(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202111406896.X
(22)申请日 2021.11.24
(71)申请人 中山大学
地址 510275 广东省广州市海珠区新港西
路135号
(72)发明人 何涌　周建英　陈学浩　李晓克　
程檬依　丁娟　黎展鸿　范运嘉　
(74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限
公司 44102
代理人 禹小明
(51)Int.Cl.
G02B  30/29(2020.01)
G02B  30/52(2020.01)
(54)发明名称
一种基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系
统及方法
(57)摘要
本发明涉及3D显示技术领域，公开了一种基
于人眼追踪的全视差裸眼3D显示方法，其特征在
于，包括如下步骤：S1、由后至前依次设置显示模
块、透镜阵列和背光模块，其中，背光模块包括多
个背光单元，背光单元包括多个灯珠，各灯珠与
透镜阵列之间的间距不等；S2、确定人眼瞳孔的
空间位置；S3、根据人眼瞳孔的空间位置控制显
示模块显示左眼及右眼分别对应的画面，同时控
制背光模块同步点亮相应的灯组；其中，在点亮
灯组时，根据落入左眼和右眼的光斑不重叠的规
则点亮相应的灯珠。使各灯珠与透镜的物距不
同，从而使各灯珠透过透镜的像距不同，可调整
视区纵深位置，保证最佳观看体验，扩大显示模3d立体电影
块的纵深范围。权利要求书1页  说明书6页  附图4页CN 114326142 A 2022.04.12
C N  114326142
A
1.一种基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、由后至前依次设置显示模块(1)、透镜阵列和背光模块，其中，背光模块包括多个背
光单元(3)，
背光单元(3)包括多个灯珠(302)，各灯珠(302)与透镜阵列之间的间距不等；S2、确定人眼瞳孔的空间位置；
S3、根据人眼瞳孔的空间位置控制显示模块(1)显示左眼及右眼分别对应的画面，同时控制背光模块同步点亮相应的灯组；其中，在点亮灯组时，根据落入左眼和右眼的光斑不重叠的规则点亮相应的灯珠(302)。
2.根据权利要求1所述的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示方法，其特征在于，在步骤S3中，以光线轨迹落点位于或最接近视点位置的灯珠(302)为中心灯珠，根据光斑的大小，以中心灯珠为圆心，点亮中心灯珠周围对应的灯珠(302)。
3.根据权利要求2所述的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示方法，其特征在于，若最佳观看距离为dj，且对应的点亮的灯珠(302)数量为Nj；当瞳孔与显示模块(1)之间的距离为di时，点亮的灯珠(302)数量Ni根据公式N1/Ni＝di/d1确定。
4.根据权利要求2所述的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示方法，其特征在于，设瞳距为D，背光单元(3)中的灯珠(302)密度为m，灯珠(302)与透镜阵列之间的距离为d1，瞳孔与透镜阵列的距离为d2，点亮的灯珠(302)数量根据公式((N+1)*m)/D＝d1/d2确定。
5.根据权利要求1所述的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示方法，其特征在于，在视区空间内分布多张间距均匀的视差图像，相邻两张视差图像的间距为人眼瞳距，该人眼瞳距由识别人眼瞳孔的摄像头的精度确定；在步骤S3中，以人眼瞳孔的空间位置为视点，显示该视点对应的视差图像。
6.一种基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系统，其特征在于，包括显示模块(1)、透镜阵列和背光模块，所述显示模块(1)、所述透镜阵列和所述背光模块由后至前依次间隔设置，所述透镜阵列包括多个透镜(2)，所述背光模块包括多个背光单元(3)，所述背光单元
(3)包括多个灯珠(302)，且一个所述背光单元(3)中的各灯珠(302)与所述透镜阵列的间距不等。
7.根据权利要求1所述的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系统，其特征在于，所述透镜(2)为菲涅尔透镜(2)，所述透镜(2)的形状为六边形状，且多个所述透镜(2)呈蜂窝状排列，各所述透镜(2)的中心位于以最佳观看位置为球心的球面上。
