CN101061415A - 用于三维成像的复合双lcd面板显示器 - Google Patents

Abstract

提供一种利用复合透射型LCD面板的三维成像系统和相关方法。复合LCD面板包含至少两层叠置液晶单元，这两层叠置液晶单元相对于成像方向彼此上下设置，使用该复合LCD面板来显示在面板内相对于观众的不同距离上彼此叠加的至少两个计算图像。每层液晶单元从单元产生多个像素，这些像素一起可以被操作来在每个液晶层上形成独立图像。该复合LCD面板可用于结合合适的3－D图像产生系统在大观看区域内或在多个观看区域内产生连续的3－D图像场。

Description

用于三维成像的复合双LCD面板显示器

相关申请的交叉参考

本申请要求在2004年9月21日提交的美国专利申请序列号No.10/945425的优先权，该在先申请是在2004年1月6日提交的美国专利申请序列号No.10/751654的连续部分，而美国专利申请序列号No.10/751654又是在2001年10月15日提交的美国专利申请序列号No.09/977462、现在是美国专利No.6717728的连续部分，而该美国专利No.6717728是在1999年12月8日提交的美国专利申请序列号No.09/456826的连续部分，这里引入这三篇文献的全文作为参考。

技术领域

本发明一般涉及一种用在三维显示器和其他相关装置中的复合液晶显示面板结构。特别是，本发明涉及采用这种复合液晶显示面板结构和已知图像的并行信息处理的三维可视化和多观众和多方位成像。

背景技术

在三维看到物体是因为光从它们反射并在空间产生光场。观众的两只眼睛由于它们在空间中相对于物体处于不同位置而不同地感知到这种光场，并且观众的大脑通过两只眼睛处理这种光场的不同感觉，从而产生三维(“3-D”)感觉。如果人工地再生成与第一原始光场(LF)相同的第二光场(LF’)，则LF’的观众将看到相同的三维物体图像。因此任何3-D成像系统的基本品质都取决于LF和LF’之间的差异的大小，或者，换言之，取决于成像系统可以有多接近于人工地再生成的LF。

授予Leung等人的美国专利No.5745197公开了一种旨在提供3-D成像能力的类型的“体积(volumetric)”显示器。如其中公开的，Leung等人的体积显示器通过激励在显示器自身体积内的各个深度上的实际光源而产生可视的3-D图像，该3-D图像具有实际物理高度、深度和宽度。通过这种方式，观众的两只眼睛以透视图形式感觉到在显示器体积内的不同深度的各个图像元素，由此产生3-D效果。Leung等人的体积显示器利用了3-D物体的物理解构(deconstruction)，这需要沿着垂直于观众的观看路径的平面将物体“分割”成小片。然后对应于所得到片段的图像重叠显示在透射型显示屏(对应垂直分割面)的叠置体上，所述叠置体是从观众开始依次增加距离而层叠的。由此该体积显示器通过在一系列屏幕上再生有轮廓的物体的单独的横截面而产生三维图像的外观，其中更靠近观众的屏幕上的图像被堆叠在更远距离的图像片段的顶部上。因此，基本上以机械方式产生三维效果。这种类型的体积显示器需要层叠两个或更多个透射型成像显示器面板来产生深度效果，从而其三维效果必然受到其上出现图像片段的各个显示屏的深度、数量及其之间的距离的限制。用于这个目的的合适的显示面板包括透射型液晶显示屏。

立体成像是用于向观众模拟三维图像的另一技术。立体显示器通过向观众的左眼和右眼提供相同物体或景色的不同的但对应的透视图像来进行操作。由此观众的大脑处理这两个图像，从而产生三维感觉。立体成像的原理在各个领域已经应用了很多年，包括应用于对专业人员的训练，例如从飞行员到医师，以及应用于娱乐设施，如3-D电影和计算机游戏。所有立体系统都依赖于一种或多种特定的技术来分离用于左眼和右眼的图像。通常，立体成像系统利用特殊视差屏障、头饰或眼镜来保证左眼只看到左眼景色，右眼只看到右眼景色。

授予Putilin等人的并由本发明的受让人共同拥有的美国专利No.6717728公开了一种自动立体3-D显示器，其提供实时和高分辨率的3-D成像能力而不用视差屏障或专用的头饰。Putilin等人的显示器利用图像处理算法从基础立体象对(stereopair)图像来产生两个或多个计算的图像，这些图像是人们最终想传递到观众的两只眼睛的图像。这些计算的图像中的第一个图像被发送给远端的显示器，而另一个或多个计算的图像被发送到设置在该远端的显示器的前面(相对于观众的位置)的一个或多个透射型显示器。因此每个显示器同时显示所计算的图像，每个图像都包含最终用于观众的每只眼睛的图像信息的至少一部分。当由观众同时观看时，每个显示器的计算图像，用作其他显示计算图像的掩模并与其他显示的计算图像组合，导致两个不同的立体图像提供给观众的左眼和右眼，该立体效果是由观众的眼睛的间隔和各个层叠的显示器的间隔的几何形状引起的。Putilin等人公开了通过人造神经网络可以加速用于产生将基础立体象对图像中的每一个输送给合适的眼睛所需的计算图像的电子处理。在本专利的一个特定的实施例中，多个透射型液晶显示面板结合诸如扩散器等立体掩模前后(相对于观众)一个一个堆叠，该立体掩模位于液晶显示器之间，以抑制莫尔图形。

对于3-D显示系统的目的来说，如在上述专利中使用的常规无源或有源矩阵液晶显示器(“LCD”)屏幕的叠层不是最佳的。液晶显示器是薄的、重量轻的没有移动部件的显示装置。它由像素元件的格栅构成，每个像素元件包括在两个透明偏振板之间的单元中捕获的电控制的光偏振液。两个板的偏振轴通常被调整为彼此垂直。每个像素设有电触点，该电触点允许电场施加于相应一个单元或多个单元内部的液体。

在施加电场之前，液体中的细、长分子处于松驰状态。顶板和底板中的脊促进平行于这些板的光偏振方向的分子的偏振。在这些板之间，分子的偏振在两个垂直极限之间自然地扭曲。光被一个板偏振，并通过晶体分子的平滑扭曲而旋转，然后穿过第二偏振板。

当施加电场时，液体中的分子将它们自身与电场对准，阻止偏振光旋转。在光照射到垂直于偏振方向的偏振板上时，所有光都被吸收并且该单元呈现黑暗状态。然而，在松弛状态下，整个组件对于眼睛来说呈现近似透明的状态。在两个极限之间，这些单元还以增量来发生变化，从而产生灰度级效果。

标准LCD单元中使用的液晶材料使所有的可见波长相等地旋转，因此在标准LCD中使用附加元件来产生彩色显示。关于提供彩色LCD的常用方式是将每个像素分成三个单元，一个具有红色滤色器、一个具有绿色滤色器、而另一个具有蓝色滤色器。通过改变其三个彩色部分的相对亮度，可以使该像素呈现任意颜色。这些彩色元素单元可以用不同的方式设置，形成适合于监视器用途的一种像素几何形状。

