CN101742343A - 一种光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法 - Google Patents

一种光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法 Download PDF

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本发明公开了一种光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法，包括以下步骤：(1)获取具有水平视差的多视点图像；(2)根据多视点图像视点的数目，按行、列将立体显示器划分为与视点数目相等的区域，给区域标号；(3)将目标立体图像划分成与视点图像分辨率相同数目的目标块；(4)根据立体显示器光栅倾斜角度确定子像素填充路径；(5)依次将多视点图像的子像素按填充路径填充到目标立体图像，完成多幅视点图像到立体图像的映射。所生成的立体图像各视点图像的子像素位置与立体图像的子像素位置具有对应性，经过立体显示器光栅分光后可得到没有畸变的立体图像，具有很好的立体视觉效果。

Description

一种光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法
技术领域
本发明属于光栅式自由立体显示成像技术领域，特别涉及一种光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法。
技术背景
自由立体显示技术由于其不需要配戴立体眼镜就可以使观察者看到具有立体显示效果的图像，近年来倍受众多研究者的关注。目前已经开发出了各种立体显示的产品，其中有平板遮掩、条纹光栅、棱柱镜和全息显示等。与其它自由立体显示技术相比，光栅式立体显示以其产品加工容易、立体效果好等优点，发展迅速，成为自由立体显示技术的主要发展方向。
光栅式自由立体显示设备由在2D平面显示设备上加装光栅制成，可以分为光栅前置式和光栅后置式两种，前置式光栅放置在显示屏和观察者之间，后置式光栅放置在平面显示设备的背光源与显示屏之间。光栅又可分为几种，有狭缝光栅，柱面透镜光栅和点阵式光栅，其中点阵式光栅应用较少。每种光栅都是起到对显示设备发出的图像光线分光的作用，使对应的光束分别进入人的左眼和右眼，利用人两眼视差，观察者可以看到虚幻的立体图像。狭缝光栅由一条条不透明的黑色线条间隔透明线条构成，俗称黑光栅，显示设备的光线一部分被狭缝光栅遮挡，造成亮度损失。柱面透镜光栅利用透镜对光的折射原理，没有造成显示设备的亮度损失。
光栅式自由立体显示设备要想得到十分逼真的立体效果，只有光栅进行分光是不够的，还要求原始2D图像来自成像物体的不同视点，一般对于N视点(N＞＝2)的自由立体显示设备需要有N个不同视点的图像，N个视点在水平方向上有视差偏移。对来自不同视点的2D图像的像素进行重新排列后在自由立体显示设备上播放才会产生立体效果。
目前，在计算机上彩色图像都是由RGB(红、绿、蓝)三原色水平排列组成的像素表示的。像素一般是方形的，因此，RGB每个子像素在显示平面上都是宽高比为1∶3的小矩形。
观察者在不同的视点同时观看不同的两幅视点图像，视点的个数势必影响合成的立体图像的分辨率。视点越多合成立体图像的分辨率越低。并且如果仅仅在水平方向上平行排列各视点的图像必造成水平分辨率和垂直分辨率的失衡，降低观察者的舒适感。
发明内容
为了实现高效率的立体图像合成，并达到较好的立体视觉效果，本发明提出了一种新的光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法，合成算法的主要内容就是将组成各视点图像的RGB子像素按算法逻辑填充到立体图像中去。
本发明与现有技术相比，所生成的立体图像，各视点图像的子像素位置与立体图像的子像素位置具有对应性，经过立体显示器光栅分光后可得到没有畸变的立体图像，具有很好的立体视觉效果。
附图说明
图1是本发明立体图像合成算法的流程图。
图2是本发明多视点图像在立体显示器上的划分示意图。
图3是本发明光栅条纹放置示意图。
图4是本发明立体图像子像素填充示意图。
图5是本发明多视点图像子像素在立体图像上的排序示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
本发明的多视点图像合成方法是基于柱面透镜光栅。
其流程图如附图1所示。过程如下：
为了说明方便，定义如下变量：
立体显示器水平分辨率：W；
立体显示器垂直分辨率：H；
视点图像的水平分辨率：Wv；
视点图像的垂直分辨率：Hv；
多视点图像视点数：N；
立体显示器划分区域行数：Nx；
立体显示器划分区域列数：Ny；
立体图像的水平方向目标块数：Wb；
立体图像的垂直方向目标块数：Hb；
(1)获取具有水平视差的多视点图像
多视点图像有几种获取方法。可以通过水平放置等距且对准一个目标的多个照相机(摄像机)同时拍摄获得；也可以通过一个照相机(摄像机)间隔一定角度拍摄一个视点的图像，共拍摄合成立体图像需要数目的视点的方式获得；对于计算机内的3D模型，可以通过前面类似的方式布置虚拟相机获得。
