CN101917640B - 基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置，该装置包括一图像显示屏、灰度屏I和灰度屏II，灰度屏I和灰度屏II依次放置在图像显示屏前方，灰度屏I与图像显示屏紧贴放置，灰度屏II与灰度屏I间隔x放置，并且图像显示屏的像素与灰度屏I和灰度屏II的像素相同，并确保三者的对应像素在垂直投影方向上对齐；图像显示屏的第i行第j列像素显示的红、绿、蓝颜色分量分别为R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)；灰度屏I和灰度屏II的第i行第j列像素显示的灰度值分别为H₁(i，j)和H₂(i，j)。该装置实现了立体分辨率不降低的多视点自由立体显示。

Description

基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置

一、技术领域

本发明涉及自由立体显示技术，更具体地说，本发明涉及多视点自由立体显示技术。

二、背景技术

多视点自由立体显示技术是指能为观看者在多个位置提供裸眼观看立体画面的立体显示技术。多视点自由立体显示装置结构简单，无需佩戴立体眼镜，给观看者带来方便。

多视点自由立体显示装置一般由图像显示屏与柱面光栅或狭缝光栅构成，一个立体场景的N(N大于等于2)幅视差图像合成后显示在图像显示屏上，利用柱面光栅的折射或狭缝的挡光将图像显示屏上的视差图像的光线在观看区域分开，形成立体观看区域，观看者两眼分别接受其中的两幅视差图像(左视差图像和右视差图像)，从而产生立体感。众所周知，对于这类基于柱面光栅或狭缝光栅的多视点自由立体显示装置，观看者看到的立体图像的分辨率是图像显示屏分辨率的1/N。显然，立体图像的分辨率大大降低了，很难满足观看者对高清晰立体图像的要求。

三、发明内容

本发明提出了一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置，如附图1所示，该装置包括一图像显示屏、灰度屏I和灰度屏II组成，灰度屏I和灰度屏II依次放置在图像显示屏前方，灰度屏I与图像显示屏紧贴放置，灰度屏II与灰度屏I间隔x放置，并且图像显示屏的像素与灰度屏I和灰度屏II的像素相同，并确保三者的对应像素在垂直投影方向上重合。

优选地，在该所述装置中，所述图像显示屏的第i行第j列像素显示的红、绿、蓝颜色分量分别为R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)，其中，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)的值可由下式计算得到：

$R(i,j)=(\frac{3\×R_l(i,j)}{R_l(i,j)+G_l(i,j)+B_l(i,j)}+\frac{3\×R_r(i,j)}{R_r(i,j)+G_r(i,j)+B_r(i,j)})/2\×255---\left(1a\right)$

$G(i,j)=(\frac{3\×G_l(i,j)}{R_l(i,j)+G_l(i,j)+B_l(i,j)}+\frac{3\×G_r(i,j)}{R_r(i,j)+G_r(i,j)+B_r(i,j)})/2\×255---\left(1b\right)$

$B(i,j)=(\frac{3\×B_l(i,j)}{R_l(i,j)+G_l(i,j)+B_l(i,j)}+\frac{3\×B_r(i,j)}{R_r(i,j)+G_r(i,j)+B_r(i,j)})/2\×255---\left(1c\right)$

式中R_l(i，j)、G_l(i，j)、B_l(i，j)分别表示立体场景的左视差图像第i行第j列像素的红、绿、蓝颜色分量，R_r(i，j)、G_r(i，j)、B_r(i，j)分别表示立体场景右视差图像第i行第j列像素的红、绿、蓝颜色分量。

优选地，在该所述装置中，所述灰度屏I和灰度屏II的第i行第j列像素显示的灰度值分别为H₁(i，j)和H₂(i，j)，其中，H₁(i，j)由下式计算得到：

$\frac{H_1(i,j)}{255}\×\frac{H_2(i,j)}{255}\×\left[\frac{R(i,j)+G(i,j)+B(i,j)}{3}\right]=\left[\frac{R_l(i,j)+G_l(i,j)+B_l(i,j)}{3}\right]---\left(2a\right)$

$\frac{H_1(i,j+1)}{255}\×\frac{H_2(i,j)}{255}\×\left[\frac{R(i,j+1)+G(i,j+1)+B(i,j+1)}{3}\right]=\left[\frac{R_r(i,j)+G_r(i,j)+B_r(i,j)}{3}\right]---\left(2b\right)$

