CN101621706B

CN101621706B - 一种减小柱面光栅自由立体显示器图像串扰的方法

Info

Publication number: CN101621706B
Application number: CN2009100600635A
Authority: CN
Inventors: 王琼华; 陶宇虹; 谷俊; 李大海; 赵悟翔
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: CN101621706A

Abstract

本发明提出一种减小柱面光栅自由立体显示器图像串扰的方法，该方法将子像素间串扰系数循环移位排列构成系数矩阵，理想无串扰情况下立体像素各个子像素对应各个视点图像的显示灰度作为常数项，实际立体像素各个子像素显示灰度作为未知数，这样组成线性方程组，求解该方程组即可得到此立体像素在等效无串扰情况下各个子像素实际显示灰度。将该实际显示灰度赋予显示器进行图像显示，观看者就看到视点图像间无串扰的立体效果。

Description

一种减小柱面光栅自由立体显示器图像串扰的方法

一、技术领域

本发明涉及光栅式自由立体显示技术。

二、背景技术

基于双目视差的柱面光栅自由立体显示器是一种重要的立体显示器，一般由普通平板显示器和倾斜放置的柱面光栅构成。柱面光栅自由立体显示器具有多个独立的视点，在不同的视点上可以观察到不同的画面。柱面光栅自由立体显示器的显示内容来自于从多个方向对同一场景拍摄的图像，每个视点显示一个方向拍摄到的图像。理想情况下，视点之间是完全独立的，观看者看到的任意两个视点之间显示图像是无串扰的。实际上理想情况是不存在的，各个视点之间显示图像存在串扰，这使得观看者看到的立体图像模糊，观看舒适度下降，从而导致柱面光栅自由立体显示器的性能不佳。通常通过重新设计柱面光栅的参数来减小串扰，但这需要改变现有的相关生产技术，难度大，成本高。对于一个具有n个独立视点的柱面光栅自由立体显示器，如附图1，一个柱面光栅单元的宽度等于平板显示器上n个子像素的宽度，这n个子像素构成一个立体像素。如附图2，每一个柱面光栅单元覆盖的平板显示器区域里面都可画出n条不是实际存在的平行的直线，每条直线水平间距等于一个子像素的宽度，方向和柱面光栅倾斜的方向一致，这n条直线分别对应着柱面光栅自由立体显示器的n个独立视点，如附图3，每条直线上的发光点发出的光线经过柱面光栅单元的折射，将射向对应的视点，可将这样的直线叫做聚焦线。每个视点在每个柱面光栅单元后面都有一条对应的聚焦线。由于在柱面光栅自由立体显示器中，光栅大多采用倾斜放置的方式，再加上平板显示器子像素形状大多为长方形或鱼鳞形，柱面光栅单元在对一个立体像素分光的时候，某个视点N对应的聚焦线除了主要跨越对应的子像素，也必定部分跨越其它子像素，这就产生了视点之间显示图像的串扰。此时，该立体像素上所有子像素将以一定比例成分向视点N发射光线，我们称该比例成分为串扰系数。

三、发明内容

本发明提出一种减小柱面光栅自由立体显示器图像串扰的方法，该方法将立体像素的子像素间串扰系数循环移位排列构成系数矩阵，理想无串扰情况下视点之间显示图像的显示灰度作为常数项，实际立体像素各个子像素显示灰度作为未知数，这样组成线性方程组，求解该方程组即可得到此立体像素在等效无串扰情况下各个子像素实际显示灰度。将该实际显示灰度赋予显示器进行图像显示，观看者就看到视点之间显示图像串扰减少的立体效果。

如附图4所示，对于一台具有n个视点的柱面光栅自由立体显示器，光栅单元为了分光，相邻视点聚焦线的间距固定为一个子像素的宽度。因为所有视点对应的光栅聚焦线有一定的倾斜角度，所以视点图像间存在串扰。在一个立体像素中，第一个子像素对n个视点的串扰系数分别为(a₁，a₂，...，a_n)，表示第一个子像素发射的光线有a₁的成分到达第1个视点，有a₂的成分到达第2个视点，……，有a_n的成分到达第n个视点，其中a₁+a₂+...+a_n＝100％，具体数值为不同视点对应的聚焦线跨越第一个子像素的长度的比值。由于柱面光栅和子像素排列具有周期性，如附图5所示，对第二个子像素来说，第一个视点对应聚焦线跨越第二个子像素的长度等于第n个视点对应聚焦线跨越第一个子像素的长度，第二个视点对应聚焦线跨越第二个子像素的长度等于第一个视点对应聚焦线跨越第一个子像素的长度，……，第n个视点对应聚焦线跨越第二个子像素的长度等于第n-1个视点对应聚焦线跨越第一个子像素的长度。第二个子像素对n个视点的串扰系数分别为a_n，a₁，a₂...，a_n-1，即第一个子像素的串扰系数循环向右移一位。依此类推，任意子像素的串扰系数都是前一个子像素的串扰系数循环向右移一位。若各子像素实际显示灰度为(X₁，X₂，...，X_n)，那么第一个视点的等效显示灰度为，(a₁×X₁+a₂×X₂+...+a_n-1×X_n-1+a_n×X_n)。第2，3，…，n个视点的等效显示灰度分别为(a_n×X₁+a₁×X₂+a₂×X₃+...+a_n-1×X_n)，(a_n-1×X₁+a_n×X₂+a₁×X₃+...+a_n-2×X_n)，…，(a₂×X₁+a₃×X₂+...+a_n×X_n-1+a₁×X_n)。在无串扰情况下，各个视点理想显示灰度为(A₁，A₂，...，A_n)。如果各个视点等效显示灰度等于它的理想显示灰度，那么视点之间显示图像的串扰即被消除，即有如下关系：