在所有透射型LCD面板中，即使在松弛状态下，轻微昏暗也是很明显的，这是因为由于各种源引起的背光源的亮度损失，所述各种源包括用于背光的偏振板、滤色器、和像素格栅材料。由于堆叠单独的透射型LCD面板来产生3-D显示器，如在Putilin等人或Leung等人的显示器中使用的方式中，亮度损失相乘，得到提供较低对比度和分辨率的不鲜艳的和不清楚的3-D显示器。希望在这种3-D显示系统中保持亮度。

关于标准的二维LCD面板，人们已经研发了通过一个一个地堆叠两个或三个液晶单元来产生单个LCD面板的几种技术，试图使LCD图像的质量最佳化，同时减少制造成本。授予Ishii等人的美国专利No.5539547介绍了双层超扭曲向列(“DSTN”)型液晶器件，该液晶器件使用多个聚合物膜。DSTN型LCD面板使用彼此上下层叠的两个透射型无源矩阵LCD单元来抵消常规超扭曲无源矩阵显示器所发生的彩色偏移。这种DSTN显示器的目的是作为薄膜晶体管(“TFT”)有源矩阵LCD面板的更能承担得起的和更低功耗的替代方案，但是DSTN显示器产生比TFT显示器更低质量的图像。DSTN显示器的响应时间(即，在形成屏幕图形时的滞后时间)是TFT显示器的两倍，并且通常视角能力仅有一半。DSTN显示器的对比度(或图像清晰度)也通常远低于TFT显示器的对比度，因此使得DSTN显示器通常不合适于高质量的图形应用。

相位变化主客显示器(“PC-GHD”)屏幕提供用于形成全色LCD显示器的滤色器的选择方案。代替通过结合三个并排的单元和用于每个单独像素的三个不同颜色的滤色器来提供彩色，PC-GHD屏幕将三个液晶单元彼此层叠来用于每个像素。该像素中的三个单元中的每个单元具有施加于其液晶的不同颜料，并且每个单元可以协同其他两个单元从全透射到全阻挡进行变化，从而产生用于像素的任何单种颜色。PC-GHD屏幕消除了包含在标准TFT显示面板中的彩色格栅，但是对于高质量图形生成来说，PC-GHD屏幕在很大程度上也是不希望的，因为它们目前提供比TFT显示器低的对比度。

鉴于3-D成像和透射型显示技术中的现有技术，希望具有一种3-D成像系统，其以动态方式向给定的单个用户或多个用户提供多方位、透视或景色的高质量的成像。这种最佳观看应该以灵活方式进行，从而在观看立体图像时，不使观众受到观众头部的位置的限制，并且应该向观众提供最大对比度和亮度。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷，本发明的目的是提供一种多方位图像观看以及产生可供一个或多个观众观看的动态和高质量的3-D图像效果。

本发明的另一目的是能够向观众呈现图像的无限数量的方位，以便接近于全3-D观看经历而不损失任何图像信息、亮度或质量。

本发明的另一目的是提供一种通过从立体图像的产生和观看中除去错误和失真的源，以适合于交互式和实时应用的动态方式产生和显示3-D图像的能力。

另外，本发明的目的是提供用于3-D成像的系统和相关的方法，其提高3-D图像质量并使提供给观众的图像信息最大化。因此，再看立体图像时，本发明从观众的图像路径中消除了不必要的掩模和不必要的障碍物，并且不再需要专用观看工具或视差屏障或在观众的观看路径内的透镜型屏幕来试图呈现3-D情景或物体。

本发明提供一种基于立体成像和源立体和多方位图像的并行信息处理的用于三维可视化的系统和相关方法。可以对于单个3-D观看区或用于多个用户的多个3-D观看区来处理源图像。优选地，根据本发明实施例的处理是自然合适的，以便在给定的一个或多个观众的位置变化时，连续地再处理。因此通过不以任何有目的的方式限制观众改善了由任何给定观众对3-D图像的感觉。

在本发明的实施例中，使用复合透射型LCD面板来显示以在面板内相对于观众的不同距离彼此叠加的至少两个计算图像，其中所述复合透射型LCD面板由相对于成像方向彼此上下叠置的至少两层液晶单元构成。每层液晶单元从这些单元产生多个像素，这些像素可以共同地操作，从而在液晶层上形成图像。照明源位于复合面板的这两层后面，从而给在这些层上产生的图像进行照明。

本发明的复合面板中的每个液晶单元层显示计算图像，该计算图像不是最终必须传送到观众的两只眼睛从而产生所希望3-D效果的源立体象对图像之一。相反，计算图像是在本设计中光学地相互作用的源立体象对图像的衍生物，从而共同地产生将被看到的立体透视图像。源图像信息是从存储单元中储存的立体象对的数据库得到的，或者从基础图像的其他合适源得到的。存储单元向处理器提供所希望的立体象对，而处理器处理将要由液晶单元层显示的计算图像，并相应地控制这些层。此外，处理器控制照明源，如灯或其他合适的发光单元，这些照明源对透射型复合LCD面板进行背光照明，以便使得能够观看到在液晶单元层上产生的图像。

为了计算每个液晶单元层的衍生图像，处理器通过计算用于每个所述透射型单元层的临时计算图像来估计导向观众的每一只眼睛的光，然后确定通过透射型复合LCD面板的前部单元层的每个分立像素引导的光。然后处理器比较为每个像素所估计的光和来自初始源立体象对图像中所选择的一个的等效光，从而确定误差，然后适当地调节临时计算图像，以减少误差，以便保持每个像素的误差在设定的限度以下。优选地，衍生图像的计算和改进是通过人工神经网络来进行的。

在本发明的实施例中，由每个液晶单元层显示的计算图像用作用于其他层的图像(一个或多个图像)的动态掩模。因此，与其中可以清楚地看到物理屏障掩模的常规视差屏障型成像系统相比，观众除了3-D图像本身以外没有看到物体或障碍物。3-D图像的这种产生导致不存在噪声和看到的自然景色的失真，如由透镜型屏幕或透镜产生的失真。

根据本发明的实施例，由于3-D图像信息分布在两个或多个液晶单元层之间，因此没有现有技术的系统中产生的分辨率损失，其中在现有技术系统中，用于两只眼睛的图像信息被显示在限制分辨率的屏障后面的单个屏幕或平面上，如视差屏障、透镜型屏幕或透镜。此外，包含集成的多个液晶单元层的复合透射型LCD面板除去了通常存在于标准LCD面板中的不需要的元件，否则将引入图像亮度损失并引起成像失真。

