CN102510515A - 一种光栅式多视点立体图像合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光栅式多视点立体图像合成方法，包括下述步骤：（1）获取柱镜光栅节距参数p；（2）获取光栅倾斜角度参数

；（3）获取立体显示亚像素及分辨率参数；（4）根据柱镜光栅节距、光栅倾斜角度及立体显示亚像素的大小确定视点个数；（5）获得子像素与视点的映射关系，即根据立体显示光栅倾斜角度确定子像素填充路径；（6）子像素映射表完成后，依次将多视点图像的像素按填充路径填充到目标立体图像中即可。本发明的优点在于：经过立体显示器光栅分光可得到没有畸变的立体图像，具有很好的立体视觉效果。

Description

一种光栅式多视点立体图像合成方法

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多视点立体图像合成方法。

技术背景

自由立体显示技术由于其不需要佩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，近年来备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。与其他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，利用人双眼视差，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

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的光栅式多视点立体图像合成方法，实现了高效率的立体图像合成，并达到较好的立体视觉效果。

本发明是采用以下技术手段解决上述技术问题的：一种光栅式多视点立体图像合成方法，包括下述步骤：

（1）获取柱镜光栅节距参数p；

（2）获取光栅倾斜角度参数                                               

；

（3）获取立体显示亚像素及分辨率参数；

（4）根据柱镜光栅节距、光栅倾斜角度及立体显示亚像素的大小确定视点个数；

（5）获得子像素与视点的映射关系，即根据立体显示光栅倾斜角度确定子像素填充路径；

（6）子像素映射表完成后，依次将多视点图像的像素按填充路径填充到目标立体图像中即可。

该发明进一步具体为：

所述柱镜光栅节距p：

1.407mm；倾斜角为

，=2/9 ，设逆时针旋转为正角度；显示器的亚像素大小为：0.1805mm，显示器的分辨率大小为：1920*1080，亚像素总数1920*3*1080；视点个数为：

。

上述步骤（5）获得子像素与视点的映射关系的流程如下：

第一步：建立一坐标系，建立好坐标系后，根据倾斜角确定柱镜边缘的直线方程；

第二步：求柱镜边缘直线与每一行亚像素底边交点的坐标；

第三步：判断柱镜边缘直线与其亚像素交点所在亚像素的序列号；

第四步：判断好序列号后，判断其面积大小，符合要求则该序号像素作为第一视角像素，不符合时，其下一亚像素作为第一视角子像素；

第五步：确定好该行的某一像素视角后，其余的视角将全部被确定；

第六步：依次对所有行进行处理。

上述步骤（5）获得子像素与视点的映射关系的第一步到第三步的详细步骤如下：

第一步：建立一坐标系，向右为

方向正方向，向下为

方向正方向，以亚像素为研究对像，列方向序号为

，

(1,5760)，行方向的序号为;

 (1,1080)，每个柱镜周期在

方向覆盖8亚像素，柱镜的左边缘的序号为（1，1），亚像素分隔为两部分，当亚像素被柱镜边缘所分隔时，其被作为完整的亚像素归划给占有其较大面积的柱镜，只要确定了其中一个亚像素所属的视角，同一行中其它亚像素的视角也随着被确定，建立好坐标系后，根据倾斜角确定柱镜边缘的直线方程：，其中，

；

第二步：求柱镜边缘直线与每一行亚像素底边交点的坐标

，对于第一行，

，交点横坐标为；

第三步：柱镜边缘直线与其亚像素交点所在亚像素的序列号为

。

本发明的优点在于：所生成的立体图像，各视点图像的像素位置与立体图像的像素位置具有对应性，经过立体显示器光栅分光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 是本发明立体显示器坐标系。

图2 是本发明柱镜边缘像素确定。

具体实施方式

本发明一种新的光栅式多视点立体图像合成方法包括下述步骤：

（1）获取柱镜光栅节距参数：

       柱镜光栅节距p：1.407mm；

（2）获取光栅倾斜角度参数：

        倾斜角为

，

=2/9 （设逆时针旋转为正角度）；

（3）获取立体显示亚像素及分辨率参数：

显示器的亚像素大小为：0.1805mm，

显示器的分辨率大小为：1920*1080（亚像素总数1920*3*1080）；

（4）根据柱镜光栅节距、光栅倾斜角度及立体显示亚像素的大小确定视点个数：

；

（5）获得子像素与视点的映射关系，即根据立体显示光栅倾斜角度确定子像素填充路径：

建立如图1所示的坐标系，向右为

方向正方向，向下为

方向正方向。以亚像素为研究对像，列方向序号为

，

(1,5760)，行方向的序号为

;

