CN102194382A - 数字立体广告灯箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字立体广告灯箱，该灯箱由立体图像存储与播放处理器、平面显示屏和斜纹光栅构成。平面显示屏可以是液晶屏或者等离子屏，旋转90度置放安装，因此该灯箱展示的是竖版立体图像，与当前广告市场主流的电子灯箱形式是一致的。该发明突出的优点在于，数字立体广告灯箱能展示具有视觉冲击力的静态图像和动态视频，立体图像具有很宽的视角范围，良好的观看自由度，较高的图像清晰度。

Description

数字立体广告灯箱

技术领域：

本发明涉及一种数字立体广告灯箱，更具体地讲，涉及一种可播放文字、图像和视频广告的自动立体广告灯箱。

背景技术：

灯箱广告是广告领域最常见的表现形式之一，已经发展出了多种形式，其中数字电子灯箱成为近期发展的重点，开始应用于机场、地铁、车站和商场，其核心组成是显示屏和图像控制器，可以循环播放静态广告画面和flash动画。另外一种由光栅立体灯片和灯箱构成的立体广告灯箱也得到了越来越广泛的应用，生动立体的图像带来的强烈的视觉冲击力是其最大优点。

不用佩戴立体眼镜的自动体视立体技术也已经被积极地研究，裸眼三维(3D)自由立体显示屏主要是基于双目视差而开发的，这与立体广告灯箱原理类似，是光栅式立体显示屏。它由显示屏加装光栅而成，分为光栅前置式和光栅后置式，即光栅可位于背光源与显示屏之间或显示屏面向观众的那面。光栅可为柱面透镜光栅或狭缝光栅，柱面透镜光栅在下文中简称柱镜透镜，狭缝光栅实际上是一种视差档板，并不是严格意义上的“光栅”，可以有多种变形结构，包括网孔，这类视差挡板下文中均简称“狭缝光栅”。通常的立体屏是光栅后置式，光栅位于显示屏和观众之间。显示屏可以是液晶显示屏LCD、等离子显示屏PDP、场发射显示屏FED、有机电致发光显示屏OLED等，目前主要采用LCD。形成立体图像的多视点视差图像同时在屏上显示，通过狭缝或柱镜光栅的分光使观看者在一定距离范围内左右眼观看到不同的视差图像，从而获得立体感。如果用于广告播放，为了扩大观看自由度，同时保持立体图像的像素大小在可接受的范围之内，图像源取景镜头的视点数一般设置为4～9。光栅立体图像的显示要求横向具有较高的分辨率，因此把一个完整的rgb像素分解为三个子像素使用，横向分辨率变成纵向的三倍，考虑到显示屏显色模版的配置方式后，合理的立体像素是倾斜排列的，对应的光栅也应该以同样的角度倾斜排列。当前主流全高清显示屏均采用16:9的横版模式，对应的多视点立体显示屏也采用了横版模式，并不能象数字电子灯箱那样简单地将立体显示屏旋转90度当竖屏使用，除非事先将显示面板竖向切割。

发明内容：

本发明公开了一种数字立体广告灯箱的结构，目的在于为广告行业提供一种可立体展示文字、图像和视频，能自由观看，具有视觉冲击力的全新广告设备。

数字立体广告灯箱由图像存储与播放处理器(1)、平面显示屏(2)和斜纹光栅(3)构成。图像存储与播放处理器(1)可完成立体图像存储，立体图像抽样合成，立体图像全高清实时显示的功能；平面显示屏(2)可以是液晶屏或者等离子屏，旋转90度竖直置放安装，因此展示的是竖版立体图像，与当前广告市场主流的电子灯箱形态上是一致的；斜纹光栅(3)可以是狭缝光栅也可以是柱镜光栅，平行安装在平面显示屏(2)之外，光栅必须与显示屏匹配，光栅线条的倾斜角度和栅距是两个重要的参数。立体图像的显示需解决视差图像的子像素如何合理地排列到显示屏的像素矩阵上，因此子像素的排列方法是立体显示最重要的依据。显示屏上的立体图像经过斜纹光栅分光，分离出的视差图像分别进入观众的左右眼，从而实现自由立体显示。

