CN101924952A - Led显示屏的裸眼立体成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED显示屏的裸眼立体成像方法及系统，包括以下步骤：1)在LED显示屏的显示面上平铺有至少两个柱面透镜，所述柱面透镜的光轴与LED显示屏的列像素平行；2)使得相邻的所述柱面透镜的柱面中心距离等于LED显示屏的偶数个像素的几何宽度之和；3)所述LED显示屏显示图像，所述柱面透镜将图像均分成条纹状子图像。有益效果是：本发明能够利用已有设备，在经济性及使用灵活性等方面具有非常明显优势，将大大提高户外显示屏的显示效果。

Description

LED显示屏的裸眼立体成像方法及系统

技术领域

本发明涉及立体成像领域，尤其涉及一种LED显示屏的裸眼立体成像方法及系统。

背景技术

目前，我们观看立体影像时一般需要佩戴3D眼镜，以达到观看立体影像的目的。

早期的红绿滤色透镜技术原理是这样实现的：如果分别用红笔和绿笔在一张白纸上写字，透过红色镜片后，白纸也变成了红色，眼睛就看不到红色笔写下的字，但是可以看到绿笔写下的字；同理，透过绿色镜片看纸当然就看不到绿字，只能看到红笔的字迹。这样，通过这副红绿眼镜的过滤处理，两只眼睛各自就看到了，由两部摄影机拍摄的不太一样的画面，最终两幅画面的叠加就形成了立体视觉，这是立体电影红绿滤色透镜技术。

后来的被动式DLP 3D数字电影技术是目前国际上主要应用的3D电影技术，使用的眼镜应该叫圆偏振技术眼镜。观看效果上比线偏振有了质的飞跃。在使用线偏振眼镜看立体电影时，应始终保持眼镜处于水平状态，使水平偏振镜片看到水平偏振方向的图像，而垂直偏振镜片看到垂直偏振方向的图像。如果眼镜略有偏转，垂直偏振镜片就会看见一部分水平方向的图像，水平偏振镜片也会看见一部分垂直方向的图像，左、右眼就会看到明显的重影。而圆偏振光偏振方向是有规律的旋转着的，它可分为左旋偏振光和右旋偏振光，它们相互间的干扰非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影像。现在看偏振形式的3D电影时，观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片，另一个是右旋偏振片，也就是说观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面，通过人的视觉系统产生立体感。

另外，由日本研制的LCD立体显示器已商品化，但由于光源亮度问题，该LCD立体显示系统不能在室外使用。而LED显示屏由于其显示亮度高，拼接面积大，已成为现代室外信息显示的主要媒体，在购物引导和广告宣传等方面发挥了积极作用。由于LED显示屏的受众在户外活动时，一般是随机地观看LED显示屏播放的画面内容，让其佩戴专业的3D眼镜，明显不符合实际。因此，如果能够对LED显示屏进行立体化处理，使得在室外观看LED显示屏内容的人群在不佩戴3D眼镜的情况下即可裸眼观看到立体效果，这对减轻观看者的负担及提高视觉冲击力具有重大的进步意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种利用柱透镜阵列再现立体影像原理实现LED显示屏的裸眼立体成像方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种LED显示屏的裸眼立体成像方法，包括以下步骤：

1）在LED显示屏的显示面上平铺有至少两个柱面透镜，所述柱面透镜的柱轴与LED显示屏的列像素平行；

2）使得相邻的所述柱面透镜的柱面中心距离等于LED显示屏的偶数个像素的几何宽度之和；

3）所述LED显示屏显示图像，所述柱面透镜将图像均分成条纹状子图像。

其中，所述步骤3）前还包括在LED显示屏显示图像之前通过立体图像合成软件对LED显示屏显示图像进行编辑的步骤。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种LED显示屏裸眼立体成像系统，包括LED显示屏和至少两个柱面透镜，所述柱面透镜平铺在LED显示屏的显示面上，所述柱面透镜的柱轴与LED显示屏的像素列向平行，且相邻的所述柱面透镜的中心距离等于LED显示屏的偶数个像素的几何宽度之和。

