阅读说明：本技术 具备手势感测功能的三维显示器 (Three-dimensional display with gesture sensing function ) 是由 孙嘉余 郭峻廷 黄昭世 于 2018-06-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种三维显示器,其包括屏幕、景深侦测单元,以及一处理电路。景深侦测单元包括多组红外线传感器。处理电路用来接收多组红外线传感器的光学信号以提供多组红外线传感器的扫描区域所得的数据、根据多组红外线传感器的扫描区域所得的数据判断是否侦测到手势、计算手势的一个或多个形心的位置、根据一个或多个形心的移动信息来辨识出手势和屏幕之间的距离变化,且根据距离变化指示屏幕以对应距离变化的方式调整其所显示三维对象和屏幕之间的视觉距离、三维对象的大小,以及三维对象的景深。本发明可提供一种低成本、低耗能且体积小的具备手势感测和景深调整功能的三维显示器。(the invention discloses a three-dimensional display, which comprises a screen, a depth of field detection unit and a processing circuit. The depth-of-field detection unit comprises a plurality of groups of infrared sensors. The processing circuit is used for receiving optical signals of the multiple groups of infrared sensors to provide data obtained by scanning areas of the multiple groups of infrared sensors, judging whether a gesture is detected according to the data obtained by the scanning areas of the multiple groups of infrared sensors, calculating the position of one or more centroids of the gesture, identifying distance change between the gesture and a screen according to the movement information of the one or more centroids, and indicating the screen to adjust the visual distance between a displayed three-dimensional object and the screen, the size of the three-dimensional object and the depth of field of the three-dimensional object in a corresponding distance change mode according to the distance change. The invention can provide the three-dimensional display with the functions of gesture sensing and depth of field adjustment, which has low cost, low energy consumption and small volume.)

具备手势感测功能的三维显示器

技术领域

本发明涉及一种具备手势感测和景深调整功能的三维显示器，尤其涉及一种低成本、低耗能且体积小的具备手势感测和景深调整功能的三维显示器。

背景技术

目前远距感测技术使用非接触式的量测显像，常见的有微波(microwave)、声波(acoustic wave)、红外线(Infrared)、雷射(laser)、立体视觉法(stereoscopic)等，这些大都属于三角测距(triangulation)的应用。三维(3D)显示器搭配手势感测的互动概念虽然早已提出，但一直无法轻易实作，主要原因之一在于手势感测的摄影机感测组件体积庞大，耗电量大，且往往价格昂贵，不适合安装在一般的笔记本电脑、桌面计算机，或可携式电子装置上。再者，三维显示器的效果(像是景深)无法随着手势互动改变，使得显示效果在手势互动时显得不自然。

因此，需要一种低成本、低耗能、体积小的具备手势感测和景深调整功能的三维显示器。

发明内容

鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种低成本、低耗能、体积小的具备手势感测和景深调整功能的三维显示器。

为达到上述目的，本发明公一种能具备手势感测功能的三维显示器，其包括一屏幕、一景深侦测单元，以及一处理电路。所述屏幕用来显示一三维对象。所述景深侦测单元包括多组红外线传感器。所述处理电路用来接收所述多组红外线传感器的光学信号，进而提供所述多组红外线传感器的扫描区域所得的数据；根据所述多组红外线传感器的扫描区域所得的数据判断是否侦测到一手势；计算所述手势的一个或多个形心的位置；根据所述一个或多个形心的移动信息来辨识出所述手势和所述屏幕之间的一距离变化；且根据所述距离变化指示所述屏幕以对应所述距离变化的方式调整所述三维对象和所述屏幕之间的视觉距离、所述三维对象的大小，以及所述三维对象的景深的至少其中之一。

附图说明

图1为本发明实施例中一种具备手势感测功能的三维显示器的功能方块图。

图2为本发明实施例中三维显示器的示意图。

图3显示了本发明实施例中景深侦测单元运作时的示意图。

图4A～4C为本发明实施例中景深侦测单元运作时的示意图。

图5A～5C为本发明实施例中景深侦测单元运作时的示意图。

图6A和图6B为本发明实施例中针对拉近手势或推远手势来调整显示影像时的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10 景深侦测单元

