CN104079913A - 光栅式立体显示器兼容2d-3d显示的子像素排列方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自由立体显示技术领域，尤其涉及光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法、装置。该方法包括：利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源；在目标立体图像模型中对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域；确定欲生成的目标立体图像中子像素与多视点图像中子像素的对应关系；根据对应关系及欲生成的目标立体图像中欲填充的子像素的位置，从多视点图像源或无视差图像源中获取相应视点的像素填充到欲生成的目标立体图像的对应位置，得到目标立体图像。本发明提供的光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法、装置能够使光栅式立体显示器同时兼容2D显示及3D显示的模式。

Description

光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法、装置

技术领域

本发明涉及自由立体显示技术领域，具体而言，涉及光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法、装置。

背景技术

自由立体显示技术又称为裸眼3D技术。采用该技术可以在不佩戴立体眼镜等辅助工具的前提下，仍可以令用户观察到具有立体显示效果的图像。随着自由立体显示技术的发展，目前已开发出了各种立体显示产品，如平板遮掩、条纹光栅、棱柱镜和全息显示设备等。与其它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重要发展方向。

光栅式自由立体显示设备由在2D平面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：光栅前置式显示设备中光栅位于2D显示屏与观察者之间；光栅后置式显示设备中光栅位于2D显示设备的背光源与显示屏之间。光栅又可分为狭缝光栅、柱面透镜光栅和点阵式光栅，其中点阵式光栅应用较少。上述的每种光栅都能起到对显示设备发出的图像光线分光的作用，以使对应的光束分别进入人的左眼和右眼，利用人两眼的视差，观察者可以看到虚幻的立体图像。

在上述的光栅中，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，造成亮度的损失，柱面透镜光栅利用透镜对光的折射原理，不会造成显示设备的亮度损失。

光栅式自由立体显示设备若欲获得逼真的立体效果，仅有光栅进行分光是不够的，还要求原始的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个不同的视点的图像，N个视点在水平方向上有视差偏移。对来自不同视点的2D图像的像素进行重建排列后在自由立体显示设备上播放产生立体效果。

当前光栅式自由立体显示设备局限于进行3D显示，若直接用光栅式自由立体显示设备播放未处理的2D图片会具有明显的颗粒感，由此看出当前的光栅式自由立体显示设备还不能进行2D/3D的兼容显示。

发明内容

本发明的目的在于提供光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法、装置，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法，包括：利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源，所述多视点图像源与所述无视差图像源的图像分辨率相同；在目标立体图像模型中对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域，并设置所述2D显示区域及所述3D显示区域的显示参数，其中所述显示参数包括：视点数N_tot、光栅覆盖像素个数X、光栅倾斜角度α及光栅偏移量k_off；确定欲生成的所述目标立体图像中子像素与所述多视点图像中子像素的对应关系；根据所述对应关系及欲生成的所述目标立体图像中欲填充的子像素的位置，从所述多视点图像源或所述无视差图像源中获取相应视点的像素填充到欲生成的所述目标立体图像的对应位置，得到目标立体图像。

优选地，所述利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源，包括：将所述多视点图像中的所有视点图像按第一设定格式排列得到所述多视点图像源；将所述多视点图像中的其中一个视点图像按第二设定格式排列得到无视差图像源。

优选地，所述将所述多视点图像中的所有视点图像按第一设定格式排列得到所述多视点图像源，包括：将所述多视点图像中的各个视点图像按照九宫格格式以行优先原则进行排列，得到多视点图像源。

优选地，所述将所述多视点图像中的其中一个视点图像按第二设定格式排列得到无视差图像源，包括：从所述多视点图像中选取其中一个视点图像，将选取的所述视点图像按照九宫格格式以行优先原则重复排列，其中所述视点图像重复的次数与所述多视点图像的视点个数相同。

优选地，确定欲生成的所述目标立体图像中子像素与所述多视点图像中子像素的对应关系，包括：运用公式 $N=\frac{(k+k_{\mathrm{off}}-3l\tan \mathrm{\α})\mathrm{mod}X}{X}{N}_{\mathrm{tot}}$ 确定显示器上的RGB子像素(x,y)与所述多视点图像的对应关系，将该对应关系保存在目标立体图像与各视点图像之间的子像素映射表中，其中N表示显示器上的RGB子像素(x,y)与视点N中的RGB分量相对应。

优选地，所述从所述多视点图像源或所述无视差图像源中获取相应视点的像素填充到欲生成的所述目标立体图像的对应位置，包括：当欲填充的子像素位于所述2D显示区域时，从所述无视差图像源中获取相应的像素；当预填充的子像位于所述3D显示区域时，从所述多视点图像源中获取相应的像素。

