CN101150741B - 三维自由立体显示器的子像素排列方法 - Google Patents

三维自由立体显示器的子像素排列方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光栅式3D自由立体显示器的子像素排列方法，该方法包括四个基本步骤：第一步，在平面矩阵显示器上构建视差图像标号矩阵；第二步，在视差图像标号矩阵上设置填充视差图像子像素的路径；第三步，在视差图像上设置子像素的路径；第四步，按第二步和第三步设置的路径，将各个视差图像子像素填充到平面矩阵显示器的子像素位置上，从而得到光栅式3D自由立体显示器的子像素排列结果。按本发明方法得到的光栅式3D自由立体显示器图像的像元的位置结构与各个视差图像的对应像素的位置结构是一致的，从而保证了立体图像不会产生畸变，能实现很好的立体显示效果。

Description

三维自由立体显示器的子像素排列方法
一、技术领域
本发明涉及裸眼三维(3D)自由立体显示技术领域，特别是涉及一种裸眼光栅式3D自由立体显示领域中的子像素排列方法。
二、背景技术
裸眼3D自由立体显示器由于不像传统的立体图像显示器那样需要观看者佩带偏振眼镜、互补色眼镜或者液晶开关眼镜等辅助工具，就可使观看者获得十分逼真的3D立体效果，从而让用户在观看立体显示器的时候眼睛不受限制，是完全自由的，用户能同时进行除了观看显示器以外的其他工作，并且一台显示器可以实现3D与二维(2D)显示功能的相互兼容，这使它在立体电视、虚拟现实技术、3D游戏、3D广告、航空航天、核技术、生物分子等领域有十分诱人的应用前景。
目前，基于双目视差而开发出的裸眼3D自由立体显示器主要是光栅式3D自由立体显示器，它由2D平面矩阵显示器上加装光栅而成，分为光栅前置式和光栅后置式，即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那面。光栅可为柱面光栅或狭缝光栅，柱面光栅又称为柱面透镜光栅或柱镜透镜，狭缝光栅又称为视障档板或狭缝档板。光栅可以是电动控制的也可以是非电动的。2D平面矩阵显示器包括常规液晶显示器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。无论是光栅前置式和光栅后置式裸眼3D自由立体显示器，均采用狭缝光栅分光或柱面光栅分光原理，即将形成立体图像的左右眼视差图像同时显示在矩阵显示器上，通过狭缝光栅或柱面光栅的分光使观看者在一定距离范围内其左右眼能观看到不同的视差图像，从而获得立体感。
除了上述光栅的分光作用对基于双目视差而开发出的裸眼光栅式3D自由立体显示器十分重要外，左右眼视差图像在矩阵显示器上的合成方式对最后的立体图像的效果也有十分重要的影响，例如影响图像的对比度、图像的色彩还原等等。不恰当的立体图像合成有可能使视差图像的信息得不到完全充分的利用，并可能使图像产生畸变，甚至在程序编制上变得十分复杂、甚至难以实现等。合适的立体图像合成方法对分析设计光栅式3D自由立体显示器以及解决立体合成图像存储、播放和传输等具有重要的指导意义。
立体图像的合成需解决视差图像的子像素如何合理地排列到平面矩阵显示器上，子像素的排列方法是立体图像合成的重要依据。
为方便下面发明内容的表述，设定光栅式3D自由立体显示器的参数：平面矩阵显示器的水平分辨率为h，平面矩阵显示器的垂直分辨率为v，视差图像个数为N，设N＝Nh×Nv，视差图像的水平分辨率为h/Nh，视差图像的垂直分辨率为v/Nv，光栅倾斜斜率为I，红色子像素为R，绿色子像素为G，蓝色子像素为B，子像素排数为S。
三、发明内容
本发明提出了一种光栅式3D自由立体显示器的子像素排列方法，该方法的基本步骤如下。
第一步，在平面矩阵显示器上构建视差图像标号矩阵。将平面矩阵显示器上(h×3)×v个子像素划分为N个区域，每个区域的子像素标记上1，2，3……N，标记为1的地方用于填充第1个视差图像的子像素，标记为2的地方用于填充第2个视差图像的子像素，依此类推。标记的具体方法为：对于平面矩阵显示器的第1行，当S＝1时，用数组[123…N]从左到右填充；S＝2时，用数组[1 1 2 2 3 3…N N]从左到右填充；S＞2时，依此类推。对于第i(i＞1)行，设round[3×(i-1)×I]表示将[3×(i-1)×I]的值四舍五入取整数，round[3×(i-1)×I]的绝对值作为第i行相对于第1行的水平位移量，round[3×(i-1)×I]为负数，向右移，反之向左移，这样按第1行相同的数组填充该行，从最后一列溢出的子像标记依次填补到该行另一端的空缺处。将这样在平面矩阵显示器上形成的带有视差图像标号的矩阵结构称为视差图像标号矩阵。
第二步，在视差图像标号矩阵上设置填充视差图像子像素的路径。先设定红绿蓝三颜色中一种颜色的子像素路径，再依次设第二种和第三种颜色的子像素路径。某一种颜色的子像素路径为：从视差图像标号矩阵上某一端(如左上角)算起的第一个子像素开始沿列方向寻完Nv个子像素，然后跳变到沿行方向相邻的下Nv个子像素，直到寻完这Nv行的所有子像素。同理寻下Nv行里所有子像素。依次类推寻完视差图像标号矩阵的所有该颜色的子像素。
第三步，在视差图像上设置子像素的路径。每个视差图像先设定一种颜色的子像素路径，再依次设第二种和第三种颜色的子像素路径。某一种颜色的某个视差图像子像素的路径为：开始端与第二步的开始端相同，接着按行按列的顺序寻该视差图像的子像素，例如从左上角开始的话就按从左到右、再从上到下的顺序寻视差图像的所有子像素。
第四步，按第二步和第三步设置的路径将各个视差图像子像素填充到平面矩阵显示器的子像素位置上，从而得到光栅式3D自由立体显示器的子像素排列结果。
根据上述子像素的排列方法进行视差图像合成立体图像就能得到很好的立体显示效果。
四、附图说明
附图1为按本发明方法在平面矩阵显示器上构建的视差图像标号矩阵。
附图2为按本发明方法在视差图像标号矩阵上设置的填充视差图像子像素的路径。(a)、(b)、(c)分别为红、绿、蓝子像素的路径。
附图3为按本发明方法在视差图像上设置的子像素的路径。(a)、(b)、(c)、(d)分别为第1个、第2个、第3个、第4个视差图像的路径。
附图4为按本发明方法得到的光栅式3D自由立体显示器的子像素排列结果。
五、具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明作进一步的说明。
以参数为h＝4，v＝6，N＝4＝(4/3)×3，Nh＝4/3，Nv＝3，h/Nh＝3，v/Nv＝2，I＝-1/3，S＝1的一个光栅式3D自由立体显示器为例，本发明的子像素排列方法包括附图1、附图2、附图3和附图4所示的四个步骤。即附图3中的4个视差图像的所有子像素按附图2、附图3中的路径填充到附图1中，从而形成附图4的子像素排列结果。
附图4中黑色部分以结尾编号为01、02和03的12个子像素来自4个视差图像的第1个像素，结尾编号为04、05和06的12个子像素来自4个视差图像的第2个像素，结尾编号为07、08和09的12个子像素来自4个视差图像的第3个像素，等等。将这每12个子像素看作一个整体单元，将之称为光栅式3D自由立体显示器图像的像元。可以看出按本发明方法得到的光栅式3D自由立体显示器图像的像元的位置结构与各个视差图像的对应像素的位置结构是一致的，从而保证了立体图像不会产生畸变，能实现很好的立体显示效果。

