СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
STEREOSCOPIC INFORMATION DISPLAY DEVICE

ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение относится к стереоскопическому устройству отображения информации, которое содержит средство создания визуально воспроизводимых изображений, при этом стереоскопическое устройство отображения информации содержит растровые элементы, разделенные в боковом направлении, которые расположены в первой плоскости, и средство направления оптического излучения, содержащее группу направляющих оптических элементов, каждый из которых связан с соответствующей группой растровых элементов, при этом средство направления оптического излучения, расположенное поверх растровых элементов в первой плоскости, предназначено для направления выходного излучения из растровых элементов во взаимно различных угловых направлениях относительно первой плоскости.
Кроме того, настоящее изобретение относится к способу вычисления отображаемого значения, подаваемого в такое стереоскопическое устройство отображения информации.
Кроме того, настоящее изобретение относится к компьютерному программному продукту, загружаемому компьютерным устройством, который содержит команды (инструкции) для вычисления отображаемого значения, подаваемого в стереоскопическое устройство отображения информации.
Стереоскопические устройства отображения информации описанного во вступительном абзаце типа все более широко используются как в портативных устройствах, таких как телефоны, так и в (телевизионных) видеоконтрольных устройствах, где используется множество ракурсов наблюдения.
Растровые элементы могут соответствовать одиночным элементам изображения, например, в монохромных устройствах, но обычно (в устройства воспроизведения цветных изображений) они соответствуют подэлементам цветного растрового элемента.
Стереоскопическое устройство отображения информации упомянутого выше типа описано в патенте в США № 6.064.424, в котором раскрыта жидкокристаллическая индикаторная панель с активной матрицей, на которой растровые элементы упорядочены в виде групп растровых элементов и которая содержит экран с линзовым растром, имеющим (цилиндрические) линзообразные элементы, или линзовые элементы, в качестве направляющих оптических элементов, расположенных поверх индикаторной панели. Свет от каждого растрового элемента посылают по различным точно определенным направлениям в зависимости от положения растрового элемента относительно линз. Таким образом, обычно создают шесть независимых видимых изображений, соответствующих шести различным углам наблюдения. Зритель воспринимает каждым глазом различные изображения, и при использовании надлежащего содержимого изображения наблюдает трехмерное изображение.
В патенте США № 6.064.424 каждый элемент линзового растра связан с группой растровых элементов. Элементы линзового растра являются наклонными относительно направлений вертикальных столбцов, что является благоприятным для восприятия трехмерной структуры элементов изображения.
Однако вследствие того, что различные части воспроизводимого изображения приходят в глаз зрителя под различными углами, то для зрителя все же имеет место модуляция интенсивности на дисплее, именуемая "темными полосами". При перемещении зрителя параллельно дисплею полосы "сдвигаются" по дисплею, а при перемещении зрителя к дисплею или от дисплея изменяется шаг полос. Даже при наличии малой глубины модуляции (равной, например, всего лишь 1%) этот эффект является очень раздражающим.
29 апреля 2005 г. в Европейское патентное ведомство заявителем была подана заявка на изобретение, номер заявки 05103555.8 (номер PH000443 в досье патентного поверенного), в которой раскрыто изобретение, в котором, по меньшей мере, частично устранена упомянутая модуляция интенсивности. По существу, в этой заявке на изобретение раскрыто, что появление темных полос предотвращают посредством определенных комбинаций угла наклона и шага линзового растра. Предложенное решение именуют "частичными ракурсами" ("fractional views"). Это изобретение основано на понимании того, что вышеупомянутая модуляция как функция угла наблюдения, вызванная наличием неизлучающих областей (черной матрицы) вокруг растровых элементов (на жидкокристаллическом дисплее), изображение которых "формируют" в определенных, следовательно, более темных направлениях, преодолена путем выбора такой конструкции, в которой одновременно формируют изображение обоих подэлементов изображения: "полных" (виртуальных) подэлементов изображения и "частичных" (виртуальных) подэлементов изображения, а это приводит к тому, что модуляции интенсивности имеют сдвиг по фазе относительно друг друга (равный, например, 180° для k = 2). В результате происходит подавление первой гармоники полной интенсивности, и остается только лишь вторая гармоника (а также третья и т.д. гармоники), имеющая намного меньшую интенсивность. Соответственно, уменьшается эффект темной полосы.
Однако, если визуальное воспроизведение объектов, имеющих относительно большую глубину, или рассогласованных объектов выполняют непосредственно, то на дисплее возникают так называемые зубчатые границы изображения, что является недостатком. Эти повторяющиеся структуры приводят к наличию неестественных острых деталей изображения, например, в объектах, расположенных далеко на заднем плане, которые обычно являются слегка нерезкими.
Задачей настоящего изобретения является создание способа, подобного тому, который был описан во вступительном абзаце, посредством которого, по меньшей мере, частично предотвращают возникновение этих так называемых зубчатых границ изображения.