在本发明的某些实施例中，计算图像基于一个或多个观众的位置的感测而呈现给一个或多个观众。产生这个观众位置信号并通过本领域已知的装置如通过红外(“IR”)位置传感器或射频(“RF”)或超声波位置跟踪传感器发送给处理器，然后处理器从图像源重新得到合适的图像立体象对，用于通过复合透射型LCD面板的控制器进行随后的处理、展示和显示。此外，在本发明的优选实施例中，利用观众位置传感器，在观众的观看位置变化时将图像的不同方位呈现给观众，以便允许观众以动态方式观看图像的各种透视图。由此本发明能够在大观看区域内以改进的图像质量产生连续的3-D图像场，与离散的、固定的一组立体观看区域相反，其中随着观看区域的数量增加，图像质量大大退化。

在本发明的另一些实施例中，提供多用户和多观看显示能力。通过这种方式，基于任何数量的因素，如但不限于观看位置或角度，可以向观看组的不同成员各自提供同一图像的不同方位，或全部不同的图像。可以为每个观众提供三维和二维成像两者。

由此已经介绍了本发明的实施例，现在将讨论如附图中所示的本发明的优选实施例。

附图简述

包括附图用以提供本发明的进一步理解，附图结合在本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例并与本说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：

图1是示出常规液晶单元的示意图；

图2是示出处于松驰状态下的液晶单元的操作的示意图；

图3是示出处于充电状态下的液晶单元的操作的示意图；

图4是示出光透过液晶单元和偏振板的示意图；

图5是示出根据自动立体3-D显示系统的常用LCD面板的叠置的示意图；

图6是示出根据本发明实施例的用在3-D成像系统内的复合透射型液晶显示面板的示意图；

图7是示出由实际物体产生的3-D光场和示出利用根据本发明的复合透射型LCD面板来再现这种光场的示意图；

图8是示出为了从层叠图像产生3-D图像而观众相对于两个叠置液晶单元层的取向的示意图；

图9是示出为了产生3-D图像而可以在图6的液晶单元层上显示的示例性的计算图像的示意图；

图10是示出当在图8的复合LCD面板上显示图9的图像时观众可以看到的示例性的感知到的3-D图像的示意图；

图11是示出根据本发明实施例的利用复合LCD面板的自动立体3-D显示系统的元件的示意图；

图12是示出用于产生利用根据本发明实施例的复合LCD面板的自动立体3-D显示系统的3-D图像的计算和控制结构的示意图；

图13是示出根据本发明实施例的光束从复合LCD面板的各个液晶单元向观众眼睛移动的示意图；

图14是示出用在自动立体3-D显示系统中的显示控制程序的操作的数据流程的逻辑流程图；

图15是示出用于确定自动立体3-D显示系统中的图像数据的神经网络图的示意图；以及

图16和17是示出利用用于产生3D图像的自动立体3-D显示系统的多用户和多观看模式产生的示例图像的示意图。

优选实施例的详细说明

图1示出普通的液晶单元102。使用很多这样的单元来产生LCD面板的液晶单元层中的像素。每个这样的单元102包含被收集在罩壳内的液晶材料。液晶是一类长的、线状分子，这些分子在某些条件下呈现各向同性流体状行为，包括流动能力，但是也可以采取具有比在其他流体中发现的更高的有序性的结构。液晶材料的有序性在分子尺度上延伸，但是不像可以在传统的晶体固体中发现的那样延伸到宏观尺度。通过这种方式，液晶材料中的结构排序可以沿着一个方向延伸，但是沿着另一方向的材料可能呈现明显的无序。单元102中包含的液晶材料包含形成偶极子104的很多液晶分子，其中所述偶极子104被捕获在两个基本透明的相对取向表面之间，包括输入取向表面103a和输出取向表面103b。

每个取向表面具有取向特征，由此作为在制造期间机械处理它们表面的结果，这些表面具有在单一方向上取向并面对液晶材料的微小波纹。这些微小波纹与在该表面附近的液晶偶极子104相互作用，从而引起这个表面附近的这些偶极子通常在平行于如图1所示的微小波纹的方向上取向。

在图1所示的常用液晶单元102中，输入取向层103a的表面中的微小波纹相对于输出取向层103b的微小波纹垂直取向。因此，双极104自然地在单元102内对准成螺旋状结构，该螺旋状结构在取向层103a和103b之间伸展。对准成这种螺旋状结构的液晶材料具有沿着双极的弯曲度旋转光的偏振的光学特性，从而进入单元102的光100a的偏振自然地旋转90度，由此产生离开该单元的垂直偏振光100b。然而，在存在电场时，可以使给定单元内的双极分子与电场对准。通过这种方式，可以通过在存在可控电场的情况下使输入光穿过液晶单元来控制输入光的偏振。

现在参考图2，其中示出了处于”松驰”状态的典型液晶显示单元202的截面图，由此双极自身在输入取向层203a和输出取向层203b之间以螺旋状图形取向。在该单元外侧的任何一端上，薄透射导电电极层205覆盖取向表面的外部。氧化铟锡(“ITO”)是通常用于制成电子显示单元的取向表面的透明导电涂层的材料。ITO是氧化铟(III)(In₂O₃)和氧化锡(IV)(SnO₂)的混合物，通常重量百分比为大约90％的In₂O₃和10％的SnO₂。这些电极层可以用于给液晶材料施加可控电场。

如图2所示，液晶单元202提取输入光200a并使其通过位于取向层203a和203b之间的基本透明的液晶材料，在那里，它作为具有垂直于输入光200a的偏振的输出光200b射出单元202。图3示出处于“充电”状态的液晶单元202’，其中电场正施加于电极层205。如图所示，双极204’采取与电场相符合的取向，使输出光200b’具有不同的偏振取向(如上述与输入光200a相同的取向)。

在商业LCD应用中，如图1-3所示，单独的液晶单元层通常位于两个偏振板之间。图4示出光通过在松驰状态操作的液晶单元402的传输，其中单元402在两个偏振板406a和406b之间取向。如图所示，输入偏振板406a具有与输入取向表面403a的微小波纹取向对准的偏振取向，并且输出偏振板406b则具有与输出取向表面403b的微小波纹的取向对准的偏振取向。因此，偏振板406a和406b取向为彼此垂直。

采用这种结构，来自背光源的非相干(非偏振)的光400a穿过输入偏振板406a，并损失非相干光的垂直偏振分量，从而产生偏振光400b。利用处于松驰状态的液晶单元402且电极(图4中未示出)中没有电压，偏振光400b将进入穿过透明输入取向表面403a且穿过液晶材料。由于双极(图4中未示出)处于松驰状态，因此液晶材料自然地使光400c的偏振在该单元402内旋转90度。射出单元402的偏振光400d现在具有垂直于原始偏振光400b的偏振取向。因此这个光能够穿过出口偏振板406b到达观察者，使处于松驰状态的单元402相对于眼睛来说呈现基本透明和明亮的状态。如果将电场施加于单元402，则可以允许输入偏振光400b大部分通过液晶材料而没有改变其偏振取向，由此使得输出光大部分不能穿过输出偏振板406b。因此处于充电状态下的单元402相对于眼睛来说呈现基本不透明和暗的状态，因为很少的光能够到达观众。

