一种基于多指向型背光源的三维显示系统

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于多指向型背光源的三维显示系统。

背景技术

三维显示技术可以使人产生视觉错觉，将二维平面效果感知为三维立体，从而实现视觉效果升华。

而基于定向背光源器件的裸眼三维显示系统可时序地提供高分辨率的图像到每一视区，提高了观看者的视觉体验，但很难实现多视区定向背光显示。并且在现有的三维显示系统中，进而提出了使用全息光学元件作为视角分离器件，制作了双目方向的全息光学元件，由于使用者所处的会发生位置变化，系统并不能及时作出调整，进而使得使用者无法获得优质的观看效果，体验感明显较差。

因此有必要提供新的一种基于多指向型背光源的三维显示系统。

发明内容

基于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种基于多指向型背光源的三维显示系统，通过获取到使用者的视线信息，通过控制模块控制多指向型背光源模块和液晶模块分别产生对应的衍射光束和视差图像，从而获得优质的三维立体图像，提高了使用者的观看便捷度和体验感。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于多指向型背光源的三维显示系统，包括：人脸识别模块、人眼追踪模块、多指向型背光源模块、透镜模块、液晶模块和控制模块；

所述人脸识别模块的输出端与所述人眼追踪模块的输入端连接，所述多指向型背光源模块的输入端与所述人眼追踪模块的输出端连接，所述透镜模块安装在多指向型背光源模块和液晶模块之间，所述多指向型背光源模块发射的光束经过所述透镜模块，在所述液晶模块的另一侧成像，所述控制模块的输入端与所述人眼追踪模块的输出端连接，所述控制模块的第一输出端与多指向型背光源模块的输入端连接，所述控制模块的第二输出端与所述液晶模块的输入端连接，所述控制模块用于控制多指向型背光源模块产生对应方向的衍射光束和控制液晶显示模块显示对应的视差图像。

进一步的，所述人脸识别模块用于对使用者观看目标屏幕时的当前面部图像进行人脸检测，并得到人脸图像信息，所述人脸图像信息为由标识人脸的轮廓形状所在位置的多个特征点和标识人脸特征部位所在位置的多个特征点组成的人脸形状的集合，各特征点采用二维坐标表示。

进一步的，所述人眼追踪模块用于根据人脸图像信息获取使用者的左眼视线信息和右眼视线信息，所述眼视线信息为左眼视线方向或者左眼视线特征参数，所述右眼视线信息为右眼视线方向或者右眼视线特征参数。

进一步的，所述多指向型背光源模块包括有多个LED组成的LED阵列，其中，LED阵列的排布方式为1*25，间隔为2mm，所述多指向型背光源模块130用于产生不同方向的衍射光束。

进一步的，所述多指向性型背光源模块还包括柱透镜、棱镜和全息光学元件，所述全息光学元件采用光致聚合薄膜材质。

进一步的，所述LED阵列中根据左眼视线信息和右眼视线信息通过控制模块将LED阵列中与当前左眼视线信息对应的其中部分LED表示为第一LED发光阵列，将LED阵列中与当前右眼视线信息对应的其中另一部分LED表示为第二LED发光阵列。

进一步的，所述左眼视线信息中左眼视线方向和对应的其中部分LED产生的衍射光束的方向相同或相近时，此时这部分的LED作为第一LED发光阵列；右眼视线信息中右眼视线方向和对应的其中另一部分LED产生的衍射光束的方向相同或相近时，此时这部分的LED作为第二LED发光阵列。

进一步的，当所述人眼追踪模块得到的左眼视线信息和右眼视线信息发生改变时，此时，第一LED发光阵列和第二LED发光阵列也发生变化。

进一步的，所述透镜模块采用菲涅尔透镜，所述透镜模块用于汇聚指向型背光源模块产生的衍射光束；所述液晶模块采用液晶屏，所述液晶模块用于显示不同的视差图像。

进一步的，所述基于多指向型背光源的三维显示系统还包括扩散模块，所述扩散模块贴合在所述液晶模块远离所述透镜模块的一侧面，所述扩散模块用于光束整形，将光束修正成均匀面光源以达到光学扩散的效果。