Эта задача настоящего изобретения достигнута посредством способа, содержащего следующие операции:
из трехмерного представления определяют первое промежуточное значение на основании первого из угловых направлений и координат первого из растровых элементов;
из трехмерного представления определяют второе промежуточное значение на основании еще одного углового направления относительно первой плоскости и координат первого из растровых элементов; и
объединяют первое промежуточное значение и второе промежуточное значение в отображаемое значение, причем это отображаемое значение относится к индивидуальному выходному излучению первого из растровых элементов.
Авторами изобретения было замечено следующее: если во время визуализации, то есть вычисления отображаемого значения, сохраняется строгое соответствие между первым промежуточным значением из трехмерного представления, первым из угловых направлений и координатами первого из растровых элементов, то возникают артефакты. Другими словами, артефакты возникают в том случае, если вычисление отображаемого значения основано исключительно на первом промежуточном значении, что является правильным подходом для большинства способов визуализации. По существу, способ согласно настоящему изобретению основан на низкочастотной фильтрации в трехмерном представлении. Вследствие наличия множества промежуточных значений, каждое из которых получено на основании соответствующих угловых направлений, но все из которых относятся к одинаковым координатам первого из растровых элементов, степень фильтрации зависит от глубины (рассогласованности) объекта, подлежащего отображению. Объекты, подлежащие отображению в первой плоскости (или относительно близко к первой плоскости), являются резкими или слегка нерезкими, в то время как для других объектов из трехмерного представления, которые подлежат отображению еще дальше от этой первой плоскости, величина нерезкости является более высокой.
Несмотря на то, что низкочастотная фильтрация является, по существу, известным из уровня техники способом, способ согласно настоящему изобретению явно различается от подхода, который был бы использован специалистом в данной области техники. Специалистом в данной области техники сначала была бы выполнена визуализация изображений для множества ракурсов, то есть различных изображений, которые должны быть направлены по разным взаимно различных угловым направлениям, а затем, после этого, была бы выполнена низкочастотная фильтрация этих изображений для различных ракурсов. Это является прямым, простым и более удобным с точки зрения использования компьютера подходом. Однако качество изображения, в особенности резкость различных видимых изображений, было бы менее высоким по сравнению со способом согласно настоящему изобретению. В этом случае фильтрация была бы независимой от глубины. Это означает, что нерезкими являлись бы даже те объекты, которые должны отображаться в первой плоскости (или относительно близко к первой плоскости).
В одном из вариантов осуществления способа согласно настоящему изобретению первая разность между первым из угловых направлений и еще одним угловым направлением, по существу, равна второй разности между первым из угловых направлений и вторым из угловых направлений. В предпочтительном варианте вторая разность соответствует минимуму взаимных разностей из набора взаимных разностей между угловыми направлениями. Другими словами, в предпочтительном варианте еще одно угловое направление соответствует второму из угловых направлений, в силу чего второе угловое направление из всех угловых направлений, по которым дисплей согласно своей конструкции направляет выходное излучение, имеет минимальное отклонение от первого из угловых направлений. Хороших результатов достигают также и в том случае, если первая разность является меньшей, чем вторая разность.
В одном из вариантов осуществления способа согласно настоящему изобретению для определения первого промежуточного значения применяют первое из угловых направлений. Тот факт, что первое промежуточное значение определяют "на основании" первого из угловых направлений не означает, что применяют в точности первое из угловых направлений, то есть применяемое угловое направление может иметь отклонение от первого из угловых направлений, которое непосредственно определяется физическими размерами направляющих оптических элементов, например, линз, и положением первого из растровых элементов относительно оптической оси направляющих оптических элементов.
В одном из вариантов осуществления способа согласно настоящему изобретению еще одно угловое направление соответствует второму из угловых направлений, первое из угловых направлений определяется первым пространственным положением первого из растровых элементов относительно соответствующего ему первого из направляющих оптических элементов, второе из угловых направлений определяется вторым пространственным положением второго из растровых элементов относительно соответствующего ему второго из направляющих оптических элементов. Как упомянуто выше, устройство, представляющее собой стереоскопическое устройство отображения информации, выполнено таким образом, что направляет выходное излучение растровых элементов во взаимно различных угловых направлениях относительно первой плоскости. Например, имеется четырнадцать различных угловых направлений. Компоновка стереоскопического устройства отображения информации, то есть юстировка растровых элементов, разделенных в боковом направлении, и средства направления оптического излучения, содержащего направляющие оптические элементы, определяет четырнадцать различных угловых направлений. Часть набора из четырнадцати различных угловых направлений связана с первым из направляющих оптических элементов. Вторая часть набора из четырнадцати различных угловых направлений связана со вторым из направляющих оптических элементов, а третья часть набора из четырнадцати различных угловых направлений связана с третьим из направляющих оптических элементов. В предпочтительном варианте различные угловые направления, используемые для вычисления отображаемого значения, соответствуют различным частям набора из четырнадцати различных угловых направлений.
Вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению содержит следующие операции:
из трехмерного представления определяют третье промежуточное значение на основании второго дополнительного углового направления относительно первой плоскости и координат первого из растровых элементов; и
объединяют первое промежуточное значение, второе промежуточное значение и третье промежуточное значение в отображаемое значение.
В предпочтительном варианте отображаемое значение получено на основании более чем двух промежуточных значений, например на основании трех промежуточных значений. Однако хорошие результаты достигаются также при более чем трех промежуточных значениях. Если количество промежуточных значений является большим, чем два, то определенные выше условия, например, относительно разности между угловыми направлениями и частей набора угловых направлений, также являются применимыми.
В одном из вариантов осуществления способа согласно настоящему изобретению операция объединения содержит следующую операцию: для вычисления отображаемого значения вычисляют среднее значение от первого промежуточного значения, второго промежуточного значения и, опционально, третьего промежуточного значения. В предпочтительном варианте операция вычисления среднего значения содержит следующую операцию: вычисляют среднее взвешенное значение. Первое промежуточное значение предпочтительно имеет самый большой вектор весовых коэффициентов.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание стереоскопического устройства отображения информации, описанного во вступительном абзаце типа, посредством которого, по меньшей мере, частично предотвращают появление этих так называемых зубчатых границ изображения.
Эта задача настоящего изобретения достигнута посредством устройства отображения информации, дополнительно содержащего:
первое средство определения для определения первого промежуточного значения из трехмерного представления на основании первого из угловых направлений и координат первого из растровых элементов;
второе средство определения для определения второго промежуточного значения из трехмерного представления на основании еще одного углового направления относительно первой плоскости и координат первого из растровых элементов;
средство объединения для объединения первого промежуточного значения и второго промежуточного значения в отображаемое значение; и
средство предоставления для предоставления отображаемого значения в первый из растровых элементов для генерации его выходного излучения.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание компьютерного программного продукта, описанного во вступительном абзаце типа, посредством которого, по меньшей мере, частично предотвращают возникновение этих так называемых зубчатых границ изображения.
Эта задача настоящего изобретения достигнута посредством компьютерного программного продукта, который после его загрузки в средство обработки обеспечивает способность выполнения упомянутым средством обработки следующих операций:
операции определения первого промежуточного значения из трехмерного представления на основании первого из угловых направлений и координат первого из растровых элементов;
операции определения второго промежуточного значения из трехмерного представления на основании еще одного углового направления относительно первой плоскости и координат первого из растровых элементов; и
операции объединения первого промежуточного значения и второго промежуточного значения в отображаемое значение, причем это отображаемое значение относится к индивидуальному выходному излучению первого из растровых элементов.
Модификации и видоизменения способа могут соответствовать модификациям и изменениям стереоскопического устройства отображения информации, и описываемого компьютерного программного продукта.
Эти и другие особенности устройства, представляющего собой стереоскопическое устройство отображения информации, способа и компьютерного программного продукта согласно настоящему изобретению станут очевидными из приведенного ниже описания и будут объяснены применительно к описанным ниже реализациям и вариантам осуществления изобретения и со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:
на Фиг.1 схематично показана часть устройства отображения информации;
на Фиг.2 на виде сверху схематично показана часть устройства отображения информации из Фиг.1;
2
3
на Фиг.3 схематично показан дисплей стереоскопического устройства отображения информации, согласно настоящему изобретению, имеющий компоновку с 4/ ракурсами;
2
3
на Фиг.4 схематично показана так называемая карта ракурсов для компоновки с 4/ ракурсами из Фиг.3;
2
3
на Фиг.5 схематично показана соответствующая нумерация ракурсов для компоновки с 4/ ракурсами из Фиг.3;
на Фиг.6 схематично показано то, как расположены ракурсы в области углов и как они соответствуют структуре линз/элементов изображения;
на Фиг.7 схематично показано угловое распределение интенсивности конусов;
на Фиг.8 схематично показано восстановление объекта посредством стереоскопического устройства отображения информации согласно настоящему изобретению;
на Фиг.9 схематично показаны лучи, выходящие из центральной линзы линзового растра;
на Фиг.10 показаны смоделированные изображения белой полосы, которая представляет собой входное изображение;
на Фиг.11 схематично показан пример фильтрации трехмерного представления в области углов согласно способу из настоящего изобретения;
на Фиг.12 схематично показано вычисление отображаемых значений для нескольких растровых элементов, связанных с одним из направляющих оптических элементов;
на Фиг.13 схематично показано то, что посредством фильтрации трехмерного представления согласно способу из настоящего изобретения отдельные линзы излучают информацию обо всех углах наблюдения;
на Фиг.14 показаны результаты моделирования наклонной белой полосы с визуализацией согласно известному уровню техники и с усовершенствованной визуализацией согласно настоящему изобретению; и
на Фиг.15 схематично показано стереоскопическое устройство отображения информации, согласно настоящему изобретению.
Чертежи являются схематичными и выполнены не в масштабе. На всех чертежах для обозначения одинаковых элементов использованы одинаковые номера позиций.
