CN102724537A - 一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法，首先对分辨率可调的立体图像进行转换，其次将转换后的立体图像进行非整数误差像素补偿。本发明能够实现使同一台柱镜式立体显示器上显示几种不同分辨率的同一幅立体图像，进而达到显示分辨率兼容，以及兼容显示8、4和2视点的立体图像的目的。

Description

一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法

技术领域

本发明涉及立体显示图像子像素排布算法领域，具体为一种一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法。

背景技术

目前，利用视差法形成立体图像的主流代表为柱透镜光栅成像，该方法较简单，使用普遍。柱镜立体显示技术最早由三洋提出，后来飞利浦投入很大力量进行研究。该技术是在液晶显示屏上加一柱镜光栅板，柱镜与液晶屏的像素点精确对齐，像素平面位于柱镜的焦平面上，这样柱镜覆盖的不同像素点就被投影到不同方向，控制液晶屏的像素的显示，就可将给左右眼的可视画面分开，分别送到左、右眼中，借此以实现3D显示。

柱镜式立体显示器借由柱镜的分光作用实现3D显示，同时也必不可免的损失了显示分辨率，而且分辨率损失随着视点个数的增加而严重。观众在观看3D显示效果的时候，如果想获得不同分辨率的显示效果，这就需要研究分辨率可调的子像素排布算法，让观众随个人喜好选择想要的显示效果。而在每种分辨率情况下都会出现柱镜单元覆盖的子像素为非整数的情况，所以对各种情况都要进行子像素分数补偿。

发明内容

本发明目的是提供一种一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法，以解决现有算法中不能实现同一台立体显示器显示分辨率可调的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法，所述柱镜式立体显示器为光栅倾斜角为θ的8视点的立体显示器，其特征在于：包括以下步骤：

（1）对分辨率可调的立体图像进行转换：对于原立体图像是8视点的立体图像向k视点的立体图像转换的情况，其中k为小于8的自然数，首先分解原立体图像，然后提取8个视差图，选择其中k幅视差图像并将所选的k幅视差图像扩充为新的8个视差图，最后将新的8个视差图合成为立体图像；

对于原立体图像是k视点的立体图像欲在8视点立体显示器上显示的情况，首先分解原图像，然后提取k幅视差图，并将提取的k幅视差图扩充为8幅视差图像，最后将扩充的8幅视差图像合成为立体图像；

（2）将步骤（1）转换后的立体图像进行非整数误差像素补偿，依次包括两个步骤：

（a）首先根据立体显示器提供的柱镜精确节距即光栅柱镜单元的宽度，计算出倾斜放置时柱镜单元覆盖的子像素数n：利用公式

计算每个柱镜单元实际覆盖的子像素数n，式中W_p为自由立体显示器的子像素宽度，P为柱镜单元的节距；

（b）然后对倾斜放置的柱镜光栅中柱镜单元覆盖的子像素进行筛选，并利用筛选后的子像素合成立体图像：设自由立体显示器的视点数为x，则理论上每个柱镜单元覆盖的整数个子像素的个数为x，设配置的柱镜光栅覆盖整数子像素时的柱镜单元个数为m，m个柱镜单元覆盖的子像素中应舍去的子像素个数为n₁，利用公式|n-x|m=n₁计算得到柱镜光栅中m个柱镜单元覆盖的子像素中应舍去的子像素个数n₁，根据子像素筛选规律m个柱镜单元筛选去掉n₁个子像素后，利用剩下的子像素合成立体图像。

所述的一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法，其特征在于：步骤（1）中对于原立体图像是8视点的立体图像向k视点的立体图像转换的情况，按以下步骤转换立体图像：

（1）分解8视点立体图像，提取出各个视差图；

（2）若k=4，则选择视点3、4、5、6四幅视差图，并将所选择的4个视点扩充为8个视点，新的视点1与2由原视点3填充，新的视点3与4由原视点4填充，新的视点5与6由原视点5填充，新的视点7与8由原视点6填充；若k=2，则选择视点4、5两幅视差图，新的视点1、2、3、4和5、6、7、8分别由原视点4和5填充；

（3）将重新提取的视差图合成为立体图像。

所述的一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法，其特征在于：步骤（1）中对于原立体图像是k视点的立体图像欲在8视点立体显示器上显示的情况，按以下步骤转换立体图像：

