CN100558173C - 光栅式自由立体显示器中子像素纠错图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光栅自由立体显示器中光栅同显示像素不匹配时的子像素纠错图像处理方法。对一个分n路的光栅自由立体显示器，从预定观看位置看光栅在二维平面矩阵显示器子像素图像源上的投影的水平周期不等于n个子像素的宽度的失配情况时，双眼在预定位置透过光栅看不到各自该看到的视图的地方定为出错区域，重新安排该区域的子像素用于正确视图的显示。本发明使得研制和生产光栅式三维自由立体显示器变得切实可行，成本大大降低。

Description

光栅式自由立体显示器中子像素纠错图像处理方法

一、技术领域

本发明涉及3D(三维)立体显示技术领域，更具体地说，本发明涉及光栅式裸眼自由3D立体显示技术领域。

二、背景技术

显示器是人们对信息进行获取、处理、利用，甚至存储、传输时必不可少的人机界面，是现代人们获取信息的重要途径。人脑中约50％的脑细胞与视觉有关，3D显示可以刺激更多的脑细胞，从而提高工作效率；85％以上的信息都与空间位置有关，3D显示是最佳的显示方式。目前通常的显示几乎都是二维(2D)平面的，所谓3D立体显示是指能显示图像深度(第三维)效果，就像我们看真实世界一样的立体感。3D立体显示将是世界各国大力发展的下一代新型显示技术。日本、韩国、欧美等国正大力加强3D显示的研究工作，开发了各种技术和产品。3D显示技术已成为当今一个引人注目的前沿科技领域，是关系到国民经济发展和国防安全的高新技术。

双目视差是人眼能够识别立体图像的一个重要暗示。因此在观看影视画面时只要准备拍摄位置稍微错开的两组图像(即两个视差图，简称视图)分别供左眼和右眼观看，便可看到一组立体感的画面。立体显示分为佩戴眼镜和裸眼两种，后者称为自由(自动)真3D显示，是3D显示的发展方向。自由真3D显示分为电子全息术、方向多路显示和体块显示。其中方向多路显示是应用光学现象如衍射、反射、折射和遮挡等，把不同视觉的图像光分别引导到人的两只眼睛，其相应的方法很多。

光栅式3D自由立体显示器就是基于双目视差和光栅分光原理的一种方向多路显示器，它由设置为行和列的显示阵列的二维平面矩阵显示器上加装光栅而成。光栅可为前置式，也可为后置式，即可位于背光源与矩阵显示板之间或矩阵显示板面向观众的面之上。光栅可为柱面光栅或狭缝光栅，柱面光栅又称为柱镜透镜，狭缝光栅又称为视障档板或狭缝档板。光栅可以是电动的也可以是非电动的。二维平面矩阵显示器包括液晶显示器LCD、等离子显示器PDP、场发射显示器FED、有机电致发光显示器OLED等像素按矩阵排列的平面显示器。分配显示器子像素用于哪路视图显示时，常规采用子像素顺序交错排列法，以此法为根据进行相应立体视图的合成，实现3D立体显示。当光栅纹路与显示器列像素一致时，采用列子像素顺序交错用于第几路立体视图的显示。如对于2个视图，奇数列子像素显示一个视图，偶数列子像素显示另一个视图。如对于3个视图，第1列子像素显示第1个视图，第2列子像素显示第2个视图，第3列子像素显示第3个视图，第4列子像素又开始显示第1个视图，如此周期性进行排列。当光栅纹路与子像素对角线一致时，k值定义为平面显示器上标号为m的子像素将被用于第k幅视图的显示。k值的计算方法：用m除以n然后求余数。如k＝0，则该子像素用于显示第n幅视图。如在分5路系统中，平面显示器某一行第21个子像素将显示第1幅视图。只要显示器的分辨率(像素节距)同光栅节距精密匹配，即对一个分n路的立体显示系统，要求从预定观看位置看光栅节距在二维平面矩阵显示器子像素图像源上投影的水平节距恰好是子像素水平节距的n倍或误差较小，即光栅投影的水平节距和n个子像素水平节距之差不大于n个子像素水平节距除以显示器水平方向子像素数量之商。以此子像素顺序交错排列法进行相应立体视图的合成，双眼在这个预定的位置透过光栅就只看到各自的视图，从而在大脑形成立体图像效果。