(2)根据多视点图像视点的数目，按行、列将立体显示器划分为与视点数目相等的区域，并给区域标号
为了平衡立体显示器在水平和垂直方向上的分辨率损失，对于普通宽高比的立体显示设备，选取视点数目N＝9，把立体显示器划分成3X3的九个区域，对应了多视点图像的九个视点，从显示器左上角开始，放置第一个视点的图像，按行优先依次放置九个视点的图像。
(3)将目标立体图像划分成与视点图像分辨率相同数目的目标块
视点图像填充的目标是立体图像。视点图像的每个像素对应立体图像的一个3X3像素的目标块。因此，可以把立体图像划分成WbXHb个目标块。立体图像目标块的行列数目与各视点图像的分辨率相同，多视点图像的每个像素对应立体图像的一个目标块，共有W/3行H/3列个目标块。
(4)根据立体显示器光栅倾斜角度确定子像素填充路径
多视点自由立体显示器光栅安置一般都有一个倾斜的角度，视点图像的子像素必须按照光栅倾斜的方向，将属于同一个像素的子像素填充到同一光栅条纹内才能显示立体效果，子像素填充方向与光栅倾斜角度有关，并与光栅倾斜方向相同。本发明选择光栅条纹的斜率与一个子像素矩形对角线与底边的夹角锐角tan值相同，光栅条纹与立体显示平面垂直方向的夹角θ＝tan-1(1/3)＝18.4943°。
同时，RGB子像素按从左到右排列，光栅条纹的倾斜方向选向左倾斜。光栅条纹的布置如附图5所示。
(5)依次将多视点图像的子像素按填充路径填充到目标立体图像，完成多幅视点图像到立体图像的映射
多视点图像子像素与立体图像子像素经过合成方法变换后具有一一对应的关系。填充时构成视点图像一个像素的RGB子像素具有从属关系，因为R子像素在最左边，一般首先确定R子像素的位置，则G、B子像素一定在确定的填充路径上的相应位置。按照附图5所示填充子像素的顺序。表现为视点图像上第M行第N列个红色子像素R对应立体图像上第M行N列个目标块，视点图像子像素R在立体图像目标块上确定位置(Rx，Ry)后，则子像素G的位置为(Rx+1，Ry+1)，子像素B的位置为(Rx+2，Ry+2)。每一视点每一子像素R在目标块上的位置变化规律是按照3X3个目标块重现。
如附图5所示，第一视点图像的第一个子像素R填充到目标立体图像的第一个目标块的左上角(0，0)，则子像素G的位置为(1，1)，子像素B的位置为(2，2)。第二视点图像的第一个子像素R填充到第一视点第一个子像素R的下方坐标为(1，0)，其对应的子像素G为(2，1)，子像素B为(3，2)，依次类推。
目标立体图像上每一目标块需要的子像素数据从视点图像上对应像素的子像素取得，例如，目标块(0，0)需要的子像素从各视点图像(0，0)像素取得。
在立体图像上视点图像子像素的排列规律为，各视点图像子像素R按列依次排列，其对应子像素G在子像素R的下一行下一列，B在G的下一行下一列。当视点图像完成一个循环后再从第一视点图像开始，直到填充完成整个立体图像。
以平面2D分辨率为1600X1200的立体显示器为例，按照附图3所示倾角安装光栅。计算得视点图像的分辨率为Wv＝[1600/3]＝533，Hv＝[1200/3]＝400，其中[·]代表取整操作，将视点图像分别按附图1视图顺序进行标记。将分辨率为1600X1200目标立体图像划分目标块，共有Wb＝Wv＝533列，Hb＝Hv＝400行目标块。
首先填充第一个目标块。取第一视点图像上的第一个像素，每个像素填充以子像素R为基点填充，在附图5第一目标块中找出第一视点图像R子像素标号位置，然后将第一视点图像上的第一个子像素R填充上去，按照光栅条纹方向，第二个子像素G填充在第一个子像素R的下一行下一列，第三个子像素B填充在G的下一行下一列。依此类推，填充整个立体图像。按此方法合成的立体图像能够取得很好的立体效果。

Claims (4)

1.一种光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法，包括以下步骤：
步骤一：获取具有水平视差的多视点图像；
步骤二：根据多视点图像视点的数目，按行、列将立体显示器划分为与视点数目相等的区域，给区域标号；
步骤三：将目标立体图像划分成与视点图像分辨率相同数目的目标块；
步骤四：根据立体显示器光栅倾斜角度确定子像素填充路径；
步骤五：依次将多视点图像的子像素按填充路径填充到目标立体图像，完成多幅视点图像到立体图像的映射。
2.根据权利要求1所述的一种光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法，其特征在于：所述步骤一为利用一个或多个照相机或摄像机水平分布获取多视点图像。
3.根据权利要求1所述的一种光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法，其特征在于：所述步骤三为将目标立体图像被分割成具有视点图像像素数目的小块；分割后，目标立体图像上一行的目标块数等于视点图像的行分辨率，一列的目标块数等于视点图像的列分辨率。
4.根据权利要求1所述的一种光栅式立体显示子像素级立体图像合成方法，其特征在于：所述步骤四为按照视点图像的子像素按照光栅倾斜的方向，将属于同一个像素的子像素填充到同一光栅条纹内。
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