（1）分解立体图像，提取出各个视差图像1~k；

（2）将k个视点图像扩充为8个视差图：若k=4，新的视差图1、2由原视差图像1组成，新视差图3、4由原视差图2组成，新视差图5、6由原视差图3组成，新视差图7、8由原视差图4组成；若k=2，新的视差图1、2、3、4由原视差图像1组成，新视差图5、6、7、8由原视差图2组成；

（3）将新的8个视差图像合成为立体图像。

本发明能够实现使同一台柱镜式立体显示器上显示几种不同分辨率的同一幅立体图像，进而达到显示分辨率兼容，以及兼容显示8、4和2视点的立体图像的目的。利用该算法，对于同一幅立体图像，可以改变其显示分辨率在同一台立体显示器上显示，观众可以看到不同分辨率下的该立体图像；而对于不同视点的立体视图，例如8、4和2视点的立体图像，也可以通过该算法显示在同一台立体显示器上，实现显示器显示多种分辨率的目的。

附图说明

图1为8视点立体图像转化为4视点图像的原理示意图。

图2为8视点立体图像转化为2视点图像的原理示意图。

图3为4视点的立体图像源在8视点立体显示器上显示转换的原理示意图。

图4为2视点的立体图像源在8视点立体显示器上显示转换的原理示意图。

图5为子像素舍去规律图。

具体实施方式

一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法，柱镜式立体显示器为光栅倾斜角为θ的8视点的立体显示器，包括以下步骤：

（1）对分辨率可调的立体图像进行转换：对于原立体图像是8视点的立体图像向k视点的立体图像转换的情况，其中k为小于8的自然数，首先分解原立体图像，然后提取8个视差图，选择其中k幅视差图像并将所选的k幅视差图像扩充为新的8个视差图，最后将新的8个视差图合成为立体图像；

对于原立体图像是k视点的立体图像欲在8视点立体显示器上显示的情况，首先分解原图像，然后提取k幅视差图，并将提取的k幅视差图扩充为8幅视差图像，最后将扩充的8幅视差图像合成为立体图像；

（2）将步骤（1）转换后的立体图像进行非整数误差像素补偿，依次包括两个步骤：

（a）首先根据立体显示器提供的柱镜精确节距即光栅柱镜单元的宽度，计算出倾斜放置时柱镜单元覆盖的子像素数n：利用公式

计算每个柱镜单元实际覆盖的子像素数n，式中W_p为自由立体显示器的子像素宽度，P为柱镜单元的节距；

（b）然后对倾斜放置的柱镜光栅中柱镜单元覆盖的子像素进行筛选，并利用筛选后的子像素合成立体图像：设自由立体显示器的视点数为x，则理论上每个柱镜单元覆盖的整数个子像素的个数为x，设配置的柱镜光栅覆盖整数子像素时的柱镜单元个数为m，m个柱镜单元覆盖的子像素中应舍去的子像素个数为n₁，利用公式|n-x|m=n₁计算得到柱镜光栅中m个柱镜单元覆盖的子像素中应舍去的子像素个数n₁，根据子像素筛选规律m个柱镜单元筛选去掉n₁个子像素后，利用剩下的子像素合成立体图像。

步骤（1）中对于原立体图像是8视点的立体图像向k视点的立体图像转换的情况，按以下步骤转换立体图像：

（1）分解8视点立体图像，提取出各个视差图；

（2）若k=4，则选择视点3、4、5、6四幅视差图，并将所选择的4个视点扩充为8个视点，新的视点1与2由原视点3填充，新的视点3与4由原视点4填充，新的视点5与6由原视点5填充，新的视点7与8由原视点6填充；若k=2，则选择视点4、5两幅视差图，新的视点1、2、3、4和5、6、7、8分别由原视点4和5填充；

（3）将重新提取的视差图合成为立体图像。

步骤（1）中对于原立体图像是k视点的立体图像欲在8视点立体显示器上显示的情况，按以下步骤转换立体图像：

（1）分解立体图像，提取出各个视差图像1~k；

（2）将k个视点图像扩充为8个视差图：若k=4，新的视差图1、2由原视差图像1组成，新视差图3、4由原视差图2组成，新视差图5、6由原视差图3组成，新视差图7、8由原视差图4组成；若k=2，新的视差图1、2、3、4由原视差图像1组成，新视差图5、6、7、8由原视差图2组成；