 (1,1080)，每个柱镜周期在

方向覆盖8亚像素。AB为其中一个周期柱镜的左边缘。如图1所示柱镜光栅起点恰好与LCD屏幕左上顶点相重合，柱镜的左边缘将序号为（1，1），亚像素分隔为两部分。当亚像素被柱镜边缘所分隔时，其被作为完整的亚像素归划给占有其较大面积的柱镜。如图1中所示，由柱镜光栅的倾斜角度可知，1部分的面积为整个亚像素面积的1/3，2部分的面积为整个亚像素面积的2/3。因此应该把该亚像素（序号为（1，1））归划给以该边界为左边缘的光栅。

同理可得到如图2所示的柱镜覆盖的像素，图2中直线所示为起点，为坐标原点的柱镜边缘，对比面积大小，可以得到属于该柱镜的临界像素（图2中被绘以灰度）。据上面的计算得知柱镜倾斜后其恰好能够覆盖八个亚像素宽度，因此只要确定了其中一个亚像素所属的视角，同一行中其它亚像素的视角也随着被确定。同时满足其为整数情况下的视角。

参看附图1，获得子像素与视点的映射关系的详细流程如下：

第一步：根据倾斜角确定柱镜边缘的直线方程，（本处方程为：

，其中

，

）；

第二步：求柱镜边缘直线与每一行亚像素底边交点的坐标，

，（对于第一行（

交点横坐标为

；

第三步：柱镜边缘直线与其亚像素交点所在亚像素的序列号为；

第四步：判断好序列号后，判断其面积大小，符合要求则该序号像素作为第一视角像素，不符合时，其下一亚像素作为第一视角子像素，例子：以第四行为例，

，

则与第4行相交的亚像素序列号为（3，4），该亚像素底边的坐标为

。交点的横坐标为

，计算该交点在像素底边的距离，

该距离为：

，本例中特殊，不管其取何值，该像素都应作为柱镜的边缘像素；

第五步：确定好该行的某一像素视角后，其余的视角将全部被确定，以第四行为例确定其第三像素为第一视点后，进而可以确定其前后的像视的视点数，

分别需要确定1至

，及

至5760的各视点，其中

为第一视点，

（1）            对于

至5760的亚像素，其视点个数应为

，

。

（2）            对于1至

的亚像素，其视点个数为,

；

第六步：依次对所有行进行处理。

（6）子像素映射表完成后，依次将多视点图像的像素按填充路径填充到目标立体图像中即可，完成多幅视点图像的像素位置与立体图像的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。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种光栅式多视点立体图像合成方法，其特征在于：包括下述步骤：

（1）获取柱镜光栅节距参数p；

（2）获取光栅倾斜角度参数                                               

；

（3）获取立体显示亚像素及分辨率参数；

（4）根据柱镜光栅节距、光栅倾斜角度及立体显示亚像素的大小确定视点个数；

（5）获得子像素与视点的映射关系，即根据立体显示光栅倾斜角度确定子像素填充路径；

（6）子像素映射表完成后，依次将多视点图像的像素按填充路径填充到目标立体图像中即可。

2.根据权利要求1所述的一种光栅式多视点立体图像合成方法，其特征在于：所述柱镜光栅节距p：

1.407mm；倾斜角为

，

=2/9 ，设逆时针旋转为正角度；显示器的亚像素大小为：0.1805mm，显示器的分辨率大小为：1920*1080，亚像素总数1920*3*1080；视点个数为：

。

3.根据权利要求1所述的一种光栅式多视点立体图像合成方法，其特征在于：上述步骤（5）获得子像素与视点的映射关系的流程如下：

第一步：建立一坐标系，建立好坐标系后，根据倾斜角确定柱镜边缘的直线方程；

第二步：求柱镜边缘直线与每一行亚像素底边交点的坐标；

第三步：判断柱镜边缘直线与其亚像素交点所在亚像素的序列号；

第四步：判断好序列号后，判断其面积大小，符合要求则该序号像素作为第一视角像素，不符合时，其下一亚像素作为第一视角子像素；

第五步：确定好该行的某一像素视角后，其余的视角将全部被确定；

第六步：依次对所有行进行处理。

4.根据权利要求3所述的一种光栅式多视点立体图像合成方法，其特征在于：上述步骤（5）获得子像素与视点的映射关系的第一步到第三步的详细步骤如下：

第一步：建立一坐标系，向右为

方向正方向，向下为

方向正方向，以亚像素为研究对像，列方向序号为

，

(1,5760)，行方向的序号为

;

 (1,1080)，每个柱镜周期在

方向覆盖8亚像素，柱镜的左边缘的序号为（1，1），亚像素分隔为两部分，当亚像素被柱镜边缘所分隔时，其被作为完整的亚像素归划给占有其较大面积的柱镜，只要确定了其中一个亚像素所属的视角，同一行中其它亚像素的视角也随着被确定，建立好坐标系后，根据倾斜角确定柱镜边缘的直线方程：

，其中

，

；

第二步：求柱镜边缘直线与每一行亚像素底边交点的坐标

，对于第一行，

，交点横坐标为；

第三步：柱镜边缘直线与其亚像素交点所在亚像素的序列号为

。

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