CN105447812B - 一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，包括以下步骤：将三维线状阵列中的每一个三维像素点都对应到投影仪的二维平面图像的像素点上；通过绘制二维平面图像拟构出将要显示的三维图像；将二维平面图像通过投影装置投影到三维线状阵列中；通过改变二维平面图像使三维线状阵列中的三维活动图像变化；将三维信息转换为多路二维平面信息，并构造出能承载多路二维平面信息的三维图像，进而通过三维活动图像作为载体实现三维信息的隐藏。本发明将二维平面图像通过投影的方式立体化，并通过三维线状阵列使其能活动成像，并进行三维信息的显示与隐藏，效果凸出。
Description
技术领域
本发明涉及三维图像显示领域，特别是一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法。
背景技术
随着技术发展，研究领域和消费市场上出现了一些显示立体效果的显示终端，主要有两大类型，其一是通过佩戴立体眼睛，根据人眼的视差在大脑中形成立体画面的显示系统；其二是通过物理光学装置让双眼看到不同的画面从而形成立体视觉效应。这两种方法都是被动式的立体显示方式，即观察者不能自主选择观察视角和距离，并且每个观察者不管处于什么位置和角度都只能看到同样的立体画面，和真实生活中的立体视觉完全不同，因此能够解决上述问题的主动式立体显示就成为该领域研究的新途径。
同时，现在大型活动展出，也越来越需要三维的图像显示，传统的方式只能进行平面展示或者是三维实物展示，在光线昏暗或者夜晚的时候，三维实物必须借助于外部光源进行展示，但是，展示效果仍然不尽如人意。
同时，在三维信息显示与隐藏领域，也鲜有有效的手段，通过三维活动图像进行三维信息的显示与隐藏成了该领域一种新的途径。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，包括以下步骤：
步骤一，将三维线状阵列中的每一个三维像素点都对应到投影仪的二维平面图像的像素点上；
步骤二，通过绘制二维平面图像拟构出将要显示的三维图像；
步骤三，将二维平面图像通过投影装置投影到三维线状阵列中；
步骤四，通过改变二维平面图像使三维线状阵列中的三维活动图像变化；
步骤五，将三维信息转换为多路二维平面信息，并构造出能承载多路二维平面信息的三维图像，进而通过三维活动图像作为载体实现三维信息的隐藏。
将三维线状空间中的像素点通过投影光路对应到二维平面中，通过改变二维平面中的图像就可相应地改变三维线状阵列中的三维图像。通过三维活动图像的构造就可以进行三维信 息的显示与隐藏。
本发明中步骤一所述将三维像素点对应到二维平面的过程中利用了投影光路的偏差角，使三维线状空间中的每一个像素点都可以一一映射到二维空间中。
本发明中步骤二所述通过绘制二维平面图像拟构出将要显示的三维图像，采用了二维坐标到三维坐标的转换方法，包括以下步骤：将二维横坐标转换为三维空间中的x-y坐标，将二维纵坐标转换为三维空间中的z坐标，x-y坐标对应三维图像的成像平面，z坐标对应三维图像的景深。
本发明中步骤三所述将二维平面图像投影到三维线状阵列中采用了投影仪平行光投射角偏差的方式，使平行光线在三维线状阵列中产生景深效果。
本发明中步骤四所述通过改变二维平面图像使三维线状阵列中的三维活动图像变化，采用C#程序控制投影仪，通过实时演算将二维图像转化为三维图像。
本发明中步骤五所述三维活动图像进行三维信息的显示与隐藏，是通过三维活动图像进行，其过程包括三维信息的转换，三维活动图像的构造，以及三维信息的隐藏，三维信息的转换是将三维信息转换为多路二维平面信息；三维活动图像的构造是通过构造三维活动图像的方式承载多路二维平面信息；三维信息的隐藏是通过变化的三维图像实现多路二维平面信息的隐藏，其过程包括三维活动图像可以在不同面呈现出不同的信息，从而在某一平面上可以隐藏一种及一种以上的信息，可以使用二维平面图像构造出包含多种信息的三维活动图像，并将二维平面图像作为原始信息源，通过投影仪等投射方式加载入三维成像空间。将三维信息转换为三路二维平面信息，并构造出能承载三路二维平面信息的三维图像，进而通过三维活动图像作为载体实现三维信息的隐藏可以通过两种方式实现：
方式一：通过二维平面图像隐藏三维信息，在将二维平面图像加载到三维成像空间中，方可显示出正确的三维信息。
方式二：使用三维图像的不同成像面隐藏三维信息，在不同平面观察三维图像会呈现出不同的信息。
方式一为通过二维平面图像隐藏三维信息，在将二维平面图像加载到三维成像空间中，方可显示出正确的三维信息；方式二为使用三维图像的不同成像面隐藏三维信息，在不同平面观察三维图像会呈现出不同的信息。