\{\begin{matrix} a_{1} \times X_{1} + a_{2} \times X_{2} + . . . + a_{n - 1} \times X_{n - 1} + a_{n} \times X_{n} = A_{1} \\ a_{n} \times X_{1} + a_{1} \times X_{2} + a_{2} \times X_{3} + . . . + a_{n - 1} \times X_{n} = A_{2} \\ a_{n - 1} \times X_{1} + a_{n} \times X_{2} + a_{1} \times X_{3} + . . . + a_{n - 2} \times X_{n} = A_{3} \\ . . . \\ a_{2} \times X_{1} + a_{3} \times X_{2} + . . . + a_{n} \times X_{n - 1} + a_{1} \times X = An \end{matrix} - - - (1)

此为一线性方程组，当已知串扰系数和理想显示灰度时，可求解出各子像素实际显示灰度。

由于每个立体像素具有相同的结构，光栅的排列也具有周期性，所以在每一个立体像素中，第一个子像素的串扰系数都为(a₁，a₂，...，a_n)，其余子像素的串扰系数都是前一个子像素串扰系数的循环右移一位。所以在求解各个立体像素中子像素实际显示灰度时，建立的方程组应当采用同样的系数矩阵。

求解方程组(1)得到的实际显示灰度(X₁，X₂，...，X_n)中出现负数或大于显示器能够显示的灰度最大值时，可以采取简单将负数置0，将超过显示器能够显示的灰度最大值的数置为显示器能够显示的灰度最大值的方式处理。

当各子像素按照求解出的实际灰度进行显示的时候，虽然经过视点间的串扰，但最终立体像素将显示出一种等效于无串扰的效果，这样就减小了视点之间显示图像的串扰。

采用该方法可降低由柱面光栅光倾斜放置和平板显示器子像素形状不理想引起的串扰。该技术不改变现有柱面光栅的参数，不对现有平面显示器结构做改动，因此，该方法简单有效且成本低。

四、附图的说明

附图1为柱面光栅单元对一个立体像素分光的原理示意图。

附图2为柱面光栅单元下各个视点对应聚焦线分布示意图。

附图3为聚焦线产生原理示意图。

附图4为一个立体像素中聚焦线分布情况对第一个子像素串扰系数的影响示意图。

附图5为一个立体像素中聚焦线分布情况对第二个子像素串扰系数的影响示意图。

附图6为实施例中聚焦线对一个立体像素第一个子像素串扰系数的影响示意图。

附图7为实施例中使用本发明减小串扰的效果示意图。

上述附图中的图示标号为：

1柱面光栅单元，2子像素，3立体像素，4聚焦线，5经过柱面光栅单元折射后的光线，6子像素发射的光线，7一个立体像素中第一个子像素，8一个立体像素中第二个子像素，9一个立体像素中第三个子像素，10一个立体像素中第n个子像素，11第一个视点对应的光栅聚焦线，12第二个视点对应的光栅聚焦线，13第三个视点对应的光栅聚焦线，14第n个视点对应的光栅聚焦线，15聚焦线跨越第一个子像素的情况，16聚焦线跨越第二个子像素的情况。

五、具体实施方式

下面详细说明利用本发明消除柱面自由立体显示器图像串扰的一个典型实施例，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。

一台22寸基于液晶面板的具有9个独立视点的柱面光栅自由立体显示器，其光栅周期为0.7937mm，倾斜角度为21.3083度。液晶面板子像素水平宽度为0.0947mm，高度是宽度的3倍，形状为长方形，能够显示的最大灰度值为255。

如附图6所示，根据9个视点对应的聚焦线跨越第一个子像素的长度分别为(2.5467×10^-1，4.3361×10^-2，0，0，0，0，0，0，4.3361×10^-2)，单位为毫米。根据它们的比值计算出串扰系数为(0.7459，0.1270，0，0，0，0，0，0，0.1270)。

