CN105357508B - 多视点裸眼立体视窗检查方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多视点裸眼立体视窗检查系统，设有视力检查屏、位置跟踪模块、控制系统，视力检查屏为平面的电子显示器，电子显示器的周边位置设有位置跟踪模块，电子显示器后部具有指向性背光系统；指向性背光系统给电子显示器以背光照射显示图像；位置跟踪模块观看者位置数据通过数据接口发送给控制系统，控制系统对数据进行处理，分别输出信号调节指向性背光与普通图像显示装置的相对距离,同时控制指向性背光的出光方向；立体电子显示器的指向性背光系统根据观看者相对电子显示器的横向与纵向位置，将电子显示器上的左右视图指向性的汇聚于观看者的左右眼。

Description

多视点裸眼立体视窗检查方法与系统

一、技术领域

本发明涉及一种立体显示系统,特别是设计一种无辅助裸眼视窗检查系统，属于信息显示技术领域。

二、背景技术

目前市面上的立体显示装置基本有三种：眼镜式立体显示装置、多视点裸眼立体显示装置和头跟踪式立体显示装置。三种装置的技术特点及原理各有不同，所涉及到的技术类别也有所差异。其中，头跟踪立体显示方式结构最为复杂，技术性能也相对先进。立体装置已经有大量产品面市；目前，市面上的头跟踪立体装置并不多见，成熟的产品少有问世。究其原因，是因为现在的头跟踪立体显示技术的核心原理还是基于多视点立体显示的原理，因此，继承了多视点立体显示方式的技术缺点，不具有太多的技术优势。三种立体显示方式都具有极强的立体感、色彩还原性好。但在视场角、分辨率、数据量、兼容性、观看人数等技术指标上，每一种立体显示方式都存在这样那样的不足，综合性能指标不能够完全满足立体视觉检查应用的需要。

现有立体视觉检查方法的不足之处是只能检查近距离或远距离立体视觉，而且这些方法需要受检者佩戴辅助分离眼镜(偏振光眼镜或红绿眼镜)，降低了检查的敏感性，都不能很好的满足立体视觉检查的需要。近年来裸眼立体显示技术的迅速发展为立体视觉检查摆脱辅助分离眼镜的干扰带来了机遇，但由于裸眼立体显示器往往清晰度不足并存在双眼串扰，仅能检测出显著立体视觉异常而无法实现正常人的立体视觉筛查，限制了其应用价值。如果能研制成功可以满足不同观察距离的高清晰度多视点裸眼立体显示技术，结合相应的立体视觉检查计算机软件，就可以设计出一套可以在裸眼状态下完成不同距离检查的立体视觉功能自动化检查系统，满足检查立体视觉功能的需要。

三、发明内容

本发明的目的是：提出一种在不同观察距离观看的，高清晰多视点裸眼立体视窗检查方法与系统，结合相应的立体视觉检查计算机软件，满足检查立体视觉功能的各项需求。

本发明的技术方案是：多视点裸眼立体视窗检查方法，基于设有的视力检查屏、位置跟踪模块、控制系统，视力检查屏为平面电子显示器，显示器的周边位置设有位置跟踪模块，电子显示器后部具有指向性背光系统；先检测观看者即被检查者相对显示器位置，位置跟踪模块通过图像采集装置，获取实时的观看者图像；然后利用图像处理算法，区分有人区域和无人区域，在有人区域利用模式识别算法，检测观看者的大概所在位置；再在检测到的观看者位置区域，利用模式识别算法，精确定位观看者的位置信息；

位置跟踪模块给出观看者位置数据通过数据接口发送给控制系统，控制系统对数据进行处理，分别输出信号调节指向性背光系统控制指向性背光的出光方向；即立体电子显示器的指向性背光系统根据观看者相对显示器的横向与纵向位置，将显示器上的左右视图指向性的汇聚于观看者的左右眼。

利用图像采集装置即摄像头实时获取图像，有人与无人区域利用模式识别算法是将图像区分为肤色区域和非肤色区域，并将肤色区域作为有人候选区域；然后利用模式识别算法中的adboost算法结合haar特征，在候选区域中检测是否有观看者的人脸存在；如果检测到观看者的人脸，再次利用模式识别算法中的ASM算法，定位观看者的五官位置，取其中的瞳孔位置作为位置跟踪模块的输出信息。