Claims (4)

1.一种光栅式3D自由立体显示器的子像素排列方法，其特征是该方法包括四个基本步骤：第一步，在平面矩阵显示器上构建视差图像标号矩阵；第二步，在视差图像标号矩阵上设置填充视差图像子像素的路径；第三步，在视差图像上设置子像素的路径；第四步，按第二步和第三步设置的路径将各个视差图像子像素填充到平面矩阵显示器的子像素位置上，从而得到光栅式3D自由立体显示器的子像素排列结果。
2.根据权利要求1所述的一种光栅式3D自由立体显示器的子像素排列方法，其特征是该方法的第一步，设平面矩阵显示器的水平分辨率为h，平面矩阵显示器的垂直分辨率为v，视差图像个数为N，子像素排数为S，光栅倾斜斜率为I，“在平面矩阵显示器上构建视差图像标号矩阵”是将平面矩阵显示器上(h×3)×v个子像素划分为N个区域，每个区域的子像素标记上1，2，3……N；标记的具体方法为：对于平面矩阵显示器的第1行，当S＝1时，用数组[123…N]从左到右填充；S＝2时，用数组[112233…N N]从左到右填充；S＞2时，依此类推；对于第i(i＞1)行，设round[3×(i-1)×I]表示将[3×(i-1)×I]的值四舍五入取整数，round[3×(i-1)×I]的绝对值作为第i行相对于第1行的水平位移量，round[3×(i-1)×I]为负数，向右移，反之向左移，这样按第1行相同的数组填充该行，从最后一列溢出的子像标记依次填补到该行另一端的空缺处，从而在平面矩阵显示器上形成视差图像标号矩阵。
3.根据权利要求1所述的一种光栅式3D自由立体显示器的子像素排列方法，其特征是该方法的第二步“在视差图像标号矩阵上设置填充视差图像子像素的路径”的具体步骤为：先设定红绿蓝三颜色中一种颜色的子像素路径，再依次设第二种和第三种颜色的子像素路径；设平面矩阵显示器的垂直分辨率与视差图像的垂直分辨率的比值为Nv，对某一种颜色的子像素，从视差图像标号矩阵上某一端算起的第一个子像素开始沿列方向寻完Nv个子像素，然后跳变到沿行方向相邻的下Nv个子像素，直到寻完这Nv行的所有子像素，同理寻下Nv行里所有子像素，依次类推寻完视差图像标号矩阵的所有该颜色的子像素。
4.根据权利要求1所述的一种光栅式3D自由立体显示器的子像素排列方法，其特征是该方法的第三步“在视差图像上设置子像素的路径”的具体方法是：每个视差图像先设定一种颜色的子像素路径，再依次设第二种和第三种颜色的子像素路径；对于某一种颜色的某个视差图像子像素的路径开始端与第二步的开始端相同，接着按行按列的顺序寻该视差图像的子像素。
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