8.根据权利要求1所述的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系统，其特征在于，所述背光单元(3)包括安装壳体(301)，所述安装壳体(301)为六棱台型，所述安装壳体(301)的底面为敞口且开口朝向所述透镜阵列，所述灯珠(302)设于所述安装壳体(301)的内壁上，多个所述背光单元(3)的安装壳体(301)的底面呈蜂窝状排列，且各所述安装壳体(301)的底面的中心位于以最佳观看位置为球心、半径为的球面上，其中，v为最佳观看位置与显示模块(1)的距离，f为所述透镜(2)的焦距。
9.根据权利要求8所述的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系统，其特征在于，多个所述灯珠(302)在所述安装壳体(301)上呈交错排列分布。
10.根据权利要求1所述的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系统，其特征在于，所述显示模块(1)与所述透镜阵列之间设有定向扩散膜(4)。
权　利　要　求　书1/1页CN 114326142 A
一种基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及3D显示技术领域，特别是涉及一种基于人眼追踪的全视差裸眼3D 显示系统及方法。
背景技术
[0002]裸眼3D(英文：Autostereoscopy)是对不借助偏振光眼镜等外部工具，实现立体视觉效果的技术的统称。裸眼3D显示技术广泛应用于教育、商业、医疗等领域。目前，裸眼3D技术市面主要以光栅、柱透镜技术为主，然其提供给人类较好的3D视觉体验同时，仍存在部分缺陷，诸如分辨率损失、串扰较高以及出屏较小等，其主要原因在于此技术光源亦是像源。现随着4K、8K液晶面板的普及，其分辨率损失问题可以满足人类所需，然其光栅或柱镜与LCD面板像素级别的校准仍难以大批量生产与普及，其串扰较高问题尚未解决。指向背光裸眼3D技术已经完美地解决分辨率损失问题，其以像源与光源独立的技术，以不损失分辨率的形式，实现3D图像的呈现。其不仅兼容市面多种3D电影、3D游戏，也避免传统3D技术逆视现象的产生。其主要由指向性背光源，透镜阵列以及图像显示层以及线性扩散片等光学器件组成。其中，图像显示器件以120HZ或240HZ刷新率的液晶面板为主。当刷新左眼图像同时，左眼相应LED开启；刷新右眼图像同时，右眼相应LED开启，由于其单眼刷新率大于60HZ，因此不会屏闪现象发生。另外，其无需像素级别的透镜与LCD匹配，易加工。但其仍存在部分缺陷，诸如受限于透镜焦距仅
有一个最佳观看距离体验高显示质量的3D图像即纵向观看距离受限。
[0003]现有技术公开了一种裸眼3D背光模组、显示装置和显示方法，包括：LED时序板，其包括一组或多组LED背光源，每组LED背光源包括n个LED单元，所述n个LED 单元以至少240Hz时序发光，n≥4且n为偶数；多个凸透镜，每个凸透镜对应一个 LED单元，用于将所述LED单元发出的光会聚为方向一致的平行光；至少一个多边棱镜，每个多边棱镜对应一组LED背光源，折射边数为n，用于将经过所述凸透镜后方向一致的平行光折射为n个方向的平行光；TFT‑LCD，刷新频率与所述LED背光源的时序频率一致，用于控制平行光的透过率；多视角视差屏障，用于将经过 TFT‑LCD的n个方向的平行光在空间中形成n视点区域显示。但是，该专利的LED背光源位于同一平面上，与透镜的距离均相等，导致仅有一个最佳观看距离体验高显示质量的3D图像即纵向观看距离受限。
发明内容
[0004]本发明的目的是提供一种大纵深的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系统及方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示方法，包括如下步骤：
[0006]S1、由后至前依次设置显示模块、透镜阵列和背光模块，其中，背光模块包括多个背光单元，背光单元包括多个灯珠，各灯珠与透镜阵列之间的间距不等；
[0007]S2、确定人眼瞳孔的空间位置；
[0008]S3、根据人眼瞳孔的空间位置控制显示模块显示左眼及右眼分别对应的画面，同时控制背光模块同步点亮相应的灯组；其中，在点亮灯组时，根据落入左眼和右眼的光斑不重叠的规则点亮相应的灯珠。
[0009]作为优选方案，在步骤S3中，以光线轨迹落点位于或最接近视点位置的灯珠为中心灯珠，根据光斑的大小，以中心灯珠为圆心，点亮中心灯珠周围对应的灯珠。
[0010]作为优选方案，若最佳观看距离为dj，且对应的点亮的灯珠数量为Nj；当瞳孔与显示模块之间的距离为di时，点亮的灯珠数量Ni根据公式N1/Ni＝di/d1确定。
[0011]作为优选方案，设瞳距为D，背光单元中的灯珠密度为m，灯珠与透镜阵列之间的距离为d1，瞳孔与透镜阵列的距离为d2，点亮的灯珠数量根据公式 ((N+1)*m)/D＝d1/d2确定。