本发明的有益效果是：本发明的基于多指向型背光源的三维显示系统，包括：人脸识别模块、人眼追踪模块、多指向型背光源模块、透镜模块、液晶模块和控制模块；所述人脸识别模块的输出端与所述人眼追踪模块的输入端连接，所述多指向型背光源模块的输入端与所述人眼追踪模块的输出端连接，所述透镜模块安装在多指向型背光源模块和液晶模块之间，所述多指向型背光源模块发射的光束经过所述透镜模块，在所述液晶模块的另一侧成像，所述控制模块的输入端与所述人眼追踪模块的输出端连接，所述控制模块的第一输出端与多指向型背光源模块的输入端连接，所述控制模块的第二输出端与所述液晶模块的输入端连接，所述控制模块用于控制多指向型背光源模块产生对应方向的衍射光束和控制液晶显示模块显示对应的视差图像。本发明通过获取到使用者的视线信息，通过控制模块控制多指向型背光源模块和液晶模块分别产生对应的衍射光束和视差图像，从而获得优质的三维立体图像，提高了使用者的观看便捷度和体验感。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图中：

图1为本发明实施例一提供的基于多指向型背光源的三维显示系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的基于多指向型背光源的三维显示系统的显示部分的结构示意图。

具体实施方式

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。

本发明的实施方式提供了一种基于多指向型背光源的三维显示系统，包括：人脸识别模块110、人眼追踪模块120、多指向型背光源模块130、透镜模块140、液晶模块150和控制模块160；所述人脸识别模块110的输出端与所述人眼追踪模块120的输入端连接，所述多指向型背光源模块130的输入端与所述人眼追踪模块120的输出端连接，所述透镜模块140安装在多指向型背光源模块130和液晶模块150之间，所述多指向型背光源模块130发射的光束经过所述透镜模块140，在所述液晶模块150的另一侧成像，所述控制模块160的输入端与所述人眼追踪模块120的输出端连接，所述控制模块160的第一输出端与多指向型背光源模块130的输入端连接，所述控制模块160的第二输出端与所述液晶模块的输入端连接。本发明通过获取到使用者的视线信息，通过控制模块160控制多指向型背光源模块130和液晶模块150分别产生对应的衍射光束和视差图像，从而获得优质的三维立体图像，提高了使用者的观看便捷度和体验感。

下面对本实施方式的基于多指向型背光源的三维显示系统的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

参考图1为基于多指向型背光源的三维显示系统的结构示意图。

作为示例，所述基于多指向型背光源的三维显示系统包括：人脸识别模块110、人眼追踪模块120、多指向型背光源模块130、透镜模块140、液晶模块150和控制模块160；所述人脸识别模块110的输出端与所述人眼追踪模块120的输入端连接，所述多指向型背光源模块130的输入端与所述人眼追踪模块120的输出端连接，所述透镜模块140安装在多指向型背光源模块130和液晶模块150之间，所述多指向型背光源模块130发射的光束经过所述透镜模块140，在所述液晶模块150的另一侧成像，所述控制模块160的输入端与所述人眼追踪模块120的输出端连接，所述控制模块160的第一输出端与多指向型背光源模块130的输入端连接，所述控制模块160的第二输出端与所述液晶模块的输入端连接。

在其中一些实施例中，所述人脸识别模块110用于对使用者观看目标屏幕时的当前面部图像进行人脸检测，并得到人脸图像信息。

具体而言，人脸识别模块110包括图像采集单元，图像采集单元采集使用者观看目标屏幕时的人脸图像信息。其中，上述图像采集单元可以是直接安装在目标屏幕显示设备上的一体成型结构，或者是独立于所述标屏幕显示设备，将图像采集单元采集到的人脸图像信息通过有线或者无线的方式传输给人眼追踪模块120。

在一些示例中，对于有线传输人脸图像信息的方式可以采用具有USB接口的普通摄像设备，摄像设备通过USB接口有线连接，摄像头采集到的人脸图像信息可通过USB接口传输给人眼追踪模块120。