位置跟踪模块观看者位置数据通过数据接口发送给控制系统，控制系统对数据进行处理，分别输出信号调节指向性背光与普通图像显示装置的相对距离,同时控制指向性背光的出光方向。多视点裸眼立体视窗检查系统，设有的视力检查屏、位置跟踪模块、控制系统，视力检查屏为平面电子显示器，显示器的周边位置设有位置跟踪模块，电子显示器后部具有指向性背光系统；指向性背光系统给电子显示器以背光照射显示图像；

位置跟踪模块观看者位置数据通过数据接口发送给控制系统，控制系统对数据进行处理，分别输出信号调节指向性背光与普通图像显示装置的相对距离,同时控制指向性背光的出光方向；立体电子显示器的指向性背光系统根据观看者相对显示器的横向与纵向位置，将显示器上的左右视图指向性的汇聚于观看者的左或右眼。

指向性背光源会配合进行前后位置的移动，形成纵向光线的指向性背光。接收位置跟踪模块获得的观看者位置数据，控制系统(单片机)对数据进行处理，输出两路控制信号；一路信号控制电机驱动模块，调节指向性背光与普通图像显示装置的相对距离；另一路信号控制LED驱动电路模块实现指向性背光；电机驱动模块驱动指向性背光系统或平面电子显示器沿轨道上运动，轨道上设有光栅尺反馈输入至控制系统。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，其显著优点是：

1、高清晰立体显示的装置。本系统显示器的分辨率与市面上的高清显示器相当，实现了图像的全分辨率立体显示。

2、无辅助自由立体。观看者无需佩戴任何立体辅助设备，即可获取高清的立体视觉。

3、多观看距离。可以满足观看者在不同距离下获取立体视觉。

4、自动化检查。整套系统全自动化操作，独自完成立体视觉的检查。

四附图说明

图1不同距离观看实施实例的整体结构图。

图2指向性光源原理图。

图3控制系统框图。

五具体实施方式

如图所示，利用摄像头实时获取图像，然后对获取的图像利用图像处理算法，将图像区分为肤色区域和非肤色区域，并将肤色区域作为有人候选区域。然后利用模式识别算法中的adboost算法结合haar特征，在候选区域中检测是否有观看者的人脸存在。如果检测到观看者的人脸，再次利用模式识别算法中的ASM算法，定位观看者的五官位置，取其中的瞳孔位置作为位置跟踪模块的输出信息。

人脸肤色的可以由若干矩形特征分割表示：矩形特征在给定有限的数据情况下，基于特征的检测能够编码特定区域的状态，而且基于矩形特征的系统比基于象素的系统要快得多。矩形特征对一些简单的图形结构，比如边缘、线段，比较敏感，但是其只能描述特定走向(水平、垂直、对角)的结构，脸部一些特征能够由矩形特征简单地描绘，例如，通常，眼睛要比脸颊颜色更深；鼻梁两侧要比鼻梁颜色要深；嘴巴要比周围深，确定分类器。分类器和这些矩形特征做个一一对应。亦即每个分类器就由一个特征的值来决定。于是得到分类器原型：即矩形特征值计算函数，一个符号因子对于不同的特征，计算得到的特征值中有可能负例的值小于正例，也有可能负例的值大于正例，因此正例不都是小于区分正负例的阈值的，引入一个符号因子来确定不等式方向，就是对应分类器的阈值。

针对已经引入的矩形特征，为了进一步降低所需要的计算成本引入了积分图。这是一种对原图像的中间表达方式，这种表达方式可以使得矩形特征的值能非常快地得到计算。所谓的积分图像其实就是对原图的一次双重积分(先是按行积分，然后是按列积分)。那么它的积分表示即为：给定一个特征集合和一个包含正样本和负样本图像的训练集，任何机器学习的方法都可以用于通过学习来训练分类函数。

每个图像的子窗口有45,396个矩形特征，但很小一部分的这种特征可以结合起来组成一个有效的分类器。

采用AdaBoost方法，用于选择特征和训练分类器找出人脸这些特征。

哈尔Haar特征(Haar-Link Features)是一类用于物体识别的图像特征，由于其可以快速的计算而被应用于很多实时系统。一个简单的矩形Haar特征定义为原始图像中任意位置和尺度的矩形窗口中的像素的和的差异值。它可以表示图像中特定区域的一些特性，如边缘、纹理等。

哈尔特征计算中一个常用的技术是积分图像。积分图像是一张和原始图像相同大小的矩阵，每个元素的值为其对应位置左上角所有像素值的总和。它可以让图像中任何矩形区域的和的计算只需要四次查询即可。得到人脸图像，利用模式识别算法中的ASM算法，定位观看者的五官位置，取其中的瞳孔位置作为位置跟踪模块的输出信息。可以得到其中的瞳孔位置。