На Фиг.1 на виде в разрезе схематично показана часть устройства 100 отображения информации (дисплей), имеющего растровые элементы 102, разделенные в боковом направлении, которые расположены в первой плоскости 103. Устройство 100 имеет средство направления оптического излучения, которым в этом примере является группа линз (линзовый растр) 601-603, каждая из которых ассоциативно связана с группой растровых элементов 102. Линзы 601-603 расположены поверх растровых элементов 102, расположенных в первой плоскости 103, для направления выходного излучения из растровых элементов во взаимно различных угловых направлениях. В этом примере линзы выполнены на отдельной пластине 105, расположенной перед устройством 100 отображения информации, при этом криволинейная сторона обращена к растровым элементам. Угловые направления указаны стрелками 107-109. Тангенс угла α, который оси линз растра (обозначенные спроецированными линиями 208) образуют с вертикальной осью 209, равен 1/6 (см. Фиг.2, на котором показана схема в направлении, перпендикулярном к устройству отображения информации). Следовательно, в этом частном случае величина α=atan(1/6) может быть положительной или отрицательной. Линзы растра расположены наклонно для улучшения восприятия структуры растровых элементов. Шаг p линз является, по существу, таким, что расстояние между линзами, измеренное в горизонтальном направлении, равно шагу A растровых подэлементов, умноженному на 4,5, то есть p=4,5*A/cos(α). Это приводит к отображению 2*4,5=9 ракурсов. Области 210 обозначают повторяющиеся зоны растровых подэлементов, каждой из которых приписаны независимые ракурсы.
Показатель преломления передней панели 106 дисплея и показатель преломления линз выбран равным n=1,5. Кроме того, в этом примере линзы по своей форме представляют собой цилиндры (части цилиндров).
При перемещении перед дисплеем модуляция (темные полосы) является ясно видимой, несмотря на то, что глубина модуляции составляет всего лишь порядка 1% (среднеквадратичное значение). Причиной модуляции является тот факт, что различные местоположения на дисплее соответствуют различным углам наблюдения. Они, в свою очередь, соответствуют немного различным значениям интенсивности вследствие присутствия различных компонент черной матрицы в выходном световом излучении, что вызвано, например, наличием черной матрицы в определенных (жидкокристаллических) дисплеях. При перемещении зрителя перед дисплеем полосы перемещаются и изменяют свой шаг.
2
3
На Фиг.3 схематично показан дисплей стереоскопического устройства отображения информации, согласно настоящему изобретению. На Фиг.3 показан вариант осуществления настоящего изобретения, раскрытого в заявке на изобретение, поданной 29 апреля 2005 г. в Европейское патентное ведомство, номер заявки 05103555.8 (номер PH000443 в досье патентного поверенного), имеющего компоновку с 4/ ракурсами, в которой карта элементов изображения для ракурса наблюдения элемента изображения одновременно содержит виртуальные подэлементы изображения трех различных типов, а именно, "полные" (виртуальные) подэлементы 102, 318 изображения, "частичные на 1/3" ("1/3 halfway") (виртуальные) подэлементы 318' изображения и "частичные на 2/3" ("2/3 halfway") (виртуальные) подэлементы 318" изображения. Области 210 теперь обозначают повторяющиеся зоны из четырнадцати подэлементов изображения, каждой из которых теперь приписано четырнадцать независимых ракурсов. В этом случае происходит подавление не только первой гармоники, но также и второй гармоники в полной интенсивности. Как правило, большие значения знаменателей приводят к подавлению соответственно большего количества гармоник, но также приводят и к большей "длине волны" модуляции от столбца к столбцу. Слишком большая длина волны может привести к возникновению видимых структур, которых предпочтительно избегают, поэтому в предпочтительном варианте величину знаменателя сохраняют меньшей, чем 5 или 6. Видно, что линии проекции оптической оси 311 и средние линии 315 всегда пересекаются в различных местах, а именно точки 314 пересечения всегда расположены в центре подэлемента 2, 18 изображения, точки 314' пересечения всегда расположены в центре подэлемента 2, 18 изображения на 1/3 высоты подэлемента изображения, а точки 314" пересечения всегда расположены в центре подэлемента 2, 18 изображения на 2/3 высоты подэлемента изображения. Количество точек 314 пересечения и точек 314' пересечения является, по существу, одинаковым для определенной области дисплея.
2
2
2
3
3
3
На Фиг.4 показана так называемая карта ракурсов для компоновки с 4/ ракурсами из Фиг.3. Числа в подэлементах изображения соответствуют расстоянию по горизонтали от центра подэлемента изображения до оси ближайшей линзы, измеренному в единицах горизонтального шага подэлементов изображения. Эти числа являются мерой угла испускания для соответствующего ракурса, то есть угловых направлений. Для ракурсов, близких к нормали к дисплею, эти числа являются, приблизительно, пропорциональными углу испускания. 4/ ракурса в этой компоновке фактически соответствуют 3×4/=14 различным ракурсам или углам наблюдения, то есть углам испускания. Из соображений удобочитаемости, участок 210 компоновки, обозначенный прямоугольником, изображен в увеличенном масштабе в нижней части Фиг.4.