图5是示出根据自动立体3-D显示系统的如在现有技术中所进行的常用透射型液晶显示面板501的叠置的示意图。如图5所示，常用LCD面板501(如放大到像素尺寸水平的截面所示)各含有被夹置在导电材料505如ITO的板之间的一个液晶单元层511。单元层511包括包围液晶材料504的各种独立的液晶单元502。层511中的单元502分享一般具有如上所述的取向表面性能的公共输入取向层503a和输出取向层503b。

透射型LCD面板501还包括输入偏振板506a和输出偏振板506b，再次设置它们的相对偏振取向，以匹配对应的取向表面503a和503b并且如上所述彼此垂直。如玻璃等光学透明的材料507a的薄板，将输入偏振板506a与输入取向层503a顶部的电极层505分离开。光学透明材料507b的第二薄板将输出偏振板506b与LCD面板的能控制颜色的元件分开，这些元件包括滤色器组件509和黑色格栅508(通常具有在大约40-90％范围内的孔径)，其提供增加的对比度。在典型的彩色LCD面板中，每个像素由三个单元部分构成，而这三个单元部分由滤色器组件509限定，其中一个是红色滤色器509a，一个是绿色滤色器509b，另一个是蓝色滤色器509c，如图上所示。通过独立改变每个其三个彩色部分的相对亮度，可以使该像素呈现任何颜色。

当在用于图5所示并如在现有的美国专利No.6717728和于2004年1月6日提交的美国专利申请系列号No.0/751654中详细介绍的自动立体3-D显示系统中的叠置结构中使用两个透射型LCD面板501时，光传输损失可能成为问题。来自背光器件512的光被第一LCD面板501(即最靠近背光器件512的面板)的输入偏振板506a偏振，穿过光学透明材料507a，然后穿过液晶单元502。根据施加到电极层505的电压，液晶在一种取向上对准，从而产生输入光的所希望的偏振旋转。进而，这限定了射出输出偏振板506b的光强的水平。RGB着色由滤色器组件509提供，而黑色格栅508提供增加的对比度。

射出第一LCD面板的输出偏振板506b的任何偏振光于是将穿过扩散器或能使光的偏振旋转的其他类似器件510，从而与下一LCD面板的输入取向相匹配，然后在到达用户之前穿过第二LCD面板(显示不同于第一LCD面板的图像)。任选地，LCD面板可以选择地设置成不需要器件510，由此背部LCD面板的输出偏振与前部LCD面板的输入偏振相匹配。否则，由第一透射型LCD面板引起的任何亮度损失被第二和任何随后的LCD面板加倍并加重。表i示出上述各种LCD面板元件中的特定一个元件的光透射水平的典型值。

层	透射的光能，％	吸收的光能，％
			输入偏振器	43	57
液晶(松驰)	95	5
			滤色器	25	75
黑色格栅	80	20
			输出偏振器	80	20
总量	6.5	93.5

表i

特别地，表i表示了在单个透射型LCD面板的情况下来自背光源的大致小于7％的照明光到达观察者的眼睛。在第一LCD面板和观众之间添加第二LCD面板将透射光减少到0.5％以下(即使没有位于LCD面板之间的扩散器)，并且随后的LCD面板将进一步使输出亮度和质量下降。

为了克服在自动立体成像系统中叠置常用透射型LCD面板伴随而来的问题，如图6所示，本发明提供复合透射型LCD面板601(如在像素水平的截面图所示)，它由沿着成像方向前后设置的叠置液晶单元602的至少两层611a和611b构成。液晶单元602的每个层611a和611b产生多个像素，其中给定层611a或611b的像素可以被共同操作，从而在该层上形成图像。控制每层中的单元，从而使每层独立地和同时地显示至少两个计算图像中的一个(每层一个不同的计算图像)，使得计算图像在复合LCD面板610内在相对于观众位置的不同距离处彼此叠加。照明源612位于复合LCD面板602的后面，因此也位于这两层611a和611b的后面，从而给这些层上产生的计算图像照明。与存在于现有技术透射型LCD面板中的液晶层相似，液晶层611a和611b包括以上述大致介绍的方式包围液晶材料604的各种独立液晶单元602。每层611a或611b的单元602分享共用的输入取向层603a或603c以及输出取向层603b或603d，它们具有大致如上所述的取向表面性能和垂直取向。每层611a或611b分别被包围在导电材料605a和605b以及605c和605d的板之间，它们适合于向封闭单元602施加可控电场。

所示的这种复合LCD面板602也由输入偏振板606a和输出偏振板606b、一个滤色器组件609(包含红、绿和蓝色滤色器元件609a-c)以及一个黑色格栅构成。两层光学透明材料607，如玻璃，设置成与所示偏振板606a和606b相邻，以隔离和保护液晶层611a和611b并将这些层与偏振板606a和606b隔开。光学透明材料如玻璃的附加层607’位于第一液晶层611a和第二液晶层611b之间，并将它们粘接在一起。这个层607’的厚度足以使液晶层611a和611b彼此隔开，并且产生适合于立体效果的几何形状，如下所述。

为了使两个液晶层611a和611b协同工作，用于第一液晶层611a的输出取向层603b必须沿着相同的偏振方向与第二液晶层611b的输入取向层603c对准，如所示的。另外，偏振板606a和606b具有平行(与垂直相反)的偏振取向(假设每层611a和611b的特性“扭曲”是90度，如所示的)。或者，当然，如果板606a和606b的取向以及取向层603b和603c不如图所示匹配，则光学透明材料层607’可以结合有特征来将透射光的偏振改变90度(或合适的量)。

尽管已经提出将在单个面板内结合两个或多个液晶层的类似LCD面板结构用作DSTN和PC-GHD液晶显示器，但是如图6所示和这里所述的根据本发明的复合结构没有用在这里所述的高分辨率3-D成像系统中。在3-D显示系统中采用根据本发明的复合透射型LCD面板相对于叠置的标准LCD面板具有的优点是实质上没有亮度损失并且提供更好的图像清晰度。尽管标准透射型LCD具有大约6.5％透射率，根据本发明的复合透射型LCD提供可比的大约6.2％的透射率。向复合LCD面板中添加第三和随后的液晶单元层的效果同样也最小。

另外，根据本发明的复合透射型LCD面板在不需要液晶层之间存在扩散材料的情况下实质上不产生明显的莫尔条纹效应。代替扩散器，在液晶层之间的玻璃或其他透明材料提供硬结构和在面板整个成像区域上的均匀照明。

由此已经介绍了根据本发明实施例的复合透射型LCD面板的原理，现在将介绍复合LCD面板特别适合的自动立体成像系统和相关方法。如在现有的美国专利No.6717728和于2004年1月6日提交的美国专利申请系列号No.0/751654中详细介绍的自动立体成像系统通过使用多个叠置电子透射显示器，如液晶面板，产生三维观察体验。代替叠置分开的LCD面板，可以如下所述地采用本发明的复合LCD面板。因此提供的3-D成像系统具有用于在大的和连续观看区域内进行观看的增加的亮度和图像质量，其中在上述区域中，在复合LCD面板上可以动态地产生3-D图像。