指向性背光模块由指向性背光源和普通液晶显示器组成，指向性背光源发出的指向性光经过普通液晶显示器，将显示器左右立体视图的亚像素信息分别汇聚于观看者的左右眼，当观看者观看位置进行水平移动时，指向性光源可以发出水平方向追踪的光线，当检测观看者观看位置，显示器进行前后纵向移动时，指向性背光源(或显示器)会配合进行前后位置的移动，形成纵向光线的指向性背光。

控制系统通过RS232串口协议接收位置跟踪模块获得的观看者位置数据，控制系统里的单片机对数据进行处理，输出两路控制信号。一路信号控制电机驱动模块，调节指向性背光与普通图像显示装置的相对距离；另一路信号控制LED驱动电路模块实现指向性背光。图2-3中，光源动或不动，图像显示装置在或光源轨道上运动；DB9M连接接口接控制装置与人眼跟踪模块的数据，从而控制图像显示装置在轨道上的位置。电子显示器的指向性背光系统根据观看者相对电子显示器的横向与纵向位置，将电子显示器上的左右视图指向性的汇聚于观看者的左右眼。观看者说明图像和颜色与发出的标准图像进行比较，就可以进行检测观看者的立体视力。

指向性背光系统可以根据本申请人在先申请的专利201510007573，基于LED的无辅助立体显示器的指向性背光结构和方法。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (4)

1.多视点裸眼立体视窗检查方法，其特征是基于设有的视力检查屏、位置跟踪模块、控制系统，视力检查屏为平面的电子显示器，电子显示器的周边位置设有位置跟踪模块，电子显示器后部具有指向性背光系统；先检测观看者即被检查者相对电子显示器位置，位置跟踪模块通过图像采集装置，获取实时的观看者图像；然后利用图像处理算法，区分有人区域和无人区域，在有人区域利用模式识别算法，检测观看者的大概所在位置 ；再在检测到的观看者位置区域，利用模式识别算法，精确定位观看者的位置信息；位置跟踪模块给出观看者位置数据通过数据接口发送给控制系统，控制系统对数据进行处理，分别输出信号调节指向性背光系统控制指向性背光的出光方向；即电子显示器的指向性背光系统根据观看者相对电子显示器的横向与纵向位置，将电子显示器上的左右视图指向性的汇聚于观看者的左右眼；

利用图像采集装置即摄像头实时获取图像，有人与无人区域利用模式识别算法是将图像区分为肤色区域和非肤色区域，并将肤色区域作为有人候选区域；然后利用模式识别算法中的 adboost 算法结合 haar 特征，在候选区域中检测是否有观看者的人脸存在；如果检测到观看者的人脸，再次利用模式识别算法中的 ASM 算法，定位观看者的五官位置，取其中的瞳孔位置作为位置跟踪模块的输出信息。

2.根据权利要求 1 所述多视点裸眼立体视窗检查方法，其特征是指向性背光源会配合进行前后位置的移动，形成纵向光线的指向性背光。

3.根据权利要求 1 所述的立体视窗检查方法，其特征是位置跟踪模块观看者位置数据通过数据接口发送给控制系统，控制系统对数据进行处理，分别输出信号调节指向性背光与普通图像显示装置的相对距离, 同时控制指向性背光的出光方向。

4.多视点裸眼立体视窗检查系统，其特征是设有视力检查屏、位置跟踪模块、控制系统，视力检查屏为平面的电子显示器，电子显示器的周边位置设有位置跟踪模块，电子显示器后部具有指向性背光系统；指向性背光系统给电子显示器以背光照射显示图像；位置跟踪模块观看者位置数据通过数据接口发送给控制系统，控制系统对数据进行处理，分别输出信号调节指向性背光与普通图像显示装置的相对距离, 同时控制指向性背光的出光方向 ；立体电子显示器的指向性背光系统根据观看者相对电子显示器的横向与纵向位置，将电子显示器上的左右视图指向性的汇聚于观看者的左右眼；接收位置跟踪模块获得的观看者位置数据，控制系统对数据进行处理，输出两路控制信号；一路信号控制电机驱动模块，调节指向性背光与电子显示器的相对距离；另一路信号控制 LED 驱动电路模块实现指向性背光；电机驱动模块驱动指向性背光系统或平面电子显示器沿轨道上运动，轨道上设有光栅尺反馈输入至控制系统。