[0012]作为优选方案，在视区空间内分布多张间距均匀的视差图像，相邻两张视差图像的间距为人眼瞳距，该人眼瞳距由识别人眼瞳孔的摄像头的精度确定；在步骤S3中，以人眼瞳孔的空间位置为视点，显示该视点对应的视差图像。
[0013]本发明还提供一种基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系统，包括显示模块、透镜阵列和背光模块，
所述显示模块、所述透镜阵列和所述背光模块由后至前依次间隔设置，所述透镜阵列包括多个透镜，所述背光模块包括多个背光单元，所述背光单元包括多个灯珠，且一个所述背光单元中的各灯珠与所述透镜阵列的间距不等。
[0014]作为优选方案，所述透镜为菲涅尔透镜，所述透镜的形状为六边形状，且多个所述透镜呈蜂窝状排列，各所述透镜的中心位于以最佳观看位置为球心的球面上。
[0015]作为优选方案，所述背光单元包括安装壳体，所述安装壳体为六棱台型，所述安装壳体的底面为敞口且开口朝向所述透镜阵列，所述灯珠设于所述安装壳体的内壁上，多个所述背光单元的安装壳体的底面呈蜂窝状排列，且各所述安装壳体的底面的中心位于以最
佳观看位置为球心、半径为的球面上，其中，v为最佳观看位置与显示模块的距离，f为所
述透镜的焦距。
[0016]作为优选方案，多个所述灯珠在所述安装壳体上呈交错排列分布。
[0017]作为优选方案，所述显示模块与所述透镜阵列之间设有定向扩散膜。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0019]本发明的背光单元的灯珠与透镜阵列的间距不等，使各灯珠与透镜的物距不同，从而使各灯珠透过透镜的像距不同，因此，点亮不同的灯珠，成像的距离不同，根据人眼距离显示模块的距离点亮对应的灯珠，该灯珠与透镜的距离是由人眼距离显示模块的距离确定的，可调整视区纵深位置，保证最佳观看体验，扩大显示模块的纵深范围。
附图说明
[0020]图1是本发明实施例的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示方法的流程图。[0021]图2是本发明实施例的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示系统的结构示意图。[0022]图3是本发明实施例的基于人眼追踪的全视差裸眼3D显示的原理图。
[0023]图4是本发明实施例的背光模块的结构示意图。
[0024]图5是本发明实施例的背光单元的结构示意。
[0025]图6是本发明实施例的灯珠的分布示意图。
[0026]图7是本发明实施例的视区图像的分布示意图。
[0027]图中，1‑显示模块；2‑透镜；3‑背光单元；301‑安装壳体；302‑灯珠；4‑定向扩散膜。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0029]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0030]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0031]此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。[0032]实施例一
[0033]如图1至图7所示，本发明优选实施例的一种基于人眼追踪的全视差裸眼3D 显示方法，包括如下步骤：
[0034]S1、由后至前依次设置显示模块1、透镜阵列和背光模块，其中，背光模块包括多个背光单元3，背光单元3包括多个灯珠302，各灯珠302与透镜阵列之间的间距不等；[0035]S2、确定人眼瞳孔的空间位置；
[0036]S3、根据人眼瞳孔的空间位置控制显示模块1显示左眼及右眼分别对应的画面，同时控制背光模块同步点亮相应的灯组；其中，在点亮灯组时，根据落入左眼和右眼的光斑不重叠的规则点亮相应的灯珠302。
[0037]本实施例的背光单元的灯珠302与透镜阵列的间距不等，使各灯珠302与透镜2的物距不同，从而使各灯珠302透过透镜2的像距不同，因此，点亮不同的灯珠302，成像的距离不同，根据人眼距离显示模块1的距离点亮对应的灯珠302，该灯珠302与透镜2的距离是由人眼距离显示模块的距离确定的，可调整视区纵深位置，保证最佳观看体验，扩大显示模块1的纵深范围。
[0038]显示模块1包括影像输出单元和影像显示单元。影像输出单元用于将影像数据转换为对应格式的3D影像。影像输出单元的输出端与影像显示单元和背光模块连接，以使影像显示单元显示视差图像的同时控制背光模块点亮相应的灯珠302。影像输出单元以时分式输出至影像显示单元中，并提取同步信号发送至背光模块。
[0039]影像显示单元显示的画面、以及背光模块点亮的灯珠形成的亮灯组与观看者的左眼和右眼相对应，
即观看者的左眼和右眼分别对应一组画面和亮灯组，以使观看者的左眼