附图说明：

为了叙述的方便，在技术方案之前先对附图加以说明。

图1A是数字立体广告灯箱的结构示意图。由图像存储与播放处理器(1)、平面显示屏(2)和斜纹光栅(3)构成，图1B是其侧视图，平面显示屏(2)与斜纹光栅(3)相互平行，并保持合适的间距固定安装在一起。

图2是斜纹光栅(3)示意图。由狭缝光栅或柱镜光栅构成，狭缝光栅的线条由透光条(5)和遮光条(6)构成。

图3是平面显示屏(2)90度旋转后像素结构示意图。每个完整像素由RGB三个子像素(4)上下排列构成，是个完整的正方形像素；将完整像素拆分成子像素(4)后重新组合成新的RGB立体像素，立体像素(10)和立体像素(11)是两种有效的组合方式，然后通过斜纹光栅(3)进行分光，实现立体显示。

图4是立体图像合成的示意图，每个白色和灰色小方块均代表一个子像素(4)，全部白色子像素(4)组成一幅视差图像，被狭缝光栅的透光条(5)透过，灰色方块组成其它视差图像被狭缝光栅的遮光条(6)遮挡。把白色子像素(4)所处的区域作为一个选区，将选区右移一个方格，组成下一幅视差图像；再右移一个方格，组成第三幅视差图像，以此类推。将多幅视差源图像合成立体图像的算法就是按此规则进行的。理想的光栅应该是图4所示白色区域的楼梯形状，为了加工方便，同时观众自由行走时消除图像忽明忽暗的影响，斜纹光栅(3)变成了图2所示的直线条。

图5是楼梯形斜纹光栅示意图。是一种改进的狭缝型斜纹光栅，由透光条(5)和遮光条(6)构成。将图4中白色子像素区域全部连通后，光滑所有直角区形成的斜纹光栅具有良好的分光能力和透光性能，从而提高了立体图像的亮度和对比度，减小了左右视差图像的串扰。

下面详细说明数字立体广告灯箱的结构和实现过程。

图像存储与播放处理器(1)其实就是一台可播放高清视频的电脑主机，或者硬盘播放器，只要能完成立体图像存储、立体图像合成、立体图像实时显示的功能就行。首先，立体图像需要用分屏格式存储，所为分屏格式，就是将整块视差图像按顺序拼接成一个完整的大图，称为分屏图像，还可以将分屏图像直接编辑成全高清视频，便于压缩和管理：播放之前，先需要将全高清视频解压成序列分屏图，再将分屏图还原成多幅视差图像，按一定的规则抽样合成立体图像，实时播放出来。可见，抽样合成规则是实现立体显示的关键。

平面显示屏(2)由液晶屏或者等离子屏构成，为了展示竖版立体图像，需要将显示屏旋转90度竖直安装。子像素(4)组合成立体像素的方式有两种，如图3所示，立体像素(10)的构成方式为

R G B B R G G B R R G B B R G G B R R G B B R G G B R R G B B R G G B R

与竖直方向构成的角度为77.47°接近水平，显然，竖直的光栅具有好的分光能力，水平的光栅没有左右分光效果，这种像素结构不是好的选择。

立体像素(11)的构成方式为

R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B

与竖直方向构成的角度为71.57°，是一种可用的像素结构，本文主要对这种结构进行描述。还存在一种像素方向从右上到左下的对称结构，与之是完全等效的，不再单独说明。

下一个问题是，采用多少镜头的立体图像源合适，一般来说，采用4～9镜头都是合适的，作为广告应用，大众的观看自由度和舒适度是要重点考虑的，镜头数可定为6～9，其中7镜头视差图在拼合分屏图像时并不是一个合适的选择，可去除，因此理想的镜头数为6、8、9。本文的描述和附图均针对6镜头立体图像，8、9镜头立体图像的实现方案参照它很容易完成。