优选地，该方法还包括：通过水平放置的等距且对准同一目标的多个拍摄装置拍摄获取或通过一个摄像装置按设定的间隔角度拍摄同一目标获取所述具有水平视差的多视点图像。

本发明实施例还提供了一种光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列装置，包括：图像源生成模块，用于利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源，所述多视点图像源与所述无视差图像源的图像分辨率相同；显示区域划分模块，用于在目标立体图像模型中对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域，并设置所述2D显示区域及所述3D显示区域的显示参数，其中所述显示参数包括：视点数N_tot、光栅覆盖像素个数X、光栅倾斜角度α及光栅偏移量k_off；对应关系确定模块，用于确定欲生成的所述目标立体图像中子像素与所述多视点图像中子像素的对应关系；像素填充模块，用于根据所述对应关系及欲生成的所述目标立体图像中欲填充的子像素的位置，从所述多视点图像源或所述无视差图像源中获取相应视点的像素填充到欲生成的所述目标立体图像的对应位置，得到目标立体图像。

优选地，所述图像源生成模块，包括：多视点图像源生成子模块，用于将所述多视点图像中的所有视点图像按第一设定格式排列得到所述多视点图像源；无视差图像源生成子模块，用于将所述多视点图像中的其中一个视点图像按第二设定格式排列得到无视差图像源。

本发明实施例提供的光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法、装置，首先利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源；且对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域，并建立目标立体图像与多视点图像的对应关系，根据该对应关系在进行目标立体图像合成时可以确定当前子像素的取值位置，即利用哪个视点图像中的像素分量填充当前子像素；确定该对应关系后，根据欲填充子像素的位置，对2D显示区域及3D显示区域进行取值填充；重复上述步骤，得到目标立体图像。利用该子像素排列方法及装置，能够使光栅式立体显示器同时兼容2D显示及3D显示的模式，克服了相关技术中光栅式立体显示器仅能进行3D显示的技术问题。

附图说明

图1示出了本发明实施例光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法流程图；

图2示出了本发明实施例中多视点图像源的效果示意图；

图3示出了本发明实施例中无视差图像源的效果示意图；

图4示出了本发明实施例中视点像素映射示意图；

图5示出了本发明实施例中子像素排列映射示意图；

图6示出了本发明实施例光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明实施例提供了一种光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法，主要处理步骤包括：

步骤S11：利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源，多视点图像源与无视差图像源的图像分辨率相同；

步骤S12：在目标立体图像模型中对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域，并设置2D显示区域及3D显示区域的显示参数，其中显示参数包括：视点数N_tot、光栅覆盖像素个数X、光栅倾斜角度α及光栅偏移量k_off；

步骤S13：确定欲生成的目标立体图像中子像素与多视点图像中子像素的对应关系；

步骤S14：根据对应关系及欲生成的目标立体图像中欲填充的子像素的位置，从多视点图像源或无视差图像源中获取相应视点的像素填充到欲生成的目标立体图像的对应位置，得到目标立体图像。

本发明实施例的光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法，首先利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源；且对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域，并建立目标立体图像与多视点图像的对应关系，根据该对应关系在进行目标立体图像合成时可以确定当前子像素的取值位置，即利用哪个视点图像中的像素分量填充当前子像素；确定该对应关系后，根据欲填充子像素的位置，对2D显示区域及3D显示区域进行填充，重复上述步骤，得到目标立体图像。该子像素排列方法能够使光栅式立体显示器同时兼容2D显示及3D显示的模式，克服了相关技术中光栅式立体显示器仅能进行3D显示的技术问题。

上述的光栅式立体显示器子像素的排列方法中，首先需要获取具有水平视差的多视点图像，具体获取的方法可以为通过水平放置的等距且对准同一目标的多个拍摄装置拍摄获取；或者通过一个摄像装置按设定的间隔角度拍摄同一目标获取。

获取多视点图像后，利用得到的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源，其中生成多视点图像源的具体方法为：将多视点图像中的所有视点图像按第一设定格式排列得到多视点图像源，具体地，将多视点图像中的各个视点图像按照九宫格格式以行优先原则进行排列，得到多视点图像源。

假设拍摄获取到九视点图像，将该九个视点的图像按照如图2所示的九宫格格式进行排列，得到多视点图像源。

本方法中，利用多视点图像，生成无视差图像源的方法具体可以为：将多视点图像中的其中一个视点图像按第二设定格式排列得到无视差图像源，具体地，从多视点图像中选取其中一个视点图像，将选取的视点图像按照九宫格格式以行优先原则重复排列，其中视点图像重复的次数与多视点图像的视点个数相同。