在其中一些实施例中，人脸识别模块110可实时的采集使用者观看目标屏幕时的人脸图像信息，可将采集的各帧面部图像传输给人眼追踪模块120，人眼追踪模块120可对接收到的人脸图像进行检测识别得到人脸图像信息，为了减轻计算压力，并非针对每一帧人脸图像均进行检测，可设置检测周期，每隔一定时间间隔周期性对接收到的人脸图像进行检测；或者，当检测到人脸图像中人脸位置发生较大变动时，重新采集人脸图像信息传输给人眼追踪模块120，进而得到人脸图像信息。

具体而言，对人脸图像进行检测包括是基于人的脸部特征信息对人脸进行识别，在面部图像中准确的标定出人脸的位置和大小，并且可标定出脸部特征部位(例如眼镜、鼻子和/或嘴巴等)的位置和大小等得到当前人脸图像信息。

人脸图像信息为由标识人脸的轮廓形状所在位置的多个特征点和标识人脸特征部位所在位置的多个特征点组成的人脸形状的集合，各特征点采用二维坐标表示。

在其中一些实施例中，人眼追踪模块120用于根据人脸图像信息获取使用者的左眼视线信息和右眼视线信息。

具体而言，根据人脸识别模块110中得到的人脸图像信息获取左眼中心位置和右眼中心位置，其中，左眼中心位置和右眼中心位置分别指对应的瞳孔中心位置，瞳孔是位于人眼眼球的虹膜中心的小圆孔，瞳孔作为光线进入眼睛的通道，瞳孔随着眼球位置的变化而变化，确定瞳孔中心位置即可准确的确定眼球中心的当前位置，瞳孔中心当前位置可通过人脸图像信息获取得到，当用户人眼眼球位置变化时，瞳孔中心位置也随着变化，也就是说人眼追踪模块120是追踪人脸图像信息中瞳孔位置信息的变化，即左眼中心位置为左眼瞳孔中心位置，右眼中心位置为右眼瞳孔中心位置。根据左眼中心位置和右眼中心位置计算得出左眼视线信息和右眼视线信息。其中，左眼视线信息为左眼视线方向或者左眼视线特征参数，右眼视线信息为右眼视线方向或者右眼视线特征参数。

在其中一些实施例中，所述多指向型背光源模块130用于产生不同方向的衍射光束。

具体而言，所述多指向型背光源模块130包括有多个LED组成的LED阵列，其中，LED阵列的排布方式为1*25，间隔为2mm。每个LED分别产生不同方向上的衍射光束。

如图2所示，所述多指向性型背光源模块130还包括柱透镜、棱镜和全息光学元件，所述全息光学元件采用光致聚合薄膜材质。

其中，LED阵列中根据左眼视线信息和右眼视线信息通过控制模块160将LED阵列中与当前左眼视线信息对应的其中部分LED表示为第一LED发光阵列，将LED阵列中与当前右眼视线信息对应的其中另一部分LED表示为第二LED发光阵列。需要说明的是，第一LED发光阵列和第二LED发光阵列并不是一成不变的，而是根据左眼视线信息和右眼视线信息对多个LED进行选择相对应的LED，即左眼视线信息中左眼视线方向和对应的其中部分LED产生的衍射光束的方向相同或相近时，此时这部分的LED作为第一LED发光阵列，右眼视线信息中右眼视线方向和对应的其中另一部分LED产生的衍射光束的方向相同或相近时，此时这部分的LED作为第二LED发光阵列。

具体而言，当人眼追踪模块120得到的左眼视线信息和右眼视线信息发生改变时，此时，第一LED发光阵列和第二LED发光阵列也发生变化。

在其中一些实施例中，所述透镜模块140用于汇聚指向型背光源模块130产生的衍射光束。

其中，透镜模块140采用菲涅尔透镜，其中，透镜模块140可以采用一块菲涅尔透镜单元组成，透镜模块140也可以采用至少两块菲涅尔透镜单元拼接而成，形成菲涅尔透镜阵列。采用多块菲涅尔透镜单元拼接形成菲涅尔透镜阵列，降低了制作透镜模块140的工艺难度和生产成本。