图7示出在光700从物体701反射并在空间中产生光场LF时，人们如何看到三维的实际物体。由于每只眼睛相对于物体在空间中的不同位置，观众的两只眼睛702不同地感觉到这个光场，并且观众的大脑处理双眼对光场的不同感觉，从而产生三维感觉。图7还示出了由受到3-D显示系统控制的复合LCD面板703内的液晶单元层704形成的第二光场LF’，由此LF’几乎与LF相同，并产生第二感觉到的3-D图像。任何三维成像系统的基本质量都取决于LF和LF’之间的差异的大小，即，成像系统可以有多靠近再生LF。如果第二光场LF’被再生成大致与原始光场LF相同，则LF’的观众将感觉到相同的三维物体图像。

优选的3-D成像系统利用了在复合LCD面板703内的两个或多个叠置透射型液晶单元层704，如图7所示，但是每个层共同协作来显示希望显示给观众的双眼的立体象对图像的衍生图像。衍生图像相互作用，并有效地彼此遮蔽，从而共同地产生将被看到的立体图像。如图8所示，本发明实施例中的复合LCD面板提供在相对于观众(观众位置在图8中分别用左右眼802a和802b表示)的取向上叠置的液晶单元层。如图所示，每个眼睛802a和802b具有到背部B和前部F单元层的不同观看路径(如观看线路805-808所示)，这个观看路径使面板上的图像合计在一起并作为用于眼睛802a和802b的不同立体图像而被观众感觉到。

图9示出分别适合于背部单元层B和前部单元层F的这种衍生图像901和902的例子。如图所示，当独立地和分开地观看时，在每个层上显示的衍生图像可能是模糊的和混乱的。然而，当同时观察，且单元层B和F在复合LCD面板801内适当取向时，如图8所示，衍生图像将产生合适的立体图像1001和1002，这些立体图像分别到达观众的左右眼，如图10所示。

在本发明的实施例中为了计算每个单元层的衍生图像，处理器通过计算用于每个单元层的临时计算图像来估计导向观众的每只眼睛的光，然后确定穿过前部单元层的每个离散像素的光，作为在两层上同时产生的图像的结果。然后处理器比较每个像素的估计光和来自初始源立体象对图像中所选择之一的等效光，以确定误差，然后适当地调节临时计算图像，以便减少误差，从而保持每个像素的误差在设定的限度以下。

根据本发明的实施例，迭代算法评估产生的图像和原始图像之间的差异。基于它们之间的差异，该算法指示进行屏幕成像调节。这些屏幕调解引起产生的图像发生一些变化，使得它们成为原物的更相似的复制品(即接近于最大精度)。例如，这种迭代处理可能需要几次迭代，如3-7次迭代，以使每一帧都在可接受的误差内。

图11示出根据本发明优选实施例的显示系统11的基本元件。在该图中，较远的和最近的(以下还称为“靠近的”)液晶单元层4和6在复合LCD面板5内分开已知间隙。复合LCD面板内的液晶单元层由计算装置1控制，如个人计算机、视频控制器、或其他合适的数字处理装置。如下面将详细说明的，所示的显示系统依赖于通过计算装置1对图像的计算，然后该图像被显示在较远的和靠近的液晶单元层4和6上，从而在观众眼睛中产生视觉立体图像。计算装置1还控制适合于给复合LCD面板5进行背光照明的照明源2。

图12示出计算装置1的细节，其描述了根据本发明实施例的用于产生3-D图像的计算和控制结构。尽管本实施例中公开的结构包括观众位置信号输入端10，但是本领域技术人员应该理解通过限定一个设置观察区域或多个设置观察区域，不需要这个特征也可以实现本发明。本发明利用立体象对或方位的数据库，它还作为输入端8提供给存储单元12。存储单元12具有几种功能。初始的存储单元12将从输入端8源(如存储器或储存器中的数据库)提取和储存特定立体象对。这个立体象对将对应于初始观察位置。如上所述，观众位置传感器10可以向处理器14提供观众位置信号。

通常，在本发明的实施例中，需要对应于左眼和右眼图像的最少两个图像信息流，以产生3-D图像。尽管前面已经说明立体象对源图像可以储存在另一存储或储存位置(包括预先存储在存储器12中的)中的数据库中并从该数据库取回，但是源图像信息可以最终来自于各种源。例如，该信息流可包括一对或多对可携式摄像机或成对的视频流，用于实况(live)的3-D视频或记录的3-D视频、一个物体的左右图像(例如用于照片)和来自数字3-D景色(例如用于游戏)的左右视图。

观看的整个过程中，恒定地监测观众位置信号10并将其提供给处理器14。根据观众位置和接下来的如(下)所述的误差处理，来自处理器14的关于观众位置10(或对于固定观察区来说用户的预设位置)的信息被提供给存储器12，用于从数据库进行接下来的立体象对方位的提取和为显示器4和6再次计算得到的图像。因此，如果观众希望从各个位置看到3-D物体，本发明基于输入观众位置信号可以将一系列更新的立体象对恒定地提供给处理器。如果无论观看位置怎样观众都希望看到物体的单一3-D图像，则可以使用观众位置信号输入10来确定在所需处理中使用的光学几何形状。如本领域技术人员很容易理解的，可以类似地使用多个观众位置信号来产生多个观看区域(包括具有不同图像或图像方位)，如下所述。

存储器12将所希望的立体象对提供给处理器14，以产生计算图像。该计算图像可以直接从处理器14发送给LCD面板和照明单元控制器16或储存在存储器12中，以便由控制单元16访问。然后单元16将计算图像提供给复合LCD面板5内的合适液晶单元层4和6，并控制对层4和6进行照明的光源2的发光。处理器14还可以将指令提供给LCD和照明控制单元16，从而提供合适的照明。

应该注意的是，存储器12保存每个液晶单元层的独立单元或元件的累积信号。因此存储单元12和处理器14具有累积和分析穿过复合LCD面板的相关屏幕元件射向观众的左右眼的光的能力，这种光由处理器14基于设定观看区域(一个或多个)或观众位置信号10来识别。

图13示意性地示出从显示面板到观众眼睛的光束移动。如图13所示，两个光束来自背光源22并经过靠近的液晶单元层18上的任意单元z28，以便穿过眼睛34和36的瞳孔。这些光束还在点a(z)26和b(z)24第一次穿过较远的液晶单元层20。左眼36中的图像如下计算：

SL_z＝N_z*D_a(z)

其中N是靠近的层18上的像素的强度，D是远层20上的像素的强度。

对于右眼34，分别地，计算如下：

SR_z＝N_z*D_b(z)

当光被引导穿过靠近的单元层18的所有像素z(n)时，在观众的视网膜上形成图像SL和SR。计算的目的是优化近层18和远层20上的计算图像，从而获得：

SL→L，和

SR→R。

可以证实，对于任意的L和R图像，不可能获得精确的方案。这就是为什么本发明试图找到对于N和D的可能分布中的近似方案，从而产生(在目标和计算图像之间)最小二次差函数(quadraticdisparity function)：

