用于三维立体显示的观察者跟踪系统及三维立体显示系统技术方案

本发明专利技术公开了用于三维立体显示的观察者跟踪系统及三维立体显示系统。观察者跟踪系统包括快门眼镜、图像捕获装置及图像处理装置。快门眼镜包括左镜片及右镜片，左镜片及右镜片交替地开启和关闭。图像捕获装置包括摄像头，摄像头在连续的两种时刻分别采集快门眼镜的第一图像和第二图像，连续的两种时刻包括左镜片开启且右镜片关闭的第一种时刻及右镜片开启且左镜片关闭的第二种时刻。图像处理装置根据第一图像与第二图像计算得到左、右镜片的像位置，并计算获得左、右镜片的三维空间位置，并根据眼睛相对于快门眼镜的三维位置关系进一步计算获得眼睛的三维空间位置。从而能够实时自动跟踪眼睛的三维空间位置，消除图像观察失真变形的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维(3D)立体显示
，尤其涉及一种用于三维立体显示的观 察者跟踪系统及三维立体显示系统。
技术介绍
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，通过显示器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。然而，由于目前三维立体显示技术的局限性，观察者并不是在所有的位置都能观 看到正确的三维立体图像，为解决前述观察者观看位置局限性的问题，三维立体显示系统 需要对观察者的三维空间位置，通常是观察者眼睛的三维空间位置进行较为准确的跟踪与 定位，以便更准确地向观察者发送与其眼睛所在位置相对应的图像。目前，在三维立体显示 技术中对观察者眼睛进行跟踪与定位的技术主要有模板匹配法、边缘提取法、灰度分布、 眨眼检测法、人脸结构特征法以及神经网络法等技术，但是应用这些技术一般需要对图像 进行缩放、旋转等复杂的归一化处理，运算量大，而且对像素精度也要求较高。因此，迫切需要提供改进以克服现有技术中存在的以上问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的主要技术问题是提供一种用于三维立体显示的观察者跟踪系统 及三维立体显示系统，能够实时自动跟踪观察者眼睛的三维空间位置，消除图像观察失真 变形的问题，而且图像处理较为简单，无需复杂的计算过程。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案本专利技术的一方面提供了一种用于三维立体显示的观察者跟踪系统，其包括快门眼镜，其包括左镜片及右镜片，所述左镜片及所述右镜片交替地开启和关 闭；图像捕获装置，其包括摄像头，所述摄像头在连续的两个时刻分别采集所述快门 眼镜的第一图像和第二图像，所述连续的两种时刻包括所述左镜片开启且所述右镜片关闭 的第一种时刻及所述右镜片开启且所述左镜片关闭的第二种时刻；图像处理装置，其根据所述第一图像与所述第二图像计算得到所述左镜片及所述 右镜片的像位置，从而获得观察者的三维空间位置。另一方面，所述图像处理装置进一步根据计算获得的所述左镜片及所述右镜片的 三维空间位置，并结合佩戴所述快门眼镜时观察者的眼睛相对于所述快门眼镜的三维位置 关系进一步计算获得所述观察者的眼睛的三维空间位置。本专利技术的用于三维立体显示的观察者跟踪系统能够实时地自动跟踪和定位观察 者的眼睛的位置信息，实时获取观察者的眼睛的三维空间位置，从而能够保证观察者实时 观看到不失真的三维立体图像，消除因眼睛位置移动而发生图像观察失真变形的问题。而 且，本专利技术的用于三维立体显示的观察者跟踪系统对于图像的处理较为简单，无需复杂的 计算过程。本专利技术的另一方面提供了一种三维立体显示系统，其包括控制装置、显示装置以 及如上所述的观察者跟踪系统，所述控制装置根据所述观察者跟踪系统获得的所述观察者 的眼睛的三维空间位置，控制由所述显示装置显示对应的图像。本专利技术的三维立体显示系统能够根据实时获取的眼睛的三维空间位置，来实时地 调整和控制由显示装置显示对应的图像，从而能够保证观察者实时观看到不失真的三维立 体图像，消除因眼睛位置移动而发生图像观察失真变形的问题。而且，本专利技术的三维立体显 示系统对于图像的处理较为简单，无需复杂的计算过程。通过以下参考附图的详细说明，本专利技术的其它方面和特征变得明显。但是应当知 道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本专利技术的范围的限定，这是因为其应当参考 附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念 地说明此处描述的结构和流程。附图说明下面将结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明，其中图1为本专利技术一种实施方式的三维立体显示系统的结构示意图。图2为图1所示的图像处理装置中图像减法单元的工作原理示意图。图3为图1所示的图像处理装置中眼睛定位单元的三角测距原理示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术 的具体实施方式做详细的说明。图1为本专利技术一种实施方式的三维立体显示系统的结构示意图。如图1所示， 本专利技术的三维立体显示系统包括用于三维立体显示的观察者跟踪系统、控制装置40以及 用于显示图像的显示装置50。其中用于三维立体显示的观察者跟踪系统包括快门眼镜 (ShutterGlasses) 10、图像捕获装置20以及图像处理装置30。快门眼镜10由观察者佩戴于其左、右眼的正前方，其包括左镜片及右镜片。其中 快门眼镜10中的左、右镜片可以是利用液晶材料制成的。左镜片及右镜片可以交替地开启 和关闭，优选地，快门眼镜10以不小于120赫兹(Hz)的第一频率进行左、右镜片的开启和 关闭的动作切换，即在第一种时刻Tl，快门眼镜10的状态为左镜片开启而右镜片关闭，而 在与第一种时刻连续的第二种时刻T2，快门眼镜10的状态为右镜片开启而左镜片关闭。所 谓左/右镜片的开启为左/右镜片透明，使得光线能够穿透过左/右镜片，进而光线能够进 入到观察者的左/右眼；而所谓左/右镜片的关闭为左/右镜片不透明，使得光线不能穿透 过左/右镜片，进而光线不能进入到观察者的左/右眼。图像捕获装置20与图像处理装置30电性连接。图像捕获装置20捕获观察者佩5戴的快门眼镜10的图像，然后将该图像传递给图像处理装置30 ；图像处理装置30将该图 像经过相应的处理，得到观察者眼睛的三维空间位置。图像捕获装置20与图像处理装置30既可以分别由单独的芯片来完成，也可以均 集成在同一芯片上。如果是将图像捕获装置20与图像处理装置30集成于同一芯片，优选 地，其可以是个人计算机配以图像采集卡，并且使用应用软件来完成；或者，优选地，其也可 以采用专用集成电路(ASIC Application Specific htegratedCircuit)、数字信号处理 (DSP =Digital Signal Processing)、ARM (Advanced RISC Machines)微处理器、以及现场 可编程门阵列(FPGA =Field-Programmable Gate Array)等，进行基于嵌入式硬件平台来实 现。图像捕获装置20包括第一摄像头21、第二摄像头22以及照明装置(未图示)。照 明装置向快门眼镜10发射照明光线，照明光线能够穿透开启的左镜片和/或右镜片，但却 被关闭的右镜片和/或左镜片反射，被反射的照明光线分别被第一摄像头21和第二摄像头 22采集。优选地，照明装置从靠近第一摄像头21和第二摄像头22的光学中心的位置发射 红外照明光线。更优选地，照明装置发射红外LED照明光线。第一摄像头21和第二摄像头 22可以是数字的或者是模拟的。第一摄像头21和第二摄像头22彼此相互间隔，并且主光 轴相互平行且分别从不同位置同时采集快门眼镜的图像。图像捕获装置20能够接收快门 眼镜10的左/右镜片的切换触发信号，从而触发第一摄像头21和第二摄像头22进行图像 采集。第一摄像头21和第二摄像头22按照第二频率采集图像，并且第一摄像头21和第二 摄像头22采集图像的速度为快门眼镜10本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于三维立体显示的观察者跟踪系统，其特征在于，其包括：快门眼镜，其包括左镜片及右镜片，所述左镜片及所述右镜片交替地开启和关闭；图像捕获装置，其包括摄像头，所述摄像头在连续的两种时刻分别采集所述快门眼镜的第一图像和第二图像，所述连续的两种时刻包括所述左镜片开启且所述右镜片关闭的第一种时刻及所述右镜片开启且所述左镜片关闭的第二种时刻；图像处理装置，其根据所述第一图像与所述第二图像计算得到所述左镜片及所述右镜片的像位置，并计算获得所述左镜片及所述右镜片的三维空间位置，从而获得观察者的三维空间位置。

