反偏振态的两种偏振片，偏振式立体眼镜（2）的两个镜片分别由这两种偏振片构成以对奇、偶数行像素所发光线进行分光；其特征在于，还包括综合处理终端（5）及与其连接的转动装置（4）和图像拍摄装置（3），转动装置（4）与隔行式偏振立体显示屏幕（1）连接；图像拍摄装置（3）用于拍摄观众观看场景的图像并将该图像传输给综合处理终端（5）处理以计算观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕（1）中心法线间的夹角，综合处理终端（5）根据所述夹角控制转动装置（4）转动以使隔行式偏振立体显示屏幕（1）朝向观众。

【技术特征摘要】
1.一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器，包括隔行式偏振立体显示屏幕（1）及供观众佩戴的偏振式立体眼镜（2），所述隔行式偏振立体显示屏幕（1）的奇、偶数行像素分别覆盖着用于产生相反偏振态的两种偏振片，偏振式立体眼镜（2）的两个镜片分别由这两种偏振片构成以对奇、偶数行像素所发光线进行分光；其特征在于，还包括综合处理终端（5）及与其连接的转动装置（4）和图像拍摄装置（3），转动装置（4）与隔行式偏振立体显示屏幕（1）连接；图像拍摄装置（3）用于拍摄观众观看场景的图像并将该图像传输给综合处理终端（5）处理以计算观众双眼视线与隔行式偏振立体显示屏幕（1）中心法线间的夹角，综合处理终端（5）根据所述夹角控制转动装置（4）转动以使隔行式偏振立体显示屏幕（1）朝向观众。2.根据权利要求1所述的一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器，其特征在于，隔行式偏振立体显示屏幕（1）上的偏振片为产生线偏振态或圆偏振态的偏振片。3.根据权利要求2所述的一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器，其特征在于，偏振片为左旋圆偏振片和右旋圆偏振片，奇、偶数行像素上的偏振片分别对应其中的一个；或偏振片为垂直线性偏振片和水平线性偏振片，奇、偶数行像素上的偏振片分别对应其中的一个。4.根据权利要求1所述的一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器，其特征在于，所述图像拍摄装置（3）设于隔行式偏振立体显示屏幕（1）的左侧或右侧，且图像拍摄装置（3）的镜头光轴与隔行式偏振立体显示屏幕（1）中心法线位于同一平面上。5.根据权利要求1所述的一种基于人眼跟踪的偏振型立体显示器，其特征在于，综合处理终端（5）内设有用于推算观众人眼位置的先验知识或预测规律。6.根据权利要求1所述的一种基于人眼跟踪的偏振型立...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉辉，史天朔，李佼洋，梁浩文，蔡志岗，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44