如图3所示，从上述的九个视点图像中选取一个视点的图像，如选取视点1图像，按照九宫格格式重复排列，得到无视差图像源，根据实际显示效果的需求，选取的视点图像可以为多视点图像中任意视点的图像。

得到多视点图像源及无视差图像源后，在生成的目标立体图像模型中对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域，并设置得到的2D显示区域及3D显示区域的显示参数，具体地，设置的显示参数包括：视点数N_tot、光栅覆盖像素个数X、光栅倾斜角度α及光栅偏移量k_off。

为确定光栅式立体显示器中LCD上给定的RGB子像素应取自哪个视点的RGB分量，需要确定欲生成的目标立体图像中子像素与所视点图像中子像素的映射对应关系，包括：运用公式 $N=\frac{(k+k_{\mathrm{off}}-3l\tan \mathrm{\α})\mathrm{mod}X}{X}{N}_{\mathrm{tot}}$ 确定显示器上的RGB子像素(x,y)与多视点图像的对应关系，将该对应关系保存在目标立体图像与各视点图像之间的子像素映射表中，其中N表示显示器上的RGB子像素(x,y)与视点N中的RGB分量相对应。

如图4所示，每个柱镜光栅的栅距为P，其在水平方向上覆盖RGB子像素的个数为X，透镜轴相对于LCD显示屏垂直轴的倾斜角为α，k_off参数是LCD的左上顶点与透镜单元的边缘点的距离，如果两个边缘重合，则k_off＝0。

由此根据图4，可得： $\frac{N}{N_{\mathrm{tot}}}=\frac{x_{\mathrm{off}}}{p_x}---(3-1)$

x_off＝(x-ytanα)modp_x   (3-2)

$p_x=\frac{p}{\cos \mathrm{\α}}---(3-3)$

其中，p_x表示透镜姗距P沿水平方向上的宽度，x_off表示RGB子像素(x,y)距离透镜边缘的水平位移，N表示RGB子像素(x,y)与视点N的RGB分量相对应，N_tot表示总的视点个数。

假设LCD的RGB子像素宽度为p_h，则可得：

$X=\frac{p_x}{p_h}---(3-4)$

为简单起见，目标立体图像中的RGB子像素(x,y)可以由下标k,l及宽度p_h表示：

x＝kp_h   (3-5)

y＝3lp_h   (3-6)

将式(3-2)、(3-3)、(3-4)、(3-5)和(3-6)代入式(3-1)，最终可以得到如式(3-7)所示的多视点子像素映射的通用计算公式：

$N=\frac{(k+k_{\mathrm{off}}-3l\tan \mathrm{\α})\mathrm{mod}X}{X}{N}_{\mathrm{tot}}---(3-7)$

由式(3-7)可知，给定一个LCD的RGB子像素(x,y)，其k,l的值是已知的，而X、α和N_tot的值是固定的，由此可计算得到该RGB子像素应该取自视点N所对应的RGB分量，以此类推，可以进一步计算得到立体图像与各视点图像之间的子像素映射表。

根据最终合成目标图像点的位置，确定采用哪一个图像源进行图像合成，如果目标合成图像中像素点(x,y)在2D显示区域，则根据生成的子像素映射表，从无视差图像源中获取与目标立体图像子像素(x,y)的子像素填充合成图；如果目标合成图像中像素点(x,y)在3D显示区域，则根据生成的子像素映射表，从多视点图像源中相应视点(x,y)位置的子像素进行填充；重复该步骤直到把需要合成的目标图像中所有的点都按照上面的方法遍历一遍，进行相应的取点填充即可得到目标立体图像。

如图5示出了一种最终合成的目标立体图像的排列示意图，其中参数视点数N_tot＝9，覆盖像素个数X＝12，光栅倾斜角度α＝arctan(1/6)，光栅偏移量k_off＝0。图5中，小矩形区域为2D显示区域，该2D显示区域中的子像素RGB值在无视差图像源相应的宫格图中取相应点的RGB值填充；位于该小矩形区域外的部分为3D显示区域，该3D显示区域中的子像素RGB值在多视点图像源相应的宫格图中取相应视点中的RGB值进行填充。

本发明实施例中还提供了一种光栅式立体显示器中子像素的排列装置，如图6所示，包括：

图像源生成模块21，用于利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源，多视点图像源与无视差图像源的图像分辨率相同；