$\mathrm{\ρ}(\mathrm{SL}-L)\underset{N,D}{\→}\min$

$\mathrm{\ρ}(\mathrm{SR}-R)\underset{N,D}{\→}\min$

其中ρ(x)是该差的函数，例如，以下形式的二次函数

ρ(x)＝x²，

将像素强度限制为0≤N≤255，0≤D≤255。

人造神经网络(“NN”)，如下面关于图9所述的，可用于解决这个问题，因为它允许并行处理和DSP积分。

现在参照图14，示出了用于操作本发明的图像的数据流。如前所述，存储单元12、处理器14和LCD控制器和亮度控制器16调整从源22发射的发光辐射以及远层20和近层18的透射率。

涉及物体的多个离散两维(2-D)图像(即多个计算图像)的信息，以及任选地，关于观众右眼和左眼的位置的信息由处理器14来调整，其中每个预估两维图像在LCD屏幕上的多个不同区域中显示。

依照设定的程序，对应于一部分近层18的传输的信号(信号1428)和分别对应左眼和右眼的图像的那些部分的发光辐射的远层20的透射率被输入到处理器。然后识别来自所有层的单元的被引导向每个观众的右眼和左眼的光信号。在本例中，来自单元28和26的信号都被引导向观众36的左眼，而来自块28和24的信号被引导向观众34的右眼。

这些左眼和右眼信号中的每一个在1438处求和，以产生用于右眼1442和用于左眼1440的值。然后在比较操作1448中将这些值与每个方位的图像的相关部分和原始源物体方位1444和1446的图像的相关区域进行比较。然后对原始值进行调节1450，以试图减少误差。

记住该信号是观众眼睛位置的函数，检测到的信号可以在一定程度上改变。对于较近的和较远的液晶单元层的每个单元，识别来自所述比较的任何误差。然后将每个误差与设定的阈值信号进行比较，如果误差信号超过设定的阈值信号，则处理器控制改变对应于远层20单元的至少部分的照明辐射的信号，并改变近层18单元的至少部分的透射率。

如果涉及物体的计算图像的信息改变了，作为观众位置的移动的结果，处理器检测到该移动并且将对应于远层单元的照明辐射以及近层单元的透射率的信号输入到存储单元中，直到该信息被修改为止。当观众位置改变得足够远，从而需要新的视图，则从数据库提取视图或图像并对其进行处理。

图15示出根据本发明实施例的应用于上述问题的神经网络结构。在计算近屏幕和远屏幕上的图像时，假设存在L和R，一对左、右立体源图像，以及恒定观看区域(假设观众的眼睛位置不变)是有帮助的。本发明的神经网络通过经两个液晶单元层产生图像来复制人眼的功能。为了产生这些图像，神经中枢算法减少物体的原始光场(源图像)和由叠置液晶单元层产生的光场之间的差异。这些光场之间的差异称为最大精度(或最小误差)，并减少该差异，直到实现了人视觉范围内的足够精度为止。图15中所示的神经网络结构是三层神经网络。输入层52由一个神经细胞构成，它将单元刺激扩散到隐藏层54的神经细胞。隐藏层54的神经细胞形成两组，其对应于近层和远层。输出层56的神经细胞形成对应于图像SL和SR的两组。神经细胞的数量对应于液晶层像素的数量。对应近层和远层的突触(synaptic)权重Wij是调节参数。隐藏层神经细胞之间的突触互连对应于该系统的光学方案：

非线性函数是在值[0-255]中的S形函数：

$F\left(x\right)=\frac{255}{1+e^{-x}},$

或者以下形式的饱和函数：

NN的功能可以用下式表述：

-隐藏层的输出。

$Y_k=F\left(\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{V}_{\mathrm{ik}}{X}_j\right)$ -NN的输出。

任何神经细胞中的输出信号是来自远层和近层的至少一个信号的总和。对应观众的左眼和右眼的NN的输出是：

Y_k(左)＝F(X_z*X_a(z))＝F(N_z*D_a(z))

Y_k(右)＝F(X_z*X_b(z))＝F(N_z*D_b(z))

误差函数是：

这是所有误差的总和。从上式明显看出，当E→0同时NN研究(learning)时，隐藏层的输出将对应于将在屏幕上照明的所希望的计算图像。

在NN研究的初始步骤，权重Wij具有随机值。为了加速研究过程，可以根据初始选择的立体象对来对权重进行初始化。使用反向传播方法(BackProp)来教导NN：

$W_{\mathrm{ij}}\left(\mathrm{new}\right)=W_{\mathrm{ij}}\left(\mathrm{old}\right)-\mathrm{\α}\frac{\mathrm{dE}}{{\mathrm{dW}}_{\mathrm{ij}}}$

其中α说明研究的速度。通常在10-15次迭代时可以获得可接受的精度，并且对于有些图像，在100次迭代时可实现极低的误差。计算表明误差的程度和光学方案的参数之间存在很强的依赖关系，这些参数例如是L和R图像的形状，近单元层和远单元层之间的距离以及观众眼睛位置。

对于光学参数的小的变化，为了获得更稳定的方案，可以使用两种替代方法。第一种方法涉及误差函数的修改，其是通过添加调整项：

其中β是调整参数。

第二种方法涉及在NN的训练期间将观众眼睛的位置随机地改变很小的量。这些方法都可用于放大立体观看的区域。

还可以使用除了“BackProp”以外的训练方法，例如，共轭梯度方法：

W_ij(t)＝W_ij(t-1)+α(t)S_ij(t-1)，

$S_{i,j}\left(t\right)=-G_{\mathrm{ij}}\left(t\right)+\frac{{\left|\right|G_{\mathrm{ij}}\left(t\right)\left|\right|}^2}{{\left|\right|G_{\mathrm{ij}}(t-1)\left|\right|}^2}{S}_{\mathrm{ij}}(t-1)$

$G_{\mathrm{ij}}\left(t\right)=\frac{\mathrm{dE}}{{\mathrm{dW}}_{\mathrm{ij}}}$

这是Fletcher-Reeves的变体。这将使训练程序加速5-10倍。

适合用在本发明中的典型液晶单元层对应于提供1024×768或以上分辨率的15”(或更大的)有源矩阵液晶显示层。在使用这种15”单元层的复合LCD面板中，优选这些层之间的距离小于大约5mm。合适的计算机系统包括Intel Pentium III-500MHz等效或更快的处理器，用于立体图像处理，并且掩模包括扩散器。该计算机应该足以仿真用于获得计算图像的神经网络，所述计算图像必须在近屏幕和远屏幕上被照明，以便在预定区域中获得分开的左-右图像。神经网络仿真上述的显示衍生图像的光学相互作用，并考虑观众眼睛的位置，以便使立体图像中的误差最小化，并且动态地产生感知的3-D图像。