其中H₁(i，j)、H₂(i，j)和H₁(i，j+1)任意一个取0～1中的任意数值。

优选地，在该所述装置中，所述灰度屏I和灰度屏II之间的距离x的计算公式为：

其中，d为观看者眼睛与所述灰度屏II之间的距离，s为图像显示屏的像素节距，e为观看者双眼间距。

本发明的图像显示屏就是指能显示彩色图像的液晶显示屏、等离子显示屏、有机电致发光显示屏和投影屏等。图像显示屏以像素为单位，每个像素包含红、绿、蓝三个子像素，用于显示彩色信息。灰度屏I和灰度屏II是任何光强透过型的显示屏，它们的透光程度依赖于灰度值的大小，灰度值越大，透过的光越多；反之，灰度值越小，透过的光越少。灰度屏I和灰度屏II以像素为单位，不包含子像素。

观看者在图像显示屏的正前方距离灰度屏II的距离为d的地方透过灰度屏I和灰度屏II观看图像显示屏时，在观看者双眼中产生的叠加效果图像就是相应的立体场景的左视差图像和右视差图像，从而使观看者产生立体感。由于人眼看到的图像分辨率等于灰度屏的分辨率，而灰度屏的分辨率等于立体场景的左视差图像和右视差图像的分辨率，所以左右眼看到的立体图像没有分辨率的损失，这就实现了全分辨率的多视点自由立体显示。

四、附图说明

附图1为基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置。

附图2为立体场景的左视差图。

附图3为立体场景的右视差图。

附图4为实例中的彩色显示屏显示的内容。

附图5为实例中的灰度屏I显示的内容。

附图6为实例中的灰度屏II显示的内容。

附图7为基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置的一个实例。

附图8为观看者观看实例装置实际看到的左视差图像。

附图9为观看者观看实例装置实际看到的右视差图像。

上述附图中的图示标号为：

(1)灰度屏I，(2)灰度屏II，(3)图像显示屏，(4)眼睛

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

下面详细说明利用本发明基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置的一个典型实施例，对本发明进行进一步的描述。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。

本发明提出了一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置，如附图1所示，其中，该装置包括一图像显示屏、灰度屏I和灰度屏II组成，灰度屏I和灰度屏II依次放置在图像显示屏前方，灰度屏I与图像显示屏紧贴放置，灰度屏II与灰度屏I间隔x放置，并且图像显示屏的像素与灰度屏I和灰度屏II的像素相同，并确保三者的对应像素在垂直投影方向上重合。

在该所述装置中，所述图像显示屏的第i行第j列像素显示的红、绿、蓝颜色分量分别为R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)，其中，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)的值可以但不唯一地由以下公式计算确定：

$R(i,j)=(\frac{3\×R_l(i,j)}{R_l(i,j)+G_l(i,j)+B_l(i,j)}+\frac{3\×R_r(i,j)}{R_r(i,j)+G_r(i,j)+B_r(i,j)})/2\×255---\left(1a\right)$

$G(i,j)=(\frac{3\×G_l(i,j)}{R_l(i,j)+G_l(i,j)+B_l(i,j)}+\frac{3\×G_r(i,j)}{R_r(i,j)+G_r(i,j)+B_r(i,j)})/2\×255---\left(1b\right)$

$B(i,j)=(\frac{3\×B_l(i,j)}{R_l(i,j)+G_l(i,j)+B_l(i,j)}+\frac{3\×B_r(i,j)}{R_r(i,j)+G_r(i,j)+B_r(i,j)})/2\×255---\left(1c\right)$

式中，R_l(i，j)、G_l(i，j)、B_l(i，j)分别表示立体场景的左视差图像第i行第j列像素的红、绿、蓝颜色分量，R_r(i，j)、G_r(i，j)、B_r(i，j)分别表示立体场景右视差图像第i行第j列像素的红、绿、蓝颜色分量。

在该装置中，灰度屏I和灰度屏II的第i行第j列像素显示的灰度值分别为H₁(i，j)和H₂(i，j)，其中，H₁(i，j)、H₂(i，j)由下式计算得到：

$\frac{H_1(i,j)}{255}\×\frac{H_2(i,j)}{255}\×\left[\frac{R(i,j)+G(i,j)+B(i,j)}{3}\right]=\left[\frac{R_l(i,j)+G_l(i,j)+B_l(i,j)}{3}\right]---\left(2a\right)$

$\frac{H_1(i,j+1)}{255}\×\frac{H_2(i,j)}{255}\×\left[\frac{R(i,j+1)+G(i,j+1)+B(i,j+1)}{3}\right]=\left[\frac{R_r(i,j)+G_r(i,j)+B_r(i,j)}{3}\right]---\left(2b\right)$