20 屏幕

30 处理电路

40 盖体

50 底部壳体

80 手掌

100 三维显示器

A～D 扫描区域

S1、S2 箭头

P1～P4、Q1～Q4 形心坐标

SR₁～SR_M 红外线传感器

d1～d4 视觉距离

Depth 1～Depth 4 景深

L1～L4 左眼影像

R1～R4 右眼影像

具体实施方式

图1为本发明实施例中一种具备手势感测功能的三维显示器100的功能方块图。三维显示器100包括一景深侦测单元10、一屏幕20，以及一处理电路30。景深侦测单元10包括多组红外线传感器(infrared sensor,IR sensor)SR₁～SR_M，其中M为大于1的整数。处理电路30可根据景深侦测单元10的扫描区域所得的数据来调整屏幕20所显示对象的景深。

在本实施例中，三维显示器100的屏幕20包括液晶面板，其显示影像区分为左眼影像像素和右眼影像像素，利用液晶面板前方的平行屏蔽或柱状透镜同时把左眼影像像素和右眼影像像素分别投射至左右眼以形成两眼视差的效果，进而让观众看到立体影像。左眼影像和右眼影像之间的差异称为景深(depth)，本实施例的三维显示器100可透过设置于液晶面板两侧的上下透明电极来改变液晶分子的旋转角度以调整景深。当两眼的影像差异越大，观看者看到三维影像的立体感就越明显；当两眼的影像差异越小，观看者看到三维影像的立体感就越不明显。在其他实施例中，屏幕20也可以采用其他合适的三维显示技术实现。

在本实施例中，处理电路30可以采用处理器或特殊应用集成电路(application-specific integrated circuit,ASIC)等电路组件来实施。然而，处理电路30的实施方式并不限定本发明的范畴。

在本实施例中，三维显示器100可为笔记本电脑、桌面计算机或电视等具备显示功能的装置。景深侦测单元10设置于屏幕20的有效显示范围的下方，使得红外线传感器SR₁～SR_M的扫描区域能够侦测手势和屏幕20之间的距离变化。在一实施例中，屏幕20的有效显示范围可由屏幕20的可视角度来决定，亦即在可视角度内用户能从不一样的方位清晰地(符合预定画质、对比细节、亮度和色彩变化)看见屏幕20上所有显示内容。然而，屏幕20的有效显示范围大小并不限定本发明的范畴。

图2为本发明实施例中三维显示器100的示意图。在此实施例中，三维显示器100为笔记本电脑，其中屏幕20设置于一盖体40上，景深侦测单元10设置于一底部壳体50上，而处理电路30(未显示)设置于底部壳体50内。盖体40枢接于底部壳体50，使得使用者可调整盖体40和底部壳体50之间的角度。然而，三维显示器100的种类并不限定本发明的范畴。

为了说明目的，图2显示了M＝4时的实施例，然而M的值并不限定本发明的范畴。在图2所示的三维显示器100中，承载屏幕20的盖体40位于底部壳体50的第一侧，而景深侦测单元10的红外线传感器SR₁～SR₄位于底部壳体50的第二侧，其中第一侧和第二侧为底部壳体50的两相邻侧。

本实施例的三维显示器100采用时差测距的技术来提供调整景深的功能。由景深侦测单元10内的红外线传感器发射红外线光束，红外线光束打到物体表面后反射，再接收信号并记录时间。由于光速为一已知条件，红外线光束信号往返一趟的时间可换算为信号所行走的距离，进而得知物体的位置。

图3显示了本发明实施例中景深侦测单元10运作时的示意图。景深侦测单元10中红外线传感器SR₁的扫描区域A、红外线传感器SR₂的扫描区域B、外线传感器SRU₃的扫描区域C和红外线传感器SRU₄的扫描区域D分别可为屏幕20前的锥形范围，因此可监控屏幕20的有效显示范围内的手势。然而，扫描区域A～D的形状并不限定本发明的范畴。

图4A～4C为本发明实施例中景深侦测单元10运作时的示意图。图4A和图4B依序显示了用户手掌80在下达抓近手势时的过程。在图4A所示的初始状态下的第一时间点，假设在使用者的手掌80出现在扫描区域A～D内，景深侦测单元10可侦测到对应于使用者手掌80的4个形心坐标P1～P4。在图4B所示的结束状态下的第二时间点，假设在使用者的手掌80出现在扫描区域B～D内，景深侦测单元10可侦测到对应于使用者手掌80的3个形心坐标Q1～Q3。由于第二时间点晚于第一时间点，且根据形心坐标P1～P4和Q1～Q3的位置变化，处理电路30可判断出各形心的移动方向，当每一形心或大多数形心都远离屏幕20移动，如图4B中的箭头S1(朝靠近使用者的方向)所示。根据各形心的移动方向，处理电路30可判断出用户手掌80在下达抓近手势，进而依此指示屏幕20所显示的对象在视觉上呈现被用户拉近的效果，如图4C所示，三维对象往箭头S1方向移动，即朝靠近使用者的方向移动，使用者会观察到三维对象和屏幕20的视觉距离变远及三维对象的尺寸变大。