现在可以确定立体图像的清晰度，斜纹光栅(3)的倾斜角度和栅距，光栅与显示屏之间的间距等参数，以及抽样合成的规则了。

数字立体广告灯箱采用1080P的全高清显示屏，可显示清晰度为(1080/3)*(1920*3/6)的立体图像。即立体图像的清晰度为360*960，宽高比为9∶16，显然，立体像素横纵向尺度是不相等的，纵向具有更好的清晰度。获取6镜头立体图像源时，视差图像的宽高比按9∶16进行裁切，然后非等比缩放成360*960像素，按3*2块拼接成1080*1920大小的分屏图像。如果是静态图像，直接存储：如果是动态影像，先旋转90度编辑成1080P全高清视频格式再存储。如果要播放的广告内容含有较多的文字内容，文字不能设计得太小，否则看不清楚。

斜纹光栅(3)与竖直方向的倾斜角度为71.57°，栅距也可以计算出来，如果显示屏像素点的点距为d，6镜头立体图像对应的光栅栅距D

D＝d/3*6*sin71.57°*δ

其中δ为修正系数，与光栅材料折射率、光栅到显示屏之间的距离以及主流观众观看距离均有关系，其值在0.995～0.999之间，计算出光栅栅距D之后，还需要依靠试验修正，最多三次试验就能获得精确的结果。

如果应用柱镜斜纹光栅，灯箱图像具有更高的亮度，必须保持光栅与显示屏之间合适的间距，使其能准确地聚焦；如果应用狭缝斜纹光栅，灯箱图像具有更好的清晰度，其透光条(5)的宽度略大于D/6。狭缝型斜纹光栅与显示屏的间距一般在4～15mm之间，与显示屏的大小有关。

用数字立体广告灯箱直接播放平面节目也是可行的，相比平面显示器而言，其清晰度会降低，一种有效的解决方法是斜纹光栅设计成可控的。狭缝型斜纹光栅可以直接用液晶屏构成，上面分布透光条(5)和遮光条(6)，遮光条(6)是可控的，当处于透明状态时，显示屏处于平面显示状态，当遮光条(6)处于不透明状态时，显示屏处于立体显示状态。柱镜型斜纹光栅可以用一种填充双折射特性液晶材料、可实现2D/3D转换的面板代替。

抽样合成的规则是，将从1080P全高清视频还原出来的一组视差图像全部缩放成1080*1920的RGB图像，用图4中白色子像素所处的区域作为一个选区，提取第一幅视差图像相应的像素；将选区右移一个方格，从第二幅视差图像中提取相应的像素；再将选区右移一个方格，从第三幅视差图像中提取相应的像素；……。将全部6幅图像中提取的像素合并成一幅完整的立体图像。有两个问题需要注意，其一，上述抽样合成方法只是一种容易理解的规则，并不是高效率的，需要在此基础上归纳出一种高效算法，直接快速将6幅视差图像抽样合成为立体图像；其二，图4是像素的微观放大图，是显示屏像素的物理排列方式，选区对应的是物理子像素，而在数字图像中，子像素是按RGB通道分别存储的，抽样合成时需要作相应的变换。

本发明提供的数字立体广告灯箱，可以展示竖版立体文字、图像和视频，与当前广告市场主流的电子灯箱形式一致。该发明突出的优点在于，可展现具有视觉冲击力的图像和动态视频，立体图像具有很宽的视角范围，良好的观看自由度，较高的图像清晰度。