（3）将新的8个视差图像合成为立体图像。

具体的实施步骤如下：

1. 分辨率可调的图像转换算法

设显示用的液晶显示器的物理分辨率为P_W*P_H，则8视点的立体图像显示分辨率为P_W/(8/3)*P_H/3，4视点的分辨率为P_W/(4/3)*P_H/3，2视点的分辨率为P_W/(2/3)*P_H/3。由此可见，视点个数与分辨率成反比，要想获得较高分辨率，需牺牲视差图的个数。

对于柱镜倾斜角为arctan(1/3)的柱镜式立体显示器，该算法包括两种情况：

⑴ 原图像是8视点立体图像，欲转化为较高分辨率显示，即转化为4视点以及2视点对应的分辨率显示；

⑵ 原图像是4视点以及2视点立体图像，欲在8视点立体显示器上显示。

针对第⑴种情况，该算法如下：

① 若将8视点立体图像转化为4视点图像，先从8视点立体合成图像中提取各个视差图所属像素。摄像机对物体进行8视点拍摄时，摄像机间的夹角为一定值，摄像机按排放顺序拍摄的视差图依次为1、2……8。物体正面的法线方向左右摆放的两个摄像机拍摄的视图分别为5和6。将8视点转化为4视点图像时需要提取4幅视差图，选择视差图时，选择靠近法线的几个摄像机拍摄的视差图，即视差图3、4、5、6，并将该4个视点扩充为8个视点，如附图1所示，新的视点1与2由视点3填充，视点3与4由视点4填充，视点5与6由视点5填充，视点7与8由视点6填充。

② 8视点立体图像转换为2视点立体图像时，同样提取各视差图像，新的视点1、2、3、4和5、6、7、8分别由视点4和5填充，如图2所示。

针对第⑵种情况，该算法如下：

① 图像源是4视点的立体图像，在8视点立体显示器上显示时，需按以下几个步骤进行，如图3所示：

I. 分解立体图像，提取出各个视差图像1、2、3、4；

II. 将4视点图像扩充为8个视差图：新的视差图1、2由原视差图像1组成，新视差图3、4由原视差图2组成，新视差图5、6由原视差图3组成，新视差图7、8由原视差图4组成；

III. 将新的8个视差图像按照附图1的排列方式再合成立体图像。

② 图像源是2视点的立体图像，在8视点立体显示器上显示时，需按以下几个步骤进行，如图4所示：

I. 分解立体图像，提取出视差图像1、2；

II. 将2视点图像扩充为8个视差图：新的视差图1、2、3、4由原视差图像1组成，新视差图5、6、7、8由原视差图2组成；

III. 将新的8个视差图像按照如图1的排列方式再合成立体图像。

2. 对于转换后的图像，针对柱镜覆盖的子像素为非整数的情况进行像素补偿，以获得更好的立体显示效果。

由于柱镜本身的设计节距误差以及柱镜的加工误差，柱镜的一个单元并不能完全覆盖整数个子像素，致使显示效果变差，为了改善立体显示效果，需对该情况进行像素补偿。

对于8视点立体显示，非整数子像素的补偿步骤如下：

① 根据立体显示器提供的柱镜精确节距（光栅柱镜单元的宽度），计算出倾斜放置时柱镜单元覆盖的子像素数；

本发明所采用的柱镜倾斜角度为arctan(1/3)，柱镜光栅的节距P，显示器子像素宽度为W_p，则柱镜单元覆盖的子像素数n（n保留小数点后一位）：

$n=\frac{P}{\cos \left(\arctan (1/3)\right).W_p}---\left(1\right)$

②计算得出覆盖子像素个数为整数时的柱镜单元数与子像素数，将该子像素数与理论覆盖的像素个数相比，得出差值，并对子像素进行筛选，合成立体图像。

对于8视点自由立体显示器，理想情况下一个柱镜单元覆盖8个子像素。而实际上柱镜覆盖的子像素不会恰巧是8个子像素，设每个柱镜单元覆盖的子像素数是n，则与理想情况下相差|n-8|，|n-8|为0.1~1之间的小数。覆盖整数个子像素时柱镜单元的个数为m，该m（m为10以内的整数）个柱镜单元所覆盖的子像素应舍去n₁（n₁为10以内的整数）个子像素。n₁计算公式为：