其中，所述柱面透镜的横截面呈半圆形或者扇形或者呈“D”字形。

其中，还包括图像编辑模块，所述图像编辑模块与所述LED显示屏电连接，所述图像编辑模块用于在LED显示屏显示图像之前对所述图像进行编辑。

其中，所述柱面透镜之间的间距小于或等于相邻两像素间的距离。

其中，所述柱面透镜中心厚度为透镜曲率半径的2~4倍。

其中，所述柱面透镜中心厚度为透镜曲率半径的3倍。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的国内外已研制出的LCD立体显示器不能在室外使用的缺点，本发明通过在已有的LED显示屏上加入柱面透镜的裸眼立体成像方法，利用柱面透镜对光线的折射及人眼的视觉景深，在人体的左眼和右眼中分别成像，左右眼中成像后在人脑中进行叠加，使得人眼看到的图像为立体图像。本发明不仅能够在室外使用，且能够利用已有设备，在经济性及使用灵活性等方面具有非常明显的优势，大大提高户外显示屏的显示效果。

附图说明

图1是本发明实施例的裸眼立体影像方法流程图。

图2（a）是本发明实施例的单个柱面透镜结构示意图。

图2（b）是本发明实施例的单个柱面透镜结构示意图。

图2（c）是本发明实施例的柱面透镜折射光路示意图。

图3本发明实施例的图像显示结构示意图。

图4（a）是本发明实施例的左眼图像示意图。

图4（b）是本发明实施例的右眼图像示意图。

图4（c）是本发明实施例的左右眼合成图像示意图。

图5是本发明实施例的立体观察区成像示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

我们研究发现：人的两只眼睛一左一右相隔大概6厘米，这意味着假如当你我看着一位美女时，两只眼睛是从左右两个视点分别观看的。左眼看到美女的左侧一点，右眼看到她的右侧一点。当两只眼睛看到的美女同时在视网膜上成像时，左右两面的印象合起来，就得到对她的立体感觉了。引起这种立体感觉的效应叫做“视觉位移”。正是因为视觉位移的出现，使得裸眼立体成像成为可能。

请参阅图1，本发明实施例的LED显示屏的裸眼立体成像方法，包括以下步骤：

1）在LED显示屏的显示面上平铺有至少两个柱面透镜，所述柱面透镜的柱轴与LED显示屏的列像素平行；

2）使得相邻的所述柱面透镜的柱面中心距离等于LED显示屏的偶数个像素的几何宽度之和；

3）所述LED显示屏显示图像，所述柱面透镜将图像均分成条纹状子图像。

本发明通过在已有的LED显示屏上加入柱面透镜的裸眼立体成像方法，利用柱面透镜的折射性及人眼的视觉景深，在人体的左眼和右眼中分别成像，左右眼中成像后在人脑中进行叠加，那么，人眼看到的图像就为立体图像。本发明不仅能够在室外使用，且能够利用已有设备，在经济性及使用灵活性等方面具有非常明显优势，将大大提高户外显示屏的显示效果。

上述的裸眼立体成像方法，步骤1）中的柱面透镜的截面呈半圆形或者扇形或者呈“D”字形。

上述的裸眼立体成像方法，步骤3）前还包括通过立体图像合成软件对LED显示屏显示图像进行编辑的步骤。

柱面透镜中心厚度为透镜曲率半径的2~4倍，进一步地，柱面透镜中心厚度最好为透镜曲率半径的3倍。柱面透镜之间的间距小于或等于相邻两像素间的距离。

请参阅图2，本发明实施例的柱面透镜阵列结构示意图中示出，柱透镜阵列是由许多柱面透镜紧密排布而成，这一特性使得它对图像具有“压缩”和“隔离”的作用。相邻柱面透镜中心距为t，柱面透镜中心厚度d约为透镜曲率半径r的3倍。在图片的左、右图像合成过程中，通过编辑立体图像合成软件，将左右图像均分割成若干等分，分别以条纹状态记录于各柱面透镜的光轴两边，并且每一柱面透镜的左半部都记录同一图像，当双眼透过柱透镜阵列观看图像时，柱透镜阵列又将其记录的左、右图像还原，使人双眼看到的是同一个景物的两个不同的像。于是人的意念中就产生了具有视差立体效果的深度图像。

