CN100580408C - 基于柱镜光栅lcd自由立体显示设备的通用光栅参数测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用光栅参数测量方法。包括以下步骤：1)基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际倾斜角α值；2)基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际线数LPI值；3)基于实际场景多视点测试图像，微调柱镜光栅的实际倾斜角α值和实际线数LPI值，使其与柱镜光栅完全匹配。本发明与现有的光栅参数测量方法相比，具有以下优点：一是普适性高，适用于具有任意线数LPI值和任意倾斜角α值的柱镜光栅；二是简单方便，不需要打印测试图片，只要通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备进行观察，就能精确测量光栅参数；三是精度高，测量过程结合实际场景多视点测试图像，使测量得到的光栅参数更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用光栅参数测量方法。
背景技术
随着显示技术的不断发展，人们已经开发出了各种各样无需借助立体眼镜等辅助视具，而直接用裸眼就能观看立体图像的自由立体显示技术，主要包括柱镜光栅立体显示、狭缝光栅立体显示、全息立体显示以及体三维立体显示等。在众多的自由立体显示技术中，基于柱镜光栅的自由立体显示技术因柱镜光栅易于加工、立体视觉效果突出，而成为当前较为常见的自由立体显示技术。
立体光栅一般附在立体图像或者显示屏外面，这样人们就能利用光的折射原理而用裸眼看到立体图像。立体光栅大体上可以分为三大类：狭缝光栅、棱柱镜光栅和点阵式光栅。狭缝光栅俗称黑光栅，其成像原理为小孔成像原理，它是在透明的胶片上间隔印刷黑色线条从而构成一个黑色不透明线条和透明缝隙间隔排列的结构。狭缝光栅成像清晰，基本上不会产生晕眼效果，但其必须要有辅助的背景光源，在没有光源的情况下，就会一片漆黑而看不到任何立体效果。柱镜光栅俗称白光栅，其成像原理为凸透镜成像原理，它由一条条的柱透镜排列而成。无论有无背景光源，通过柱镜光栅都可以看到良好的立体效果，当然在有背景光源的情况下立体效果更加完美。另外，在目前生产工艺不断提高的前提下，柱镜光栅的晕眼效果也能够得到避免。点阵式光栅，又称为全息式点阵光栅，其成像原理为凸透镜成像原理，它的表面由一个个球状突起所组成。由于点阵式光栅很少见，而狭缝光栅立体效果又不如柱镜光栅，再加上柱镜光栅易于加工，因此基于柱镜光栅的自由立体显示设备得到大力发展和普及。如图1所示为基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备的侧面视图，其包括LCD显示屏(1)、透明有机玻璃(2)和柱镜光栅(3)。通过在LCD显示屏和柱镜光栅中间加装透明有机玻璃，使得两者的距离为柱镜光栅单元的焦距f。
现有的基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的光栅参数测量方法一般只适应于垂直光栅(即倾斜角α值为0)，且只用来测量柱镜光栅的线数LPI值；此外，现有的测量方法一般需要先打印出测试图片，再在其上加装柱镜光栅进行观察匹配，具有过程复杂、精确度低、普适性差等缺点。对此，我们提出了一种基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用光栅参数测量方法，本方法的优点如下：(一)普适性高：适用于具有任意线数LPI值和任意倾斜角α值的柱镜光栅；(二)简单方便：不需要打印测试图片，只要通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备进行观察，就能精确测量光栅参数；(三)测量精度高：测量过程结合实际场景多视点测试图像，使测量得到的光栅参数更加精确。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用光栅参数测量方法。
基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用光栅参数测量方法包括以下步骤：
1)基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际倾斜角α值；
2)基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际线数LPI值；
3)基于实际场景多视点测试图像，微调柱镜光栅的实际倾斜角α值和实际线数LPI值，使其与柱镜光栅完全匹配。