在本发明的某些实施例中给定多个液晶单元层的设置的紧凑结构，非常重要的是为复合LCD面板提供适当的冷却，以便防止过热。可以提供适当冷却的一种方式是通过利用在显示器壳(通常，在商业实施例中，显示器壳将至少包封该复合LCD面板和光源)内设置风扇，从而提供冷却交叉空气流。

如上所述，包含用于输入观众位置信号的装置使得根据本发明的显示系统能够使用设定的图像观看区域(或多个区域)或在不损失3-D效果的情况下不使用允许观众移动的区域。用于确定衍生图像的分量(如上述的SL和SR)的算法使用用于光学几何的变量，并使用观众位置信号来确定这些变量。而且，当显示器处于允许观众位置改变来改变观众看到的图像景色或透视图时，可以使用观众位置信号基于光学几何计算来确定要显示哪个立体象对。可以使用多种已知的技术来产生观众位置信号，包括用于虚实(VR)应用的已知头/眼追踪系统，例如但不限于，观众安装的RF传感器、三角形IR和超声系统，以及使用图像数据的视频分析的照相机-基机器影像。

依照设定的程序，通过处理器将对应于近层和远层单元的透射率的信号输入到存储单元中。下一步骤是识别可以从所有叠置的液晶单元层的单元被引导向至少一个观众的右眼和左眼的光信号。然后比较被引导向每只眼睛的被识别的光信号与相关物体的设定2-D立体象对图像的对应区域。

对于每层的每个单元，在可以被引导向相关眼睛的被识别的光信号和同一只眼睛应当看到的相关物体方位的立体图片的被识别的相关区域之间识别误差信号。将每个接收到的误差信号与设定的阈值信号进行比较。如果误差信号超过设定的阈值信号，则处理器控制的上述程序修改对应于层单元的信号。重复上述过程，直到误差信号变得低于设定的阈值信号或设定的时间周期上升为止。

对于两个(或多个)观众，还可以解决在两个(或多个)不同方向重构两个(和多个)不同物体的情况下的计算。必须具体说明的是，例如，利用为这个目的设计的DSP处理器可以并行进行所有计算。因此，本发明可用于多观看显示器仿真。还应该注意的是，本发明的系统还适用于多个观众同时观看影象的情况。该系统简单地识别单独观众的位置(或设定具体观看区域)并显示适合于多个观众的图像。

根据本发明的算法可以适合与包括计算机中央处理单元(例如Intel芯片)和支持双监视器结构的3-D视频卡(例如nVidia GeFore，或ATI Radeon)的不同硬件结构一起使用。此外，可使用硬件如已知的3-D加速器来更快速地运行该算法。

如本领域技术人员容易理解的，根据本发明的原理产生的3-D显示器可适合于在几种不同的模式下操作。这种显示器可以在立体和多区域模式(M个屏幕，以给N个区域提供视图)、更传统的电子视差屏障或透镜立体显示模式、动态噪声立体显示模式(即在前屏幕中提供动态噪声和在第二屏幕中提供计算图像)、RF安全显示模式(即，在前面板中设置特殊图像，从而使用户可看到后面图像，但是看不到射频放映)和多用户/多视图(或“家庭”)显示模式下工作。此外，通过施加已知的调整(regularization)处理还可进一步增强由本发明产生的3-D图像。

图16和17提供了“家庭”模式显示中出现的图像的示意图。在本例中，基于任何数量的因素，例如但不限于观看位置或角度，观看组(例如该组是“家庭”)的不同成员各看到同一图像的不同方位，或者完全看到不同的图像。如图16所示，实际上显示在复合LCD面板的液晶单元层上的衍生图像1601和1602为第一观众和第二观众产生完全不同的感知图像1703(见图17)和第二感知图像1704，其中第一观众位于第一观看位置，而第二观众位于不同于第一观看位置的观看位置。用于每个观众的图像可以都是立体的(3-D)、都是两维的、或者是这两者的混合形式。随着观众数量和不同独立视图的增加，通过增加复合LCD面板内的液晶单元层的数量或者增加复合LCD面板本身的数量，以增加可传递给观众的图像数据的总量，从而可以获得改进的图像质量。

如本领域技术人员容易理解的，在本发明的某些实施例中，光源可以基本上是宽带白光源，如白炽灯、感应灯、荧光灯或弧光灯等。在其他实施例中，光源可以是具有不同颜色的一组单色源，如红、绿和蓝。这些光源可以是发光二极管(“LED”)、激光二极管、或其他单色和/或相干源。

在本发明的实施例中，液晶显示面板包括可开关元件。如本领域已知的，通过调节施加于每个独立彩色面板对的电场，该系统于是提供用于对从光源获得的光进行色平衡的装置。在另一实施例中，每个彩色面板系统可用于连续彩色切换。在本实施例中，面板对包括红、蓝和绿可开关面板对。这些面板对中的每一组在时间上依次被激活，并且经过要显示的图像的蓝、绿和红色成分进行循环显示。面板对和相应的光源与显示器上的图像以一定速度同步地切换，所述速度比人眼的积分(integration)时间(小于100微秒)更快。可理解地，于是可以使用单对单色显示器(即没有滤色器的LCD)来提供彩色三维图像。

与视差屏障系统相比，由于完全使用所有层的单元来用于信息传输，在本技术中使用复合LCD面板提高了图像质量。公开的优选实施例还可识别观众的数量以及每个观众的左右眼的位置，并执行上述程序，从而根据识别到的所有观众的眼睛位置实现该技术。这种系统使得几个观众可以接收视觉信息，同时感知到立体效果。

这里已经示出和介绍了该系统和相关方法，本领域技术人员应该理解，在不脱离所公开和所要求的本发明的范围的情况下，本发明的其他实施例也是可行的。

Claims (32)

1、一种生成三维图像显示的方法，包括：

-确定位于复合液晶显示面板前面的至少一个观看区域，所述复合液晶显示面板包含能够成像两个不同图像的至少两个独立液晶单元层，所述单元层相对于所述观看区域前后隔开设置；

-在每个所述单元层上显示不同图像；以及

-对所述单元层进行背光照明，从而显示在所述至少一个观看区域内可以看得见的立体图像，其中所述看得见的图像对应于所选择的一对源立体象对图像。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述被显示的图像是从所述源立体象对图像处理的计算图像，并且其中对每个所述计算图像的处理包括迭代地：

-通过计算用于每个所述单元层的临时计算图像来估计被引导向观众每一只眼睛的光，然后确定被引导通过所述单元层中的前面一个单元层的多个离散像素中的每一个像素的光；

-将为每个像素估计的光与来自所述立体象对图像中所选择的一个的等效光进行比较，以确定误差；

-调节所述临时计算图像以减少所述误差；以及

-一旦每个像素的所述误差在设定的限度以下，则接受所述临时计算图像作为所述计算图像。

3、根据权利要求2所述的方法，其中所述选择的源立体象对图像的所述处理是通过人造神经网络进行的。

4、根据权利要求1所述的方法，其中通过响应于检测到的观众位置信号进行计算来确定所述至少一个观看区域。

5、根据权利要求1所述的方法，其中通过自动观众位置传感器来连续地监测所述至少一个观看区域，所述自动观众位置传感器生成在产生所述计算图像时使用的信号。

6、根据权利要求1所述的方法，其中根据多个观看区域来处理所述计算图像。

7、根据权利要求1所述的方法，还包括选择多个所述储存的立体象对图像用于显示给多个观看区域，并且其中所述两个计算图像是通过处理所述选择的立体象对图像产生的。

8、根据权利要求1所述的方法，其中所述复合液晶面板中的所述液晶单元层中的第一个单元层的输入取向表面被设置成在偏振上垂直于所述单元层中的第二个单元层的输入取向表面。