2
2
1
2
3
3
3
3
На Фиг.5 схематично показана соответствующая нумерация ракурсов для компоновки с 4/ ракурсами из Фиг.3. Например, ракурс номер 1 соответствует расстоянию по горизонтали от центра подэлемента изображения до оси ближайшей линзы, равному -2, ракурс номер 4 соответствует расстоянию по горизонтали от центра подэлемента изображения до оси ближайшей линзы, равному -1, ракурс номер 7 соответствует расстоянию по горизонтали от центра подэлемента изображения до оси ближайшей линзы, равному 0, и т.д. Сразу же понятно, что последующие ракурсы не поставлены в соответствие соседним растровым элементам. Дальнейшее изучение чертежа показывает, что увеличение расстояний от центров подэлементов изображения до оси ближайшей линзы соответствует следующим номерам ракурсов: ракурс номер 1 соответствует расстоянию, равному -2, ракурс номер 2 соответствует расстоянию, равному -1/, ракурс номер 3 соответствует расстоянию, равному -1/, ракурс номер 4 соответствует расстоянию, равному -1, ракурс номер 5 соответствует расстоянию, равному -/, и т.д. Следует отметить, что расстояния относятся к различным направляющим оптическим элементам (линзам).
На Фиг.6 схематично показано то, как расположены ракурсы 1-14 в области углов, и как они соответствуют структуре линз/элементов изображения. В левом верхнем углу Фиг.6 схематично изображено то, что дисплей 100 выполнен таким образом, что способен направлять выходное излучение растровых элементов 102 по угловым направлениям из набора угловых направлений, которые вместе образуют конус 605 дисплея 100. Угловые направления указаны стрелками 107-110. В нижней части Фиг.6 показана карта соответствия угловых направлений растровым элементам.
Часть набора угловых направлений, содержащая угловые направления, соответствующие ракурсам 1, 4, 7, 10, 13, совместно именуемые первой группой, которая связана с первым из направляющих оптических элементов 601, вместе образует первый подконус. Часть набора угловых направлений, содержащая угловые направления, соответствующие ракурсам 2, 5, 8, 11, 14, совместно именуемые второй группой, которая связана со вторым из направляющих оптических элементов 602, вместе образует второй подконус. Часть набора угловых направлений, содержащая угловые направления, соответствующие ракурсам 3, 6, 9, 12, совместно именуемые третьей группой, которая связана с третьим из направляющих оптических элементов 603, вместе образует третий подконус. Следует отметить, что подконусы, относящиеся к соседним направляющим оптическим элементам 601-603, являются слегка повернутыми от одного направляющего оптического элемента к другому.
На Фиг.7 схематично показано угловое распределение интенсивности светового излучения для ракурсов 1-14. Горизонтальная ось 701 из Фиг.7 отображает угол относительно нормали к дисплею 100. Вертикальная ось из Фиг.7 отображает интенсивность света, направляемого направляющими оптическими элементами на основании светового излучения, сгенерированного соответствующими растровыми элементами. Каждое распределение, то есть количество света как функция угла, имеет форму гауссова распределения. Максимальная интенсивность света для каждого из ракурсов соответствует соответствующему угловому направлению. Между последующими ракурсами существует очень существенное перекрытие, а это означает, что свет, соответствующий конкретному ракурсу, смешивается со светом, соответствующим следующему относительно него ракурсу.
На Фиг.8 схематично показано восстановление объекта 800 посредством стереоскопического устройства отображения информации согласно настоящему изобретению. Другими словами, на Фиг.8 схематично показано то, каким образом производят визуализацию объекта 800, содержащегося в трехмерном представлении, посредством стереоскопического устройства отображения информации. Визуализацию различных участков 801-805 объекта 800 осуществляют посредством соответствующих растровых элементов и связанных с ними элементов 601-603, направляющими световое излучение. Например, участок объекта 800, обозначенный номером позиции 801, визуализируют посредством растрового элемента, соответствующего ракурсу 13, участок объекта 800, обозначенный номером позиции 802, визуализируют посредством растрового элемента, соответствующего ракурсу 10, участок объекта 800, обозначенный номером позиции 803, визуализируют посредством растрового элемента, соответствующего ракурсу 8, участок объекта 800, обозначенный номером позиции 804, визуализируют посредством растрового элемента, соответствующего ракурсу 2, а участок объекта 800, обозначенный номером позиции 805, визуализируют посредством растрового элемента, соответствующего ракурсу 3.