所述的基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际倾斜角α值步骤：
(a)取2*p+2幅全黑、2*p幅全白图像，其排列顺序为黑黑白白黑黑……并估计得到柱镜光栅的近似线数LPI值和近似倾斜角α值，其中，p≥1；
(b)根据估计的近似线数LPI值和近似倾斜角α值将上述4*p+2幅RGB图像合成具有4*p+2个视点的立体图像；
(c)通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，如果能观察到清晰的黑白相间的斜线条纹，说明步骤(a)估计的近似倾斜角α值就是该柱镜光栅的实际倾斜角α值；
(d)如果观察不到清晰的黑白相间的斜线条纹，则取近似值附近的倾斜角α值，重复进行步骤(b)和步骤(c)操作，直到观察到清晰的黑白相间的斜线条纹为止。
所述的基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际线数LPI值步骤：
(e)根据近似线数LPI值以及步骤(c)测量得到的实际倾斜角α值，将上述4*p+2幅RGB图像合成具有4*p+2个视点的立体图像；
(f)通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，当p为奇数时，如果能够在显示设备正前方观察到全白的视觉效果，同时能够在其他方向观察到全黑或者全白的视觉效果，当p为偶数时，如果能够在显示设备正前方观察到全黑的视觉效果，同时能够在其他方向观察到全黑或者全白的视觉效果，说明步骤(e)的近似线数LPI值就是该柱镜光栅的实际线数LPI值；
(g)如果观察不到步骤(f)所述的全黑或者全白的视觉效果，则取近似值附近的线数LPI值，重复进行步骤(e)和步骤(f)操作，直到观察到全黑或者全白的视觉效果为止。
所述的基于实际场景多视点测试图像，微调柱镜光栅的实际倾斜角α值和实际线数LPI值，使其与柱镜光栅完全匹配步骤：
(h)取N幅实际场景多视点测试图像，合成N个视点立体图像，通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，如果能够在N-1个最佳观看区域观看到清晰的立体视觉效果，说明根据步骤(c)得到的实际倾斜角α值和根据步骤(f)得到的实际线数LPI值与柱镜光栅完全匹配，其中，清晰的立体视觉效果表示在某个最佳区域观看立体图像时，立体图像成像清晰、没有重影且有符合预期的立体效果；
(i)如果合成的立体图像观察不到清晰的立体视觉效果，说明根据步骤(c)得到的实际倾斜角α值和根据步骤(f)得到的实际线数LPI值并未与柱镜光栅完全匹配，则微调实际线数LPI值和实际倾斜角α值，重复进行步骤(b)至步骤(h)的操作，直到观察到清晰的立体视觉效果为止。
本发明与现有的光栅测量方法相比，具有如下优点：(一)普适性高：适用于具有任意线数LPI值和任意倾斜角α值的柱镜光栅；(二)简单方便：不需要打印测试图片，只要通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备进行观察，就能精确测量光栅参数；(三)精度高：测量过程结合实际场景多视点测试图像，使测量得到的光栅参数更加精确。
附图说明
图1是基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备的侧面视图；
图2是基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备的正面视图；
图3是4幅全黑和2幅全白RGB图像合成立体图像的示意图；
图4是4幅实际场景多视点测试图像合成立体图像的示意图。
具体实施方式
基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用光栅参数测量方法包括以下步骤：
1)基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际倾斜角α值；
2)基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际线数LPI值；
3)基于实际场景多视点测试图像，微调柱镜光栅的实际倾斜角α值和实际线数LPI值，使其与柱镜光栅完全匹配。
如图2所示，LCD显示屏上的每个RGB子像素的高度为其宽度的3倍，其在LCD显示屏上按如下顺序排列：每一行都为RGBRGB……直至排满整个LCD显示屏，其中每三个相邻的RGB子像素构成一个LCD像素。每个柱镜光栅单元在水平方向上覆盖RGB子像素的个数为X＝(25.4/LPI/cosα)/DOT*3，其中DOT为LCD显示器的点距。柱镜光栅单元的透镜轴相对于LCD显示屏垂直轴的倾斜角为α，这样设置的好处一是可以平衡合成立体图像在水平和垂直方向的分辨率，保证其比例不失真，二是可以减轻因LCD像素排列而引起的摩尔纹效应。