显示区域划分模块22，用于在目标立体图像模型中对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域，并设置2D显示区域及3D显示区域的显示参数，其中显示参数包括：视点数N_tot、光栅覆盖像素个数X、光栅倾斜角度α及光栅偏移量k_off；

对应关系确定模块23，用于确定欲生成的目标立体图像中子像素与多视点图像中子像素的对应关系；

像素填充模块24，用于根据对应关系及欲生成的目标立体图像中欲填充的子像素的位置，从多视点图像源或无视差图像源中获取相应视点的像素填充到欲生成的目标立体图像的对应位置，得到目标立体图像。

具体地，在图像源生成模块21中包括：多视点图像源生成子模块，用于将多视点图像中的所有视点图像按第一设定格式排列得到多视点图像源；无视差图像源生成子模块，用于将多视点图像中的其中一个视点图像按第二设定格式排列得到无视差图像源。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列方法，其特征在于，包括：

利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源，所述多视点图像源与所述无视差图像源的图像分辨率相同；

在目标立体图像模型中对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域，并设置所述2D显示区域及所述3D显示区域的显示参数，其中所述显示参数包括：视点数N_tot、光栅覆盖像素个数X、光栅倾斜角度α及光栅偏移量k_off；

确定欲生成的所述目标立体图像中子像素与所述多视点图像中子像素的对应关系；

根据所述对应关系及欲生成的所述目标立体图像中欲填充的子像素的位置，从所述多视点图像源或所述无视差图像源中获取相应视点的像素填充到欲生成的所述目标立体图像的对应位置，得到目标立体图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源，包括：

将所述多视点图像中的所有视点图像按第一设定格式排列得到所述多视点图像源；

将所述多视点图像中的其中一个视点图像按第二设定格式排列得到无视差图像源。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述多视点图像中的所有视点图像按第一设定格式排列得到所述多视点图像源，包括：

将所述多视点图像中的各个视点图像按照九宫格格式以行优先原则进行排列，得到多视点图像源。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述多视点图像中的其中一个视点图像按第二设定格式排列得到无视差图像源，包括：从所述多视点图像中选取其中一个视点图像，将选取的所述视点图像按照九宫格格式以行优先原则重复排列，其中所述视点图像重复的次数与所述多视点图像的视点个数相同。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定欲生成的所述目标立体图像中子像素与所述多视点图像中子像素的对应关系，包括：

运用公式 $N=\frac{(k+k_{\mathrm{off}}-3l\tan \mathrm{\α})\mathrm{mod}X}{X}{N}_{\mathrm{tot}}$ 确定显示器上的RGB子像素(x,y)与所述多视点图像的对应关系，将该对应关系保存在目标立体图像与各视点图像之间的子像素映射表中，其中N表示显示器上的RGB子像素(x,y)与视点N中的RGB分量相对应。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述多视点图像源或所述无视差图像源中获取相应视点的像素填充到欲生成的所述目标立体图像的对应位置，包括：

当欲填充的子像素位于所述2D显示区域时，从所述无视差图像源中获取相应的像素；当预填充的子像位于所述3D显示区域时，从所述多视点图像源中获取相应的像素。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：通过水平放置的等距且对准同一目标的多个拍摄装置拍摄获取或通过一个摄像装置按设定的间隔角度拍摄同一目标获取所述具有水平视差的多视点图像。

8.光栅式立体显示器兼容2D-3D显示的子像素排列装置，其特征在于，包括：

图像源生成模块，用于利用具有水平视差的多视点图像生成多视点图像源及无视差图像源，所述多视点图像源与所述无视差图像源的图像分辨率相同；

显示区域划分模块，用于在目标立体图像模型中对欲生成的目标立体图像划分2D显示区域及3D显示区域，并设置所述2D显示区域及所述3D显示区域的显示参数，其中所述显示参数包括：视点数N_tot、光栅覆盖像素个数X、光栅倾斜角度α及光栅偏移量k_off；

对应关系确定模块，用于确定欲生成的所述目标立体图像中子像素与所述多视点图像中子像素的对应关系；

像素填充模块，用于根据所述对应关系及欲生成的所述目标立体图像中欲填充的子像素的位置，从所述多视点图像源或所述无视差图像源中获取相应视点的像素填充到欲生成的所述目标立体图像的对应位置，得到目标立体图像。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述图像源生成模块，包括：

多视点图像源生成子模块，用于将所述多视点图像中的所有视点图像按第一设定格式排列得到所述多视点图像源；

无视差图像源生成子模块，用于将所述多视点图像中的其中一个视点图像按第二设定格式排列得到无视差图像源。