然而显示器的像素节距要和光栅节距精密配合往往不易做到，原因有两方面。第一，光栅节距难免存在加工精度达不到要求，尤其是在高分辨率大尺寸显示方式下更加不容易；加之显示器像素节距不可微调，这样二者间要精密配合实属不易。第二，显示器的像素节距和光栅节距的关系要求是随着观看距离在不停的变化，就算在某个特殊的观看距离上二者配合得非常完美，其它距离上效果就不好了。

不管是上述哪一种情况，都将影响立体显示器的正常工作。按照现有分配显示器子像素用于立体视图显示的方法，双眼将不能在某个合适的位置透过光栅看到各自的视图，而是相互混淆的视图，不能在大脑形成立体效果。

三、发明内容

本发明提供一种上述光栅自由立体显示器中光栅同显示像素失配时的图像处理方法，即在分配显示器子像素用于哪路视图显示时，打破常规采用子像素顺序交错排列的图像合成法，而用子像素纠错图像合成法，具体介绍如下。

将光栅纹路方向和平面矩阵显示器的子像素对角线重合与显示器装配，光栅可位于背光源与矩阵显示板之间或矩阵显示板面向观众的面之上。对一个分n路的立体显示系统，在预定观看位置，光栅投影的水平节距和n个子像素水平节距之差大于n个子像素水平节距除以显示器水平方向子像素数量之商，将双眼在这个预定位置透过光栅看不到各自该看到的视图的地方定为出错区域。在出错区域重新安排子像素用于正确视图的显示。这样双眼在确定的位置透过光栅就只看到各自的视图，从而实现正确的立体显示效果。

要在某个观察距离上实现预期的n路立体显示，要求显示器相邻子像素间距为d’，但是实际上显示器相邻子像素间距是d，二者微小的差距为Δd，则有

Δd＝d-d’

将Δd对d归一化为δ

δ＝Δd/d

同前，k值定义为平面显示器上标号为m的子像素将被用于第k幅视图的显示。k值的计算方法：算出m(1+δ)的值，再除以n，求n为除数的余数，最后对余数四舍五入取整数得到k。矩阵显示器所有子像素都有了各自的k值，按此进行立体视图的图像合成，就能实现正确的立体显示。

本发明使得研制和生产光栅式3D自由立体显示器变得切实可行，成本大大降低。我国之前未研制出柱面光栅3D自由立体显示器主要受制于高精度的柱面光栅的高成本。本发明可采用非常成熟的光栅画使用的柱面光栅和现有平板显示器制作出3D自由立体显示器，成本极其低。即便对狭缝光栅3D自由立体显示器，也降低了狭缝光栅的制作成本。打印式黑白狭缝光栅对打印机的要求降低了，挡板式狭缝光栅的加工精度要求也降低了。本发明对我国在具有上万亿元的立体显示器国际市场上占有一席之地具有重要意义。

四、附图的说明

附图1为在分2路视图的立体显示中子像素纠错图像合成法的例子。

附图2为得到δ的直接观察测量方法。

上述各附图中的图示标号为：

10光栅，20常规子像素排列，30纠错后的子像素排列，40出错区域，50常规视图排列的平面矩阵显示屏，60倾斜光栅，70视图1的子像素亮，80光栅同显示像素失配时在预定位置上看到的摩尔条纹。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

五、具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的子像素纠错图像处理方法的实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

附图1为在分2路视图的柱面光栅立体显示中子像素纠错图像处理法的例子。如该图所示，当显示器的像素节距同光栅节距不匹配时，按常规子像素排列20的立体图像合成，双眼在预定位置透过光栅10是看不到各自该看到的视图的，从而不能实现正确的立体显示。在出错区域40，一只眼应该看到视图1，而实际看到了视图2，或视图1与视图2的混叠。本发明将该区域的视图1和视图2位置互换。以此方法纠正其它出错区域，形成纠错后的子像素排列30，就能实现正确的立体显示。