具体实施方式：

用47英寸的全高清液晶屏组建一台数字立体广告灯箱。

准备一个47英寸的液晶屏，转置90°竖向安装在灯箱的固定支架上，液晶屏的像素点距为0.5436mm。用激光照排机输出一张斜纹光栅菲林，光栅有效面积为600*1060mm，光栅线条与竖直方向的夹角为71.57°，光栅栅距为1.0285mm，透光条宽0.18mm。将菲林裱贴在厚度为4mm的玻璃上，安装在显示屏的前方，菲林面与显示屏表面间距为10mm。将一个具有HDMI接口的微型主机安装在固定支架上，与液晶屏的信号输入HDMI接口相连，实现像素的点对点显示，微型主机带有硬盘存储器及USB接口，用来拷贝和存储立体广告节目。除立体显示窗口外，整个灯箱装置用外壳封装起来，并在背面预留电源线、开关及USB数据接口。6视点的视频节目以分屏格式存放在硬盘上，主机上安装的立体视频播放软件以每秒24帧以上的速度完成以下功能：全高清视频解码成单帧分屏格式图像，再拆分成6幅一组的视差图像，按抽样合成规则将6幅视差图合成一幅立体图像，以点对点方式显示在屏幕上。关于视差图像的获取方式已经是众所周知的知识，因此不再这里累述。

照搬同样的方法可以实现数字立体广告灯箱8视点或9视点立体显示，这里不再详述。

本发明将显示器的横屏竖用可产生理想的立体显示效果并不是显然的，其中有两个观念需要突破，其一是传统观念认为自由立体显示需要较高的横向分辨率，而子像素是横向排列的，可以获得3倍的横向分辨率，因此不能横屏竖用；其二，竖直光栅具有良好的立体显示能力，而横向光栅不能应用在立体显示上，因此近似于横向的大角度光栅用于立体显示并不是显而易见的，需要有益的尝试和精确的实验验证。显而易见的横屏竖用应该是与竖直光栅配合使用，适合2～3镜头立体显示，当镜头数增加到4个时，横向像素数已经减少到270。

Claims (8)

1.一种数字立体广告灯箱，其特征在于，灯箱由图像存储与播放处理器(1)、平面显示屏(2)和斜纹光栅(3)构成，图像存储与播放处理器(1)完成立体图像存储、抽样合成、实时显示，平面显示屏(2)采用液晶屏或者等离子屏，旋转90度竖直安装，可显示竖版图像，像素点的RGB子像素是竖向排列的，斜纹光栅(3)采用狭缝光栅或柱镜光栅，平行安装在平面显示屏(2)外侧。

2.如权利要求1所述的数字立体广告灯箱，其特征还在于，立体像素(10)的构成方式为R G B B R G G B R R G B B R G G B R......R G B B R G G B R，斜纹光栅(3)的光栅线条与竖直方向构成的角度为77.47°。

3.如权利要求1所述的数字立体广告灯箱，其特征还在于，立体像素(11)的构成方式为R G B R G B R G B R G B R G B R G B......R G B R G B R G B，斜纹光栅(3)的光栅线条与竖直方向构成的角度为71.57°。

4.如权利要求3所述的数字立体广告灯箱，其特征还在于，平面显示屏(2)采用1080P的全高清显示屏，其播放的立体广告节目是采用6镜头摄取的，立体图像的清晰度为360*960，斜纹光栅栅距D＝d/3*6*sin71.57°*δ，其中δ为修正系数，其值在0.995～0.999之间，d为显示屏像素点的点距。

5.如权利要求4所述的数字立体广告灯箱，其特征还在于，摄取6镜头立体图像源时，图像的宽高比按9∶16进行裁切，非等比缩放成360*960像素，按3*2块拼接成1080*1920大小的分屏图像，然后旋转90度编辑成1080P全高清视频格式进行存储。

6.如权利要求3所述的数字立体广告灯箱，其特征还在于，斜纹光栅(3)采用一种改进的狭缝光栅，楼梯状的透光区域全部连通后，光滑所有直角区形成边界光滑连通的透光条(5)。

7.如权利要求3或6所述的数字立体广告灯箱，其特征还在于，狭缝型斜纹光栅可以用液晶板制成，上面分布透光条(5)和遮光条(6)，遮光条(6)是电可控的，当处于透明状态时，显示屏处于平面显示状态，当遮光条(6)处于不透明状态时，显示屏处于立体显示状态。

8.如权利要求3所述的数字立体广告灯箱，其特征还在于，其播放的立体广告节目是采用8镜头或9镜头摄取。

Images