根据视差图像内容确定第一个立体像素各个视点理想显示灰度为(100，120，110，90，100，150，200，255，100)。

求解方程组：

\{\begin{matrix} 0.7459 X_{1} + 0.1270 X_{2} + 0.00 X_{3} + 0.00 X_{4} + 0.00 X_{5} + 0.00 X_{6} + 0.00 X_{7} + 0.00 X_{8} + 0.1270 X_{9} = 100 \\ 0.1270 X_{1} + 0.7459 X_{2} + 0.1270 X_{3} + 0.00 X_{4} + 0.00 X_{5} + 0.00 X_{6} + 0.00 X_{7} + 0.00 X_{8} + 0.00 X_{9} = 120 \\ 0.00 X_{1} + 0.1270 X_{2} + 0.7459 X_{3} + 0.1270 X_{4} + 0.00 X_{5} + 0.00 X_{6} + 0.00 X_{7} + 0.00 X_{8} + 0.00 X_{9} = 110 \\ 0.00 X_{1} + 0.00 X_{2} + 0.1270 X_{3} + 0.7459 X_{4} + 0.1270 X_{5} + 0.00 X_{6} + 0.00 X_{7} + 0.00 X_{8} + 0.00 X_{9} = 90 \\ 0.00 X_{1} + 0.00 X_{2} + 0.00 X_{3} + 0.1270 X_{4} + 0.7459 X_{5} + 0.1270 X_{6} + 0.00 X_{7} + 0.00 X_{8} + 0.00 X_{9} = 100 \\ 0.00 X_{1} + 0.00 X_{2} + 0.00 X_{3} + 0.00 X_{4} + 0.1270 X_{5} + 0.7459 X_{6} + 0.1270 X_{7} + 0.00 X_{8} + 0.00 X_{9} = 150 \\ 0.00 X_{1} + 0.00 X_{2} + 0.00 X_{3} + 0.00 X_{4} + 0.00 X_{5} + 0.1270 X_{6} + 0.7459 X_{7} + 0.1270 X_{8} + 0.00 X_{9} = 200 \\ 0.00 X_{1} + 0.00 X_{2} + 0.00 X_{3} + 0.00 X_{4} + 0.00 X_{5} + 0.00 X_{6} + 0.1270 X_{7} + 0.7459 X_{8} + 0.1270 X_{9} = 255 \\ 0.1270 X_{1} + 0.00 X_{2} + 0.00 X_{3} + 0.00 X_{4} + 0.00 X_{5} + 0.00 X_{6} + 0.00 X_{7} + 0.1270 X_{8} + 0.7459 X_{9} = 100 \end{matrix}

得到第一个立体像素对应子像素实际显示灰度为(102，125，112，86，93，153，191，298，66)。将大于255的数置为255，结果为(102，125，112，86，93，153，191，255，66)。

在实际显示中，由于串扰的存在，不采用该方法的时候，该立体像素视点之间显示图像灰度为(102.5300，116.1780，108.7190，93.8010，105.0700，149.9850，200.6150，228.3045，119.6750)，采用该方法后为(100.3388，120.4155，110.3378，90.1824，99.7217150.1907，194.2829，222.8435，94.5684)，与理想值的比较如附图7所示，可见该方法减小了串扰。

采用同样的串扰系数矩阵，通过对每个立体像素的子像素的实际显示灰度和理想显示灰度建立方程组并求解，得到液晶面板上所有子像素显示灰度。将理想显示灰度和实际显示灰度分别赋予该柱面光栅自由立体显示器。前者显示的立体图像明显存在串扰，图像略显模糊且观看不舒适；后者显示的立体图像串扰减小，图像清晰且观看舒适。

Claims

1.一种减小柱面光栅自由立体显示器图像串扰的方法，其步骤为：首先，在具有n个独立视点的柱面透镜光栅自由立体显示器中，根据n个视点对应的聚焦线跨越立体像素第一个子像素的长度的比值计算出第一个子像素对各个视点的串扰系数(a₁，a₂，...，a_n)，其次，根据立体显示内容，得到无串扰情况下该立体像素n个子像素各个视点上理想显示灰度(A₁，A₂，...，A_n)，最后通过求解方程组

\{\begin{matrix} a_{1} \times X_{1} + a_{2} \times X_{2} + . . . + a_{n - 1} \times X_{n - 1} + a_{n} \times X_{n} = A_{1} \\ a_{2} \times X_{1} + a_{3} \times X_{2} + . . . + a_{n} \times X_{n - 1} + a_{1} \times X_{n} = A_{2} \\ . . . \\ a_{n - 1} \times X_{1} + a_{n} \times X_{2} + . . . + a_{n - 3} \times X_{n - 1} + a_{n - 2} \times X_{n} = A_{n - 1} \\ a_{n} \times X_{1} + a_{1} \times X_{2} + . . . + a_{n - 2} \times X_{n} + a_{n - 1} \times X_{n} = An \end{matrix}

得到立体像素中n个子像素实际显示灰度(X₁，X₂，...，X_n)，并将解中的负数置零，将大于显示器能够显示的灰度最大值的解置为显示器能够显示的灰度最大值，然后将该实际显示灰度赋予显示器进行图像显示，得到视点图像间串扰减小的立体显示效果。