所述的基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际倾斜角α值步骤：
(a)取2*p+2幅全黑、2*p幅全白图像，其排列顺序为黑黑白白黑黑……并估计得到柱镜光栅的近似线数LPI值和近似倾斜角α值，其中，p≥1；
(b)根据估计的近似线数LPI值和近似倾斜角α值将上述4*p+2幅RGB图像合成具有4*p+2个视点的立体图像；
(c)通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，如果能观察到清晰的黑白相间的斜线条纹，说明步骤(a)估计的近似倾斜角α值就是该柱镜光栅的实际倾斜角α值；
(d)如果观察不到清晰的黑白相间的斜线条纹，则取近似值附近的倾斜角α值，重复进行步骤(b)和步骤(c)操作，直到观察到清晰的黑白相间的斜线条纹为止。
如图3所示，具体步骤如下：
(1)当p＝1时，全黑图像为4幅，全白图像为2幅，其排列顺序为黑黑白白黑黑，并估计得到柱镜光栅的近似线数LPI值和近似倾斜角α值；
(2)根据步骤(1)估计的近似线数LPI值和近似倾斜角α值以及合成立体图像的分辨率，将上述6幅图像合成具有6个视点的立体图像，此立体图像为黑白相间的斜线条纹，其倾斜角的值为近似倾斜角α值，具体合成过程如下：
(I)根据公式n＝mod(i-3*j*tanα，X)/X*N，当N＝6时，计算得到6个视点图像的RGB分量与立体图像的RGB分量相对应的映射表，其中，mod表示取模运算，i和j表示立体图像的RGB分量的水平和垂直坐标值，坐标值以立体图像的最左上角RGB分量的坐标值(1，1)为基准，向右则i递增1，向下则j递增1，n表示立体图像中坐标值为(i，j)的RGB分量对应于视点n的相应RGB分量，当mod(i-3*j*tanα，X)/X*6的值不为整数时，n取最接近的整数值，当mod(i-3*j*tanα，X)/X*6＝0时，n＝6；
(II)根据映射表，将6个视点图像的RGB分量填充到立体图像的RGB分量中，对于立体图像的每3行RGB分量，用6个视点图像的每1行RGB分量来填充，对于立体图像每一行中的RGB分量，其每6个RGB分量对应6个视点图像的每1个RGB分量，直到立体图像的所有RGB分量都被6个视点图像的RGB分量所填充。
(3)通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，如果能观察到清晰的黑白相间的斜线条纹，说明步骤(1)估计的近似倾斜角α值就是该柱镜光栅的实际倾斜角α值；
(4)如果观察不到清晰的黑白相间的斜线条纹，则取近似值附近的倾斜角α值，重复进行步骤(2)和步骤(3)操作，直到观察到清晰的黑白相间的斜线条纹为止。
所述的基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际线数LPI值步骤：
(e)根据近似线数LPI值以及步骤(c)测量得到的实际倾斜角α值，将上述4*p+2幅RGB图像合成具有4*p+2个视点的立体图像；
(f)通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，当p为奇数时，如果能够在显示设备正前方观察到全白的视觉效果，同时能够在其他方向观察到全黑或者全白的视觉效果，当p为偶数时，如果能够在显示设备正前方观察到全黑的视觉效果，同时能够在其他方向观察到全黑或者全白的视觉效果，说明步骤(e)的近似线数LPI值就是该柱镜光栅的实际线数LPI值；
(g)如果观察不到步骤(f)所述的全黑或者全白的视觉效果，则取近似值附近的线数LPI值，重复进行步骤(e)和步骤(f)操作，直到观察到全黑或者全白的视觉效果为止。
如图3所示，具体步骤如下：
(5)根据近似线数LPI值以及实际倾斜角α值，将上述RGB图像合成具有6个视点的立体图像；
(6)通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，如果能够在显示设备正前方观察到全白的视觉效果，同时能够在正前方偏左和偏右方向观察到全黑的视觉效果，说明步骤(5)的近似线数LPI值就是该柱镜光栅的实际线数LPI值；
(7)如果观察不到步骤(6)所述的全黑或者全白的视觉效果，则取近似值附近的线数LPI值，重复进行步骤(5)和步骤(6)操作，直到观察到全黑或者全白的视觉效果为止。
所述的基于实际场景多视点测试图像，微调柱镜光栅的实际倾斜角α值和实际线数LPI值，使其与柱镜光栅完全匹配步骤：