其中H₁(i，j)、H₂(i，j)和H₁(i，j+1)任意一个取0至1中的任意数值。

在该装置中，所述灰度屏I和灰度屏II之间的距离x可以但不唯一地由以下公式确定：其中，d为观看者眼睛与所述灰度屏II之间的距离，s为图像显示屏的像素的节距，e为观看者双眼间距。当图像显示屏的像素为正方形时，所述节距为该像素的边长；当图像显示屏的像素为长方形时，所述节距为该像素的长度或宽度；当图像显示屏的像素为圆形时，所述节距为该像素的直径。

本发明的图像显示屏可以使能显示彩色图像的液晶显示屏、等离子显示屏、有机电致发光显示屏或投影屏等。图像显示屏以像素为单位，每个像素包含红、绿、蓝三个子像素，用于显示彩色信息。灰度屏I和灰度屏II是任何光强透过型的显示屏，它们的透光程度依赖于灰度值的大小，灰度值越大，透过的光越多；反之，灰度值越小，透过的光越少。灰度屏I和灰度屏II以像素为单位，不包含子像素。

观看者在图像显示屏的正前方距离灰度屏II的距离为d的地方透过灰度屏I和灰度屏II观看图像显示屏时，在观看者双眼中产生的叠加效果图像就是相应的立体场景的左视差图像和右视差图像，从而使观看者产生立体感。由于人眼看到的图像分辨率等于灰度屏的分辨率，而灰度屏的分辨率等于立体场景的左视差图像和右视差图像的分辨率，所以左右眼看到的立体图像没有分辨率的损失，这就实现了全分辨率的多视点自由立体显示。

取某个立体场景的左视差图像和右视差图像，如附图2和附图3所示，它们的分辨率为608×480，图像显示屏的正方形像素的节距为0.282mm，普通人的双眼间距是65mm，设观看者的观看距离为230mm，由式(1a)-(1c)计算得到图像显示屏显示的彩色图像如附图4所示。由式(2a)-(2b)计算得到灰度屏I和灰度屏II显示的灰度图像分别如附图5和附图6所示。由式(3)计算得到灰度屏I和灰度屏II的间距为1mm，将图像显示屏与灰度屏I紧贴，并在距离灰度屏I的1mm处放置灰度屏II，这样得到如附图7所示的实例发明装置，观看者看到分辨率为608×480的立体图像。附图8和附图9分别为观看者观看该实例装置实际看到的左视差图像和右视差图像。

Claims (7)

1.一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置，其特征在于：该装置包括一图像显示屏、一灰度屏I和一灰度屏II，所述灰度屏I和所述灰度屏II依次放置在所述图像显示屏前方，灰度屏I与图像显示屏紧贴放置，所述灰度屏II与所述灰度屏I间距x放置；所述图像显示屏、所述灰度屏I和所述灰度屏II的像素相同，并且所述图像显示屏、所述灰度屏I和所述灰度屏II三者对应的像素在垂直投影方向上重合。

2.根据权利要求1所述的一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置，其特征在于，所述图像显示屏的第i行第j列像素显示的红、绿、蓝颜色分量分别为R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)，其中，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)可以由以下计算公式得到：

其中，R_l(i，j)、G_l(i，j)、B_l(i，j)分别表示立体场景的左视差图像第i行第j列像素的红、绿、蓝颜色分量，R_r(i，j)、G_r(i，j)、B_r(i，j)分别表示立体场景的右视差图像第i行第j列像素的红、绿、蓝颜色分量。

3.根据权利要求2所述的一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置，其特征在于，所述灰度屏I和所述灰度屏II的第i行第j列像素显示的灰度值分别为H₁(i，j)和H₂(i，j)，其中，H₁(i，j)和H₂(i，j)可以由以下计算公式得到：

其中，H₁(i，j+1)取0至1中的任意数值。

4.根据权利要求1所述的一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置， 其特征为，所述灰度屏I和所述灰度屏II之间的间距x的计算公式为： 

其中，d为观看者眼睛与所述灰度屏II之间的距离，s为所述图像显示屏的像素的节距，e为观看者双眼间距。

5.根据权利要求4所述的一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置，其中，当所述图像显示屏的像素为正方形时，所述节距为该像素的边长；当所述图像显示屏的像素为长方形时，所述节距为该像素的长度或宽度；当所述图像显示屏的像素为圆形时，所述节距为该像素的直径。

6.根据权利要求1所述的一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置，其特征在于，所述图像显示屏是能显示彩色图像的液晶显示屏、等离子显示屏、有机电致发光显示屏或投影屏等显示屏。

7.根据权利要求1所述的一种基于灰度屏的全分辨率多视点自由立体显示装置，其特征在于，所述灰度屏I和所述灰度屏II是光强透过型的显示屏，所述灰度屏I和所述灰度屏II的透光程度依赖于灰度值的大小，灰度值越大，透过的光越多，反之，灰度值越小，透过的光越少。 

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