|n-8|m-n₁

m个柱镜单元舍去n₁个子像素。舍去位置靠后柱镜单元覆盖的子像素，即最后n₁个柱镜单元，每个单元覆盖的子像素舍去一个，这n₁个子像素属于同一视点，为了误差分布均匀，每三行为一循环，分别舍去8视点中的其中一个视点。简化起见，图像由上而下，可分别舍去视点1、2……8。如图5所示，n=8.2，则根据上式，m=5，n₁=1，即每5个柱镜单元应舍去1个子像素，这1个子像素属于最后1个柱镜。前三行舍去视点1，往下三行舍去视点2……最后舍去视点8。

Claims (3)

1.一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法，所述柱镜式立体显示器为光栅倾斜角为θ的8视点的立体显示器，其特征在于：包括以下步骤：

（1）对分辨率可调的立体图像进行转换：对于原立体图像是8视点的立体图像向k视点的立体图像转换的情况，其中k为小于8的自然数，首先分解原立体图像，然后提取8个视差图，选择其中k幅视差图像并将所选的k幅视差图像扩充为新的8个视差图，最后将新的8个视差图合成为立体图像；

对于原立体图像是k视点的立体图像欲在8视点立体显示器上显示的情况，首先分解原图像，然后提取k幅视差图，并将提取的k幅视差图扩充为8幅视差图像，最后将扩充的8幅视差图像合成为立体图像；

（2）将步骤（1）转换后的立体图像进行非整数误差像素补偿，依次包括两个步骤：

（a）首先根据立体显示器提供的柱镜精确节距即光栅柱镜单元的宽度，计算出倾斜放置时柱镜单元覆盖的子像素数n：利用公式

计算每个柱镜单元实际覆盖的子像素数n，式中W_p为自由立体显示器的子像素宽度，P为柱镜单元的节距；

（b）然后对倾斜放置的柱镜光栅中柱镜单元覆盖的子像素进行筛选，并利用筛选后的子像素合成立体图像：设自由立体显示器的视点数为x，则理论上每个柱镜单元覆盖的整数个子像素的个数为x，设配置的柱镜光栅覆盖整数子像素时的柱镜单元个数为m，m个柱镜单元覆盖的子像素中应舍去的子像素个数为n₁，利用公式|n-x|m-n₁计算得到柱镜光栅中m个柱镜单元覆盖的子像素中应舍去的子像素个数n₁，根据子像素筛选规律m个柱镜单元筛选去掉n₁个子像素后，利用剩下的子像素合成立体图像。

2.根据权利要求1所述的一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法，其特征在于：步骤（1）中对于原立体图像是8视点的立体图像向k视点的立体图像转换的情况，按以下步骤转换立体图像：

（1）分解8视点立体图像，提取出各个视差图；

（2）若k=4，则选择视点3、4、5、6四幅视差图，并将所选择的4个视点扩充为8个视点，新的视点1与2由原视点3填充，新的视点3与4由原视点4填充，新的视点5与6由原视点5填充，新的视点7与8由原视点6填充；若k=2，则选择视点4、5两幅视差图，新的视点1、2、3、4和5、6、7、8分别由原视点4和5填充；

（3）将重新提取的视差图合成为立体图像。

3.根据权利要求1所述的一种适用于柱镜式立体显示的分辨率可调子像素排布算法，其特征在于：步骤（1）中对于原立体图像是k视点的立体图像欲在8视点立体显示器上显示的情况，按以下步骤转换立体图像：

（1）分解立体图像，提取出各个视差图像1~k；

（2）将k个视点图像扩充为8个视差图：若k=4，新的视差图1、2由原视差图像1组成，新视差图3、4由原视差图2组成，新视差图5、6由原视差图3组成，新视差图7、8由原视差图4组成；若k=2，新的视差图1、2、3、4由原视差图像1组成，新视差图5、6、7、8由原视差图2组成；

（3）将新的8个视差图像合成为立体图像。

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