(h)取N幅实际场景多视点测试图像，合成N个视点立体图像，通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，如果能够在N-1个最佳观看区域观看到清晰的立体视觉效果，说明根据步骤(c)得到的实际倾斜角α值和根据步骤(f)得到的实际线数LPI值与柱镜光栅完全匹配，其中，清晰的立体视觉效果表示在某个最佳区域观看立体图像时，立体图像成像清晰、没有重影且有符合预期的立体效果；
(i)如果合成的立体图像观察不到清晰的立体视觉效果，说明根据步骤(c)得到的实际倾斜角α值和根据步骤(f)得到的实际线数LPI值并未与柱镜光栅完全匹配，则微调实际线数LPI值和实际倾斜角α值，重复进行步骤(b)至步骤(h)的操作，直到观察到清晰的立体视觉效果为止。
如图4所示，具体步骤如下：
(8)取4幅实际场景多视点测试图像，合成具有4个视点的立体图像，具体合成过程同步骤(2)的步骤(I)、步骤(II)，当然此时需要对参数进行相应修改，例如N＝4；通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，如果能够在3个最佳观看区域观看到清晰的立体视觉效果，说明根据步骤(3)得到的实际倾斜角α值和根据步骤(6)得到的实际线数LPI值与柱镜光栅完全匹配，其中，清晰的立体视觉效果表示在某个最佳区域观看立体图像时，立体图像成像清晰、没有重影且有符合预期的立体效果；
(9)如果合成的立体图像观察不到清晰的立体视觉效果，说明根据步骤(3)得到的实际倾斜角α值和根据步骤(6)得到的实际线数LPI值并未与柱镜光栅完全匹配，则微调实际线数LPI值和实际倾斜角α值，重复进行步骤(2)至步骤(8)的操作，直到观察到清晰的立体视觉效果为止。
这样，我们就可以测量得到与光栅完全匹配的线数LPI值和倾斜角α值。
Claims (1)
1.一种基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用光栅参数测量方法，其特征在于包括以下步骤：
1)基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际倾斜角α值；
2)基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际线数LPI值；
3)基于实际场景多视点测试图像，微调柱镜光栅的实际倾斜角α值和实际线数LPI值，使其与柱镜光栅完全匹配；
所述的基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际倾斜角α值步骤：
(a)取2*p+2幅全黑、2*p幅全白图像，其排列顺序为黑黑白白黑黑……并估计得到柱镜光栅的近似线数LPI值和近似倾斜角α值，其中，p≥1；
(b)根据估计的近似线数LPI值和近似倾斜角α值将上述4*p+2幅RGB图像合成具有4*p+2个视点的立体图像；
(c)通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，如果能观察到清晰的黑白相间的斜线条纹，说明步骤(a)估计的近似倾斜角α值就是该柱镜光栅的实际倾斜角α值；
(d)如果观察不到清晰的黑白相间的斜线条纹，则取近似值附近的倾斜角α值，重复进行步骤(b)和步骤(c)操作，直到观察到清晰的黑白相间的斜线条纹为止；
所述的基于全黑全白RGB图像，估测柱镜光栅的实际线数LPI值步骤：
(e)根据近似线数LPI值以及步骤(c)测量得到的实际倾斜角α值，将上述4*p+2幅RGB图像合成具有4*p+2个视点的立体图像；
(f)通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，当p为奇数时，如果能够在显示设备正前方观察到全白的视觉效果，同时能够在其他方向观察到全黑或者全白的视觉效果，当p为偶数时，如果能够在显示设备正前方观察到全黑的视觉效果，同时能够在其他方向观察到全黑或者全白的视觉效果，说明步骤(e)的近似线数LPI值就是该柱镜光栅的实际线数LPI值；
(g)如果观察不到步骤(f)所述的全黑或者全白的视觉效果，则取近似值附近的线数LPI值，重复进行步骤(e)和步骤(f)操作，直到观察到全黑或者全白的视觉效果为止；
所述的基于实际场景多视点测试图像，微调柱镜光栅的实际倾斜角α值和实际线数LPI值，使其与柱镜光栅完全匹配步骤：
(h)取N幅实际场景多视点测试图像，合成N个视点立体图像，通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备观察立体图像，如果能够在N-1个最佳观看区域观看到清晰的立体视觉效果，说明根据步骤(c)得到的实际倾斜角α值和根据步骤(f)得到的实际线数LPI值与柱镜光栅完全匹配，其中，清晰的立体视觉效果表示在某个最佳区域观看立体图像时，立体图像成像清晰、没有重影且有符合预期的立体效果；
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