На Фиг.9 схематично показаны световые лучи, выходящие из центральной линзы линзового растра, то есть из второго из направляющих оптических элементов 602. Разница между Фиг.8 и Фиг.9 состоит в том, что на Фиг.9 не показаны световые лучи, исходящие из соседних направляющих оптических элементов 601 и 603. По направлению к зрителю посредством второго подконуса (центрированного вокруг нормали к дисплею 100) отображают только ракурсы 2, 5, 8, 11 и 14, то есть ракурсы, принадлежащие ко второй группе. Каждый подконус слегка повернут относительно нормали с определенным угловым смещением. Угловое смещение для трех направляющих элементов 601-603, показанных на Фиг.8, является различным. Это зависящее от положения угловое смещение вызывает артефакты в виде зубчатой границы изображения, появление которых способ согласно настоящему изобретению, по существу, предотвращает.
Артефакты в виде зубчатой границы изображения показаны на Фиг.10. На Фиг.10 показаны выходные изображения, смоделированные на основании наклонной белой полосы, которая изображена в правом верхнем углу Фиг.10, и которая обозначена как "входное изображение". На нижних изображениях показаны изображения, которые зритель видел бы на дисплее 100, описанном со ссылкой на Фиг.3 и Фиг.4, в случае применения визуализации из предшествующего уровня техники. Зритель видел бы нижние изображения, если бы он смотрел на дисплей 100 одним глазом перпендикулярно к дисплею 100, в том случае, когда полоса расположена в первой плоскости дисплея (рассогласованность = 0), и в тех случаях, когда полоса расположена перед дисплеем с рассогласованностью, соответственно, 2 и 4 (триплет RGB) элемента изображения в каждом ракурсе наблюдения. На последних двух изображениях явно виден артефакт в виде зубчатой границы изображения. "Зубчатость" увеличивается линейно с глубиной/рассогласованностью объекта.
На Фиг.11 схематично показан пример фильтрации трехмерного представления в области углов согласно способу из настоящего изобретения. За счет применения специализированной фильтрации/дискретизации информационного содержимого, то есть трехмерного представления, в области углов, по существу, предотвращено возникновения артефактов в виде зубчатой границы изображения. В предпочтительном варианте способ согласно настоящему изобретению содержит следующие операции:
из трехмерного представления определяют первое промежуточное значение 811 на основании первого из угловых направлений 108 и координат первого из растровых элементов 102;
из трехмерного представления определяют второе промежуточное значение 810 на основании второго из угловых направлений 109 и координат первого из растровых элементов 102;
из трехмерного представления определяют третье промежуточное значение 812 на основании третьего из угловых направлений 110 и координат первого из растровых элементов 102; и
объединяют первое промежуточное значение 811, второе промежуточное значение 810 и третье промежуточное значение 812 в отображаемое значение, причем это отображаемое значение относится к индивидуальному выходному излучению первого из растровых элементов 102.
На Фиг.11 схематично показан пример вычисления отображаемого значения, применяемого для первого из растровых элементов 102. Первый из растровых элементов 102 относится к ракурсу 5, то есть выходное излучение первого из растровых элементов 102 должно направляться соответствующим ему вторым из направляющих оптических элементов 602 в конкретном угловом направлении, соответствующем ракурсу 5. Для вычисления отображаемого значения для первого из растровых элементов 102 угол первой выборки, по существу, равен конкретному угловому направлению, соответствующему ракурсу 5. Другими словами, для выборки первого промежуточного значения 811 из трехмерного представления угол первой выборки, то есть угол относительно системы координат трехмерного представления, для выборки первого промежуточного значения 811, по существе, равен углу возможного излучения света, создаваемому первым из растровых элементов 102. Помимо надлежащего угла первой выборки, существенным является выбор правильной начальной точки в трехмерном представлении. Эту начальную точку выбирают на основании координат первого из растровых элементов 102. В предпочтительном варианте начальная точка определяется оптической осью направляющего оптического элемента, который связан с первым из растровых элементов 102, то есть второго из направляющих оптических элементов 602.
Однако отображаемое значение также основано (в этом случае) на двух дополнительных промежуточных значениях, то есть на втором промежуточном значении 810 и третьем промежуточном значении 812. Второе промежуточное значение 810 и третье промежуточное значение 812 выбраны из трехмерного представления путем применения, соответственно, угла второй выборки и угла третьей выборки. В предпочтительном варианте угол второй выборки, по существу, равен второму из угловых направлений 109, которое соответствует ракурсу 6. В предпочтительном варианте угол третьей выборки, по существу, равен третьему из угловых направлений 110, которое соответствует ракурсу 4. Следует отметить, что ракурсы номер 4 и 6 являются соседними с ракурсом номер 5, а это означает, что разности между расстояниями по горизонтали, как описано применительно к Фиг. 5, являются минимальными, и взаимная разность между угловыми направлениями, как описано применительно к Фиг.6 и Фиг.7, также является минимальной. Следует отметить, что ракурс 4 и ракурс 6 связаны с иными направляющими оптическими элементами, чем те, с которыми связан ракурс 5. Ракурс 4 связан с первым из направляющих оптических элементов 601, а ракурс 6 связан с третьим из направляющих оптических элементов 603.