9、根据权利要求8所述的方法，其中所述单元层被透明玻璃分开。

10、根据权利要求1所述的方法，其中所述液晶单元层是有源矩阵型的。

11、根据权利要求1所述的方法，其中所述源立体象对图像的所述选择是根据所述确定的观看区域进行的，并且其中所述选择的观看区域的移动对所述立体象对图像的所述一个的所述选择有影响。

12、根据权利要求1所述的方法，其中自动地确定所述观看区域，以对应于所述可看得见的图像的目标观众的可变位置，并且其中所述选择的源立体象对图像随着所述观众位置改变而改变。

13、根据权利要求12所述的方法，其中所述源立体象对图像的所述改变包括选择对应于所述选择的源立体象对的不同透视图的不同源立体象对。

14、根据权利要求11所述的方法，其中所述源立体象对图像的所述改变包括选择对应于所述选择的源立体象对的不同景色的不同源立体象对。

15、根据权利要求1所述的方法，还包括确定至少两个观看区域和选择至少两对源立体象对图像，所述选择的源立体象对图像中的第一对对应于第一确定的观看区域，而所述选择的源立体象对图像中的第二对对应于第二确定的观看区域，从而所述计算的立体象对图像使所述显示器产生两个不同的可见立体图像，所述两个不同立体图像中的不同一个在所述至少两个观看区域中的每个中都是看得见的，其中所述看得见的图像对应于所述选择的源立体象对图像对。

16、一种动态三维图像显示器，包括：

-立体象对图像的源；

-包含至少两个透射型液晶单元层的复合液晶显示面板，所述层相对于显示观看区域前后隔开设置，并适于彼此独立地产生不同的图像；

-为所述单元层向所述显示观看区域提供背光照明的照明源；

-处理器；以及

-与所述显示器、所述照明源和所述处理器电连接的视频控制器；

-其中所述处理器操作逻辑，以适于确定所述观看区域内的至少一个观看区域，选择一对源立体象对图像，并产生从所述源立体象对图像和所述观看区域与所述层的所述关系获得的两个计算图像，获得所述计算图像，从而在所述层上成像时它们用作彼此的掩模，所述计算图像中的第一个适于所述层中的前面一层，而所述两个计算图像中的第二个适于所述层中的后面一层；并且

-其中所述视频控制器从所述处理器接收计算的图像数据，并使每个显示器产生所述计算图像中的适当的一个，从而每个显示的计算图像用作其他显示的计算图像的掩模，从而显示在所述至少一个观看区域中可看得见的三维图像，所述看得见的图像对应于所述选择一对的源立体象对图像。

17、根据权利要求16的显示器，其中用于获得每个所述计算图像的所述处理器逻辑包括以下的迭代处理：

-通过为每个所述层计算临时计算图像来估计被引导向观众每一只眼睛的光，然后确定被引导通过所述前面层的每个离散像素的光；

-将为每个像素估计的光与来自所述立体象对图像中的所选图像的等效光进行比较，以确定误差；

-调节所述临时计算图像，以减少所述误差；以及

-一旦每个像素的所述误差在设定的限度以下，则接受所述临时计算图像作为所述计算图像。

18、根据权利要求17所述的显示器，其中处理器逻辑用于获得每个所述计算图像的所述手段是由所述处理器通过仿真人造神经网络进行的。

19、根据权利要求16所述的显示器，还包括观众位置传感器，其为所述处理器提供信号，从而基于所检测到的观众的位置来确定所述至少一个观看区域。

20、根据权利要求19所述的显示器，其中所述源立体象对图像的选择取决于所述确定的观看区域的位置，并且其中所述选择的观看区域的移动对所述立体象对图像的所述一个的所述选择有影响。

21、根据权利要求16所述的显示器，其中所述观看区域是在可由所述处理器访问的存储器中预设的固定观看区域。

22、根据权利要求16所述的显示器，其中所述处理器逻辑获得所述计算图像，从而可将它们显示给多个观看区域，以便生成在所述多个观看区域中的每个区域中都可以看得见的三维图像。

23、根据权利要求16所述的显示器，其中用于选择的所述处理器逻辑适于选择多个所述立体象对图像，并且其中用于处理的所述手段还适于处理所述多个选择的立体象对图像以计算所述计算图像，使得它们可以被显示给多个观看区域，以便产生在所述观看区域中可以看得见的三维图像的多个方位。

24、根据权利要求16所述的显示器，其中所述液晶单元层各包含对应于偏振方向的输入取向表面，并且其中所述复合液晶面板构成为，使得所述单元层中的第一层的输入取向表面被设置成在偏振上垂直于所述单元层中的第二层的输入取向表面。

25、根据权利要求24所述的显示器，其中所述单元层由硬的和光学透明的材料隔开。

26、根据权利要求16所述的显示器，其中所述液晶单元层是适合于有源矩阵液晶显示器的类型。

27、根据权利要求16所述的显示器，其中自动地确定所述观看区域，以对应对所述看得见的图像的目标观众的可变位置，并且其中随着所述观众位置改变，通过所述处理器改变所述选择的源立体象对图像。

28、根据权利要求27所述的显示器，其中所述处理器通过选择对应于所述选择的源立体象对图像的不同景色的不同源立体象对图像来改变所述源立体象对图像。

29、根据权利要求27所述的显示器，其中所述源立体象对图像的所述改变包括选择对应于所述选择的源立体象对的不同景色的不同源立体象对。

30、根据权利要求16所述的显示器，其中所述处理器逻辑还适于在所述观看范围内确定至少两个观看区域，并且选择至少两对源立体象对图像，所述选择的源立体象对图像中的第一对对应于第一确定的观看区域，而所述选择的源立体象对图像中的第二对对应于第二确定的观看区域，从而所述计算的立体象对图像使所述显示器产生两个不同的看得见的立体图像，所述两个不同立体图像中的不同一个在所述至少两个观看区域中的每个区域内都是可以看得见的，其中所述看得见的图像对应于源立体象对图像的所述被选对。

31、根据权利要求16所述的显示器，还包括与所述处理器通信的存储器；所述存储器包含多对源立体象对图像的数据库。

32、根据权利要求16所述的显示器，还包括用于接收输入的源立体象对图像的机构，所述源立体象对图像选自一对或多对成对的视频流、一对或多对物体的图像、以及一对或多对3-D景色的视图构成的组。

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