图5A～5C为本发明实施例中景深侦测单元10运作时的示意图。图5A和图5B依序显示了用户手掌80在下达推远手势时的过程。在图5A所示的初始状态下的第三时间点，假设在使用者的手掌80出现在扫描区域B～D内，景深侦测单元10可侦测到对应于手掌80的3个形心坐标P1～P3。在图5B所示的结束状态下的第四时间点，假设在使用者的手掌80出现在扫描区域A～D内，景深侦测单元10可侦测到对应于手掌80的4个形心坐标Q1～Q4。由于第四时间点晚于第三时间点，且根据形心坐标P1～P3和Q1～Q4的位置变化，处理电路30可判断出各形心的移动方向，其中每一形心或大多数形心都接近屏幕20移动，如第5B图中的箭头S2(朝远离使用者的方向)所示。根据各形心的移动方向，处理电路30可判断出用户手掌80在下达推远手势，进而依此指示屏幕20所显示的对象在视觉上呈现被用户推远的效果，如图5C所示，三维对象往箭头S2方向移动，即朝远离使用者的方向移动，使用者会观察到三维对象和屏幕20的视觉距离变近及三维对象的尺寸变小。

在上述的实施例中，形心坐标由景深侦测单元10根据所侦测的信号而产生。在另一实施例中，形心坐标也可以由景深侦测单元10将所侦测的信号传送至信号处理电路30，而由信号处理电路30产生。

图6A和图6B为本发明实施例中针对拉近手势或推远手势来调整显示影像时的示意图。L1～L4分别代表屏幕20与所显示对象间的视觉距离为d1～d4时的左眼影像，R1～R4分别代表屏幕20与所显示对象间的视觉距离为d1～d4时的右眼影像，Depth 1代表左眼影像L1和右眼影像R1的景深，Depth 2代表左眼影像L2和右眼影像R2的景深，Depth 3代表左眼影像L3和右眼影像R3的景深，Depth 4代表左眼影像L4和右眼影像R4的景深，箭头S1的方向对应针对拉近手势时屏幕20改变其显示对象的过程，而箭头S2的方向对应针对推远手势时屏幕20改变其显示对象的过程。

由于用户可能有不同的视觉偏好，因此，在上述的实施例中，可根据屏幕20的大小、显示对象的结构、背景照明度和观众年纪等参数来设定屏幕20及所显示对象的视觉距离为d1～d4时，所对应左右眼影像景深Depth 1～Depth 4的值。例如图6A和图6B所示，当对象离屏幕20越远且离使用者越近时，相对应的左右眼影像越大(R4>R3>R2>R1且L4>L3>L2>L1)。在图6A所示的实施例中，当对象离屏幕20越远且离使用者越近时，可设置相对应的左右眼影像的景深越大(Depth 4>Depth 3>Depth 2>Depth 1)。在图6B所示的实施例中，当对象离屏幕20越远且离使用者越近时时，可设置相对应的左右眼影像的景深越小(Depth 4<Depth 3<Depth 2<Depth1)。然而，图6A和图6B所示渐进式景深调整仅为实施例，并不限定本发明的范畴。例如，有些用户也可以根据视觉偏好，而将对应于不同视觉距离d1～d4时的左右眼影像景深Depth 1～Depth 4都设置为相同的数值。

在上述实施例中，藉由将景深侦测单元10及屏幕20设置于底部壳体50的相邻两侧，并将景深侦测单元10的红外线传感器SR₁～SR₄的排列方式及对应的扫描区域设置为可侦测垂直于屏幕20方向的手势动作，而能对应地调整屏幕20所显示的三维对象和屏幕20之间的视觉距离、三维对象的尺寸大小以及三维对象的景深。在另一实施例中，景深侦测单元10也可以设置于其他适当位置，而不限于屏幕20的相邻侧，并且藉由将红外线传感器SR₁～SR₄的排列方式及对应的扫描区域设置为可侦测垂直于屏幕20方向的手势动作，而能对应地调整屏幕20所显示的三维对象和屏幕20之间的视觉距离、三维对象的尺寸大小以及三维对象的景深。

综上所述，本发明的三维显示器使用低成本、低耗能且体积小的红外线传感器来侦测手势和屏幕的距离，再依此指示屏幕让三维显示对象随着手势互动来调整其大小、景深以及和屏幕的距离，以提供自然的三维显示效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。