Для определения второго промежуточного значения 810 и третьего промежуточного значения 812 применяют ту же самую начальную точку, которая применялась для определения первого промежуточного значения 811.
После определения первого промежуточного значения 811, второго промежуточного значения 810 и третьего промежуточного значения 812 эти три значения объединяют в отображаемое значение. В предпочтительном варианте средство объединения вычисляет среднее значение этих трех промежуточных значений 810-812. В предпочтительном варианте вычисляют среднее взвешенное значение, в силу чего вклад от первого промежуточного значения 811 является более высоким, чем вклад от второго промежуточного значения 810 и от третьего промежуточного значения 812.
2
3
На Фиг.12 схематично показано вычисление отображаемых значений для нескольких растровых элементов, связанных со вторым из направляющих оптических элементов 601. Нам Фиг. 12 схематично проиллюстрировано, что выборку информации производят на основании всех четырнадцати различных угловых направлений для пяти (фактически 4/) элементов изображения, связанных со вторым из направляющих оптических элементов 601. В результате применения способа согласно настоящему изобретению эффект состоит в том, что каждый отдельный направляющий оптический элемент излучает информацию обо всех различных угловых направлениях дисплея 100, тем самым эффективно устраняя запутанность углов наблюдения и положения растрового элемента (трехмерного изображения).
На Фиг.13 схематично показано то, что посредством фильтрации трехмерного представления согласно способу из настоящего изобретения отдельные направляющие оптические элементы, то есть линзы, излучают информацию обо всех различных угловых направлениях, по которым дисплей 100 согласно своей конструкции излучает свет.
На Фиг.14 показаны результаты моделирования наклонной белой полосы (см. также Фиг.10) с визуализацией согласно известному уровню техники и с усовершенствованной визуализацией согласно настоящему изобретению. Изображения в верхней строке соответствуют визуализации согласно известному уровню техники. Эти изображения тождественны изображениям, показанным на Фиг.10. Изображения в нижней строке соответствуют визуализации согласно настоящему изобретению. Фильтрация, то есть вычисление отображаемых значений с учетом множества промежуточных значений путем применения соответствующих углов выборки, явно устраняет артефакты в виде зубчатой границы изображения.
На Фиг.15 схематично показано стереоскопическое устройство отображения информации, согласно настоящему изобретению. Стереоскопическое устройство отображения информации содержит:
средство 152 приема, предназначенное для приема сигнала, содержащего данные о трехмерном представлении, который подают в стереоскопическое устройство отображения информации через входной разъем 151. В предпочтительном варианте средство приема содержит устройство хранения для временного хранения части сигнала. Сигналом может являться сигнал широковещательной передачи, принятый через антенну или по кабелю, но им также может являться сигнал из устройства хранения данных, например, из кассетного видеомагнитофона или с оптического диска, например универсального цифрового диска (DVD);
дисплей 100, предназначенный для визуального воспроизведения изображений, описанный со ссылкой на Фиг.1-Фиг.7.
средство 153-156 обработки, предназначенное для вычисления отображаемых значений на основании трехмерного представления; и
средство 157 предоставления, предназначенное для предоставления отображаемых значений в растровые элементы 102 дисплея 100 для генерации светового излучения, направляемого по взаимно различным угловым направлениям средством 160 направления оптического излучения дисплея 100. Средство 157 предоставления обычно содержит устройство хранения данных, предназначенное для временного хранения отображаемых значений для всего набора растровых элементов дисплея 100. Средство предоставления может содержать устройство усиления и устройство синхронизации, но это не является обязательным условием.
Средство обработки содержит несколько средств 153-155 определения, предназначенных для определения соответствующего количества промежуточных значений из трехмерного представления, и средство 156 объединения, предназначенное для объединения промежуточных значений 810-812 в отображаемые значения. На Фиг.15 изображены три таких средства 153-155 определения:
первое средство 153 определения выполнено таким образом, что способно определять первое промежуточное значение 811 из трехмерного представления на основании угла первой выборки и координат первого из растровых элементов 102;
второе средство определения 154 выполнено таким образом, что способно определять второе промежуточное значение 810 из трехмерного представления на основании угла второй выборки и координат первого из растровых элементов 102; и
третье средство определения 155 выполнено таким образом, что способно определять третье промежуточное значение 812 из трехмерного представления на основании угла третьей выборки и координат первого из растровых элементов 102.
В предпочтительном варианте угол первой выборки, угол второй выборки и угол третьей выборки основаны на физической компоновке дисплея 100. Компоновка дисплея 100, в частности, положение растровых элементов 102 относительно связанных с ними направляющих оптических элементов 601-603, является такой, что свет, создаваемый растровыми элементами, в основном, направляется в заранее заданных угловых направлениях. В предпочтительном варианте угол первой выборки, угол второй выборки и угол третьей выборки являются, по существу, равными соответствующим заранее заданным угловым направлениям дисплея 100.
Как объяснено со ссылкой на Фиг.11, в качестве начальных точек для выборки промежуточных значений из трехмерного представления используют координаты растровых элементов.