【技术特征摘要】
1.用于三维立体显示的观察者跟踪系统，其特征在于，其包括快门眼镜，其包括左镜片及右镜片，所述左镜片及所述右镜片交替地开启和关闭；图像捕获装置，其包括摄像头，所述摄像头在连续的两种时刻分别采集所述快门眼镜 的第一图像和第二图像，所述连续的两种时刻包括所述左镜片开启且所述右镜片关闭的第 一种时刻及所述右镜片开启且所述左镜片关闭的第二种时刻；图像处理装置，其根据所述第一图像与所述第二图像计算得到所述左镜片及所述右镜 片的像位置，并计算获得所述左镜片及所述右镜片的三维空间位置，从而获得观察者的三 维空间位置。2.如权利要求1所述的观察者跟踪系统，其中，所述图像处理装置进一步根据计算获 得的所述左镜片及所述右镜片的三维空间位置，并结合佩戴所述快门眼镜时观察者的眼睛 相对于所述快门眼镜的三维位置关系进一步计算获得所述观察者的眼睛的三维空间位置。3.如权利要求2所述的观察者跟踪系统，其中，所述图像处理装置将所述第一图像与 所述第二图像相减得到所述左镜片及所述右镜片为前景，黑色为背景的图像，并将像素值 不为黑色的区域确定为所述左镜片及所述右镜片所在的像位置。4.如权利要求2所述的观察者跟踪系统，其中，所述图像捕获装置包括照明装置，所述 照明装置向所述快门眼镜发射照明光线，所述照明光线穿透开启的所述左镜片和/或所述 右镜片但被关闭的所述右镜片和/或所述左镜片反射，被反射的照明光线被所述摄像头采 集。5.如权利要求4所述的观察者跟踪系统，其中，所述照明装置从靠近所述摄像头光学 中心的位置发射红外照明光线。6.如权利要求2所述的观察者跟踪系统，其中，所述快门眼镜按照第一频率切换所述 第一种时刻及所述第二种时刻，所述摄像头按照第二频率采集图像，所述第一频率是所述 第二频率的整数倍。7.如权利要求6所述的观察者跟踪系统，其中，所述第一频率不小于120Hz。...

【专利技术属性】
技术研发人员：司秉玉，刘春凤，
申请(专利权)人：昆山龙腾光电有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]