根据此原理，将柱透镜阵列相邻柱面透镜中心距选取为LED偶数个像素的几何宽度之和，然后在显示屏对应位置上依次显示左、右视像的图像。

请参阅图3，L 处和R处的几何尺寸为相邻柱面透镜中心距的二分之一，它们分别显示左眼、右眼的图像。图中的图像对（如RiLi）必须严格对准在柱透镜阵列的某一柱面透镜内，而不应当交错于两个相邻柱面透镜之间。根据柱透镜阵列的分光原理，这样可以使得单眼在两个不同视区中看到两幅不同子图像，从而在双目中形成视差。计算机软件从左、右眼图像中提取对应位置i，2i或者3i列像素宽的图像，分别显示到LED显示屏幕上。以2列像素宽、左右两幅图像大小均为347*232为例，计算机图像合成软件首先所要显示图像的左右图像各自分割为116组，每组包含2列像素。

请参阅图4（a），（b），依照柱透镜阵列分光原理，再将左右图像同样序号的图像条顺次排列起来，如图4（c）所示 ，形成一幅新的包含立体信息的图像，即可在不带特殊眼镜的情况下，在LED显示屏幕上观看到具有纵深感的立体图像。

请参阅图5，在对两幅图像进行合成的情况下，显示图像的各列像素与柱透镜阵列严格匹配后，再经过柱透镜阵列沿不同方向上的分光产生双菱形区域为有效显示区域。在该区域内观看者的双目移动至L，R点时，单眼只能看见对应的图像，从而形成双目视差，并能感受到最佳的立体影像效果。其中，有效显示区域最宽处为最佳观看距离Dopt，在这个距离上视区宽度由进行合成的图片数决定，左右两幅图片合成时宽度为2K，此时人眼间距为K。Dmax 与 Dmin 分别为可看到立体效果的最远和最近观看距离，由图四三角形相似关系可以推出Dmin =（A+K）*Dopt/(A+2K)，Dmax =（A+K）*Dopt/A。同时可以看出能有效地显示立体图像的并不是空间任意一点，而是一些有限的区域，在有效显示区域内，观察者的左右眼分别只观看到左右图像，在有效显示区域之外，人的任何一只眼睛都可以同时观看左右两个图像并清晰分辨出两个图像。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种LED显示屏的裸眼立体成像方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）在LED显示屏的显示面上平铺有至少两个柱面透镜，所述柱面透镜的柱轴与LED显示屏的列像素平行；

2）使得相邻的所述柱面透镜的柱面中心距离等于LED显示屏的偶数个像素的几何宽度之和；

3）所述LED显示屏显示图像，所述柱面透镜将图像均分成条纹状子图像。

2.根据权利要求1所述的LED显示屏的裸眼立体成像方法，其特征在于：所述步骤3）前还包括在LED显示屏显示图像之前通过立体图像合成软件对LED显示屏显示图像进行编辑的步骤。

3.一种LED显示屏裸眼立体成像系统，其特征在于，包括LED显示屏和至少两个柱面透镜，所述柱面透镜平铺在LED显示屏的显示面上，所述柱面透镜的柱轴与LED显示屏的像素列向平行，且相邻的所述柱面透镜的中心距离等于LED显示屏的偶数个像素的几何宽度之和。

4.根据权利要求3所述的LED显示屏的裸眼立体成像系统，其特征在于：所述柱面透镜的横截面呈半圆形或者扇形或者呈“D”字形。

5.根据权利要求4所述的LED显示屏的裸眼立体成像系统，其特征在于：还包括图像编辑模块，所述图像编辑模块与所述LED显示屏电连接，所述图像编辑模块用于在LED显示屏显示图像之前对所述图像进行编辑。

6.根据权利要求3~5所述的LED显示屏的裸眼立体成像系统，其特征在于：所述柱面透镜之间的间距小于或等于相邻两像素间的距离。

7.根据权利要求3~5所述的LED显示屏的裸眼立体成像系统，其特征在于：所述柱面透镜中心厚度为透镜曲率半径的2~4倍。

8.根据权利要求7所述的LED显示屏的裸眼立体成像系统，其特征在于：所述柱面透镜中心厚度为透镜曲率半径的3倍。

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