Первое средство 153 определения, второе средство 154 определения, третье средство 155 определения и средство 156 объединения могут быть реализованы с использованием одного процессора. Эти функции обычно выполняют под управлением компьютерного программного продукта. Во время выполнения компьютерный программный продукт обычно загружают в запоминающее устройство, например, в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), и выполняют из него. Программа может быть загружена из фонового запоминающего устройства, например, из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), с жесткого диска или из запоминающего устройства на магнитных и/или оптических носителях, или может быть загружена через сеть, например через сеть Интернет. Раскрытые функциональные возможности может обеспечивать специализированная интегральная схема, но это не является обязательным условием.
Компьютерный программный продукт согласно настоящему изобретению может быть загружен в вычислительную машину, при этом вычислительная машина содержит средство обработки и запоминающее устройство, предоставляющее упомянутому средству обработки способность выполнять обработку согласно способу из настоящего изобретения. Компьютерный программный продукт может осуществлять управление одиночным устройством обработки или множеством устройств обработки для достижения результатов согласно настоящему изобретению.
Этот компьютерный программный продукт может храниться в стандартном, встроенном или в съемном запоминающем устройстве, например во флэш-памяти, или на компакт-диске, или на жестком диске. Компьютерный программный продукт может быть встроен в вычислительную машину в виде встроенного программного обеспечения или храниться в заранее загруженном виде, или может быть загружен из одного из стандартных запоминающих устройств. Компьютерный программный продукт может быть создан в любом из известных кодов, например в коде машинного языка или в коде языка ассемблера, и выполнен таким образом, чтобы он работал на любой из существующих компьютерных платформ, например, в персональных компьютерах или в серверах.
Этот компьютерный программный продукт может храниться в устройстве или может быть перенесен на съемном носителе данных, например, на оптическом диске для хранения данных, и перемещен в устройство. Компьютерный программный продукт может использоваться в бытовых устройствах различного типа, например, в компьютерной приставке к телевизору, в приемник видеоинформации, в видеомагнитофоне/видеопроигрывателе, в портативных устройствах мобильной связи или развлекательных устройствах. Компьютерный программный продукт может быть реализован на различных компьютерных платформах, например в устройствах обработки сигналов или в персональных компьютерах.
В этом описании использован термин "трехмерное представление". Обычно трехмерное представление хранят (в цифровом виде) вместе с элементами данных согласно конкретному формату трехмерных данных, который основан на трехмерной модели. Ниже приведен перечень типов форматов трехмерных данных, который не является исчерпывающим:
Каркасные модели, например, определенные для языка моделирования виртуальной реальности (VRML). Эти модели содержат структуру из линий и граней.
Объемные структуры данных или карты элементов объемного изображения (термин "элемент объемного изображения" ("voxel") означает элемент объема). Эти объемные структуры данных содержат трехмерный массив элементов. Каждый элемент имеет три измерения и отображает значение свойства. Например, данные компьютерной томографии (КТ) хранят в виде объемной структуры данных, в которой каждый элемент соответствует надлежащему значению Хаунсфилда {Hounsfield).
Двумерное изображение с картой глубин, например двумерное изображение со значениями RGBD. Это означает, что каждое значение содержит информацию о яркости, цвете и глубине.
Модели, основанные на анализе изображений, например пары стереоизображений или многоракурсные изображения. Эти типы изображений также именуют световыми полями.
Способ, компьютерный программный продукт и стереоскопическое устройство отображения информации согласно настоящему изобретению могут использоваться и, соответственно, выполнены таким образом, что способны использоваться с описываемым трехмерным представлением вместе с любым из вышеперечисленных форматов трехмерных данных.
Несмотря на то, что в приведенных примерах показан жидкокристаллический дисплей, настоящее изобретение также может быть использовано в дисплеях других типов, например, в плазменных дисплеях, в дисплеях на светодиодах и т.д.
Вместо линзообразных элементов в альтернативном варианте могут быть выбраны иные направляющие оптические элементы, например, преграды.
2
3
Несмотря на то, что в приведенных примерах показана так называемая карта ракурсов из 4/ ракурсов, настоящее изобретение также может быть использовано в других видах карт.
Следует отметить, что описанные выше варианты осуществления изобретения иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники способны разработать альтернативные варианты осуществления изобретения, не выходя за пределы объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые знаки ссылок, помещенные между круглыми скобками, не следует истолковывать как ограничения пункта формулы изобретения. Слово "содержащий" не исключает наличия элементов или операций, не перечисленных в пункте формулы изобретения. Использование элементов в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратных средств, содержащих нескольких отдельных элементов, и посредством запрограммированного надлежащим образом компьютера. В пунктах формулы изобретения, относящихся к устройству, в которых перечислено несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы посредством одного и того же элемента аппаратных средств или программного обеспечения. Использование слов "первый", "второй", "третий" и т.д. не означает какое-либо упорядочение. Эти слова следует интерпретировать как наименования.