在其中一些实施例中，所述液晶模块150用于显示不同的视差图像。

其中，液晶模块150采用液晶屏，其中，液晶模块150可以采用一块液晶屏组成，液晶模块150也可以采用至少两块液晶屏拼接而成，液晶模块150通过多块液晶屏拼接极大地拓展了可观看的视区范围，保证了显示的分辨率与连续性。

液晶模块150的工作方式为不断刷新左右眼视区图像使人的左右眼交替地接收到不同的左右眼图像，通过产生视差使得人脑接收到三维立体图像。

在其中一些实施例中，所述基于多指向型背光源的三维显示系统还包括扩散模块170，所述扩散模块贴合在液晶模块150远离透镜模块140的一侧面，扩散模块170用于光束整形，将光束修正成均匀面光源以达到光学扩散的效果。

在其中一些实施例中，所述控制模块160用于控制多指向型背光源模块130产生对应方向的衍射光束和控制液晶显示模块显示对应的视差图像。

所述控制模块160的输入端与所述人眼追踪模块120的输出端连接，所述控制模块160的第一输出端与多指向型背光源模块130的输入端连接，所述控制模块160的第二输出端与所述液晶模块150的输入端连接。

具体而言，所述控制模块160的输入端与所述人眼追踪模块120的输出端连接，所述控制模块160的第一输出端与多指向型背光源模块130的输入端连接。控制模块160将LED阵列中与当前左眼视线信息对应的其中部分LED表示为第一LED发光阵列，将LED阵列中与当前右眼视线信息对应的其中另一部分LED表示为第二LED发光阵列。通过控制第一LED发光阵列和第一LED发光阵列进行工作进而实现控制多指向型背光源模块130产生对应方向的衍射光束。

具体而言，所述控制模块160的第二输出端与所述液晶模块150的输入端连接。控制模块160控制液晶模块150产生左右眼视差图像。

在其中一些实施例中，所述基于多指向型背光源的三维显示系统具体工作方式为，首先通过人脸识别模块110对使用者观看目标屏幕时的当前面部图像进行人脸检测，并得到人脸图像信息；然后人眼追踪模块120通过得到的人脸图像信息获取左眼中心位置和右眼中心位置，根据左眼中心位置和右眼中心位置计算得出左眼视线信息和右眼视线信息；控制模块160根据左眼视线信息和右眼视线信息对多个LED进行选择相对应的LED，即左眼视线信息中左眼视线方向和对应的其中部分LED产生的衍射光束的方向相同或相近时，此时这部分的LED作为第一LED发光阵列，右眼视线信息中右眼视线方向和对应的其中另一部分LED产生的衍射光束的方向相同或相近时，此时这部分的LED作为第二LED发光阵列；控制模块160控制左眼视线信息对应的第一LED发光阵列启动，此时第二LED发光阵列关闭，第一LED发光阵列光束经过透镜模块140，同时控制模块160控制液晶模块150显示出左眼对应的视差图像，最后经过扩散模块将光束修正成均匀面光源以达到光学扩散的效果，进而完成左眼图像显示。随后，控制模块160控制右眼视线信息对应的第二LED发光阵列启动，此时第一LED发光阵列关闭，第二LED发光阵列光束经过透镜模块140，同时控制模块160控制液晶模块150显示出右眼对应的视差图像，最后经过扩散模块将光束修正成均匀面光源以达到光学扩散的效果，进而完成右眼图像显示。通过控制模块160控制液晶模块150显示左眼视差图像同时控制第一LED发光阵列投射与左眼视线信息对应的光束；通过控制模块160控制液晶模块150显示右眼视差图像同时控制第二LED发光阵列投射与右眼视线信息对应的光束。二者快速交替显示，根据人眼的视觉暂留效应，使用者能得到优质的三维立体图像，提高了使用者的观看便捷度和体验感。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。