附图2为得到δ的直接观察测量方法。δ的确定虽然可以通过仪器测量显示器和光栅参数计算出，但是最简单实用的方法还是通过直接观察测量得到。可以在预定的距离上观察测量常规图像合成的立体显示方式下光栅和显示器作用产生的摩尔条纹来得到δ。其步骤为：在常规视图排列的平面矩阵显示屏50上装配倾斜光栅60，光栅纹路方向和平面矩阵显示器的子像素两个对角线中的一个重合。采用常规彩色掩膜布局，光栅纹路方向与平面矩阵显示器的列方向的夹角为arctg(1/3)。只让常规视图排列的平面矩阵显示屏50的一路视图的子像素亮，如视图1的子像素亮70，在预定的观察距离上观看到摩尔条纹80。以子像素作为摩尔条纹水平周期t的单位，得到下式

|δ|＝n/t

δ的正负号由实际情况得出，即先取一种符号，若出错，则取另一种符号。该方法简单易行，准确度高，成本低，省去了高档精确测试仪器。

表1为分辨率为(1024×768)×3的平面矩阵显示器所有子像素标号m的值。光栅纹路方向沿子像素的左上到右下倾斜时，给定第1行和第1列的子像素的m值为平面矩阵显示器的行数，如表1中的768，其他子像素的m值按行号每增加1而减小1，子像素列号每增加1而增加1的规律计算出。光栅纹路方向沿子像素的左下到右上倾斜时，给定第1行和第1列的子像素的m值为1，其他子像素的m值按行号每增加1而增加1，子像素列号每增加1而增加1的规律计算出。

表2为当n＝5，δ＝2/11时，分辨率为(1024×768)×3的平面矩阵显示器最后一行子像素k值计算产生的值。

表3为当n＝5，δ＝2/11，分辨率为(1024×768)×3的平面矩阵显示器所有子像素的k值。与表2最后一行子像素k值计算类似，可算出其他行子像素的k值，由此得到二维平面矩阵显示器所有子像素的k值，如表3(a)所示，按此k值进行立体视图的图像合成，就能实现正确的立体显示。表3(b)给出δ＝0对应常规方法所有子像素k值的结果，在δ≠0时(如此时δ＝2/11)，以此进行立体视图的图像合成，是不能实现正确的立体显示。

表1分辨率为(1024×768)×3的平面矩阵显示器所有子像素的标号m值

表2当n＝5，δ＝2/11时，最后一行子像素k值的计算

m	m(1+δ)	m(1+δ)/n的余数	对余数四舍五入取整，得k
				1	1.1818	1.1818	1
2	2.3636	2.3636	2
				3	3.5455	3.5455	4
4	4.7273	4.7273	5
				5	5.9091	0.9091	1
6	7.0909	2.0909	2
				7	8.2727	3.2727	3
8	9.4545	4.4545	4
				9	10.6364	0.6364	1
10	11.8182	1.8182	2
				11	13.0000	3.0000	3
......	......	......	......
				3070	3628.1818	3.1818	3
3071	3629.3636	4.3636	4
				3072	3630.5455	0.5455	1

表3为n＝5，分辨率为(1024×768)×3平面矩阵显示器所有子像素的k值。

(a)δ＝2/11所有子像素的k值

(b)δ＝0时，常规方法所有子像素的k值

Claims (2)

1、一种光栅式自由立体显示器中子像素纠错图像处理方法，其特征是，在显示器的像素节距同光栅节距不匹配时仅采用图像处理方法得到正确的立体显示效果，其处理步骤是，第一，在预定观察位置的n个视图的立体显示器中，确定出δ，δ为实际二维平面矩阵显示器中子像素宽度同理想子像素宽度之差再除以实际二维平面矩阵显示器中子像素宽度；第二，确定二维平面矩阵显示器水平方向上第m个子像素将被用于第k幅视图的显示，k计算方法是，对m(1+δ)求n的余数，对该余数四舍五入取整即得k；第三，将该第m个子像素用于显示第k幅图像。

2、根据权利要求1所述的一种光栅式自由立体显示器中子像素纠错图像处理方法，其特征在于光栅纹路方向沿子像素的左上到右下倾斜时，给定第1行和第1列的子像素的m值为二维平面矩阵显示器的行数，其他子像素的m值按行号每增加1而减小1，子像素列号每增加1而增加1的规律计算出；光栅纹路方向沿子像素的左下到右上倾斜时，给定第1行和第1列的子像素的m值为1，其他子像素的m值按行号每增加1而增加1，子像素列号每增加1而增加1的规律计算出。

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