本发明使用了横向的线状阵列与纵向的线状阵列相叠加以加强三维空间图像的显示效果。
本发明使用了高清投影仪作为成像光源，投影仪的像素分辨率决定了三维图像的分辨率。
有益效果：本发明主要思想是将二维图像投影到三维空间中，通过一定的处理方式呈现三维图像，从而形成活动的三维实体场景显示效果。由此实现在任意视角观察到场景的真实三维实体活动图形显示，比现有的其他立体视觉产生方法更具可被接受，该方法在大屏幕视频广告、军事指挥方面有重要的应用前景，更有无法估计的市场商业价值，据申请人初步统计，如果公共场所里现有的二维图像显示器中的十分之一转化为本发明所述的三维显示装置，则市场前景巨大。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述优点将会变得更加清楚。
图1是本发明的框架原理图。
图2是本发明所涉及的三维成像空间的示意图。
图3是本发明所涉及的三维信息隐藏的示意图。
具体实施方式：
本发明公开了一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，包括以下步骤：
步骤一，将三维线状阵列中的每一个三维像素点都对应到投影仪的二维平面图像的像素点上；
步骤二，通过绘制二维平面图像拟构出将要显示的三维图像；
步骤三，将二维平面图像通过投影装置投影到三维线状阵列中；
步骤四，通过改变二维平面图像使三维线状阵列中的三维活动图像变化；
步骤五，将三维信息转换为多路二维平面信息，并构造出能承载多路二维平面信息的三维图像，进而通过三维活动图像作为载体实现三维信息的隐藏。
本发明中，步骤一，将三维线状阵列中的每一个三维像素点都对应到投影仪的二维平面图像的像素点上，可以采用二维坐标到三维坐标的转换方法，将二维横坐标转换为三维空间中的x-y坐标，将二维纵坐标转换为三维空间中的z坐标，x-y坐标对应三维图像的成像平面，z坐标对应三维图像的景深。具体实现方法如下：
首先，在二维图像中找到对应三维立方体空间中任意一个顶点的像素点，为了便于操作可以找最靠近投影仪那一面上的四个顶点，将二维图像的横坐标平移，对应三维图像中的像素点高度不变，即z坐标不变。在找到四个顶点之后，每一根成像线列都可以从z坐标的方 向分成n份，线列的长度为l，顶点坐标为x0，则该线列上所有像素点的坐标即为i的取值范围为0到n，因此z坐标方向的分辨率即为n，根据xi的坐标可以推算出二维平面图像中对应的像素坐标，由于投影光路的平行性，二维平面图像中对应线状成像的区域也为直线，直线的长度为α×l，α＜l，，因此对应的二维平面图像的坐标变换为i的取值范围为0到n，在二维平面图像上取点时，可以先找到对应三维空间中顶点的二维像素点，然后按照的间距向下寻找下一个点，通过此方法可以找出一块线状成像区域上的全部点。
步骤一中可以使用VisualStudio编写对二维平面图像操作的程序，然后在平面图像中寻找与三维空间中对应的二维像素点。
步骤1：打开VisualStudio编写对二维平面图像操作的程序，将二维平面图像像素设置为1366*768，与投影仪的像素相同。
步骤2：在二维平面图像左上角寻找对应三维空间中顶点中的像素点。
步骤3：调用函数，让像素点沿z轴的方向纵向移动，根据三维空间中线状成像区域中对应的成像点的变化情况，调整二维平面图像中的像素点的大小和移动方向。
步骤4：合理微调，让三维线状阵列中每一个成像像素点与周围亮度形成的对比度尽可能高。
本发明中每一个像素点都做到独立成像，从而三维图像中的各像素点之间并不会相互干扰。
本发明中，步骤二，通过绘制二维平面图像拟构出将要显示的三维图像，具体实现方法如下：根据步骤一中得到的像素点的坐标，在二维平面图像中可以预构画出一些基本图形，通过VisualStudio编写对二维基本图形操作的程序，将相应的图像投影至三维空间中成像，从而得到对应的基本三维图形。由于二维像素点和三维像素点之间符合一一对应的关系，在二维平面空间中将基本图形组合即可实现在三维空间中复杂图形的绘制。以下列出几种基本二维图形的具体投影过程：
(1)直线：二维平面中的直线投影到三维空间中依然是直线，根据步骤一中得到的像素点的坐标，找到直线对应的两端点的坐标，在VisualStudio中使用绘图模块中的画点函数将两端点坐标之间的填满像素点；微调两端点的坐标，并重复上述步骤， 直到在三维空间中显示的直线与周围的对比度最高。
(2)曲线：三维空间中曲线的绘制采用分割重组的方式，先将曲线分割成小线段，并通过直线绘制的方式绘制小线段，通过线段的组合完成曲线的绘制。
(3)正方体：三维空间中正方体的绘制只需要找到正方体垂直的四条棱即可完成绘制，通过绘制直线的方式，先绘制出正方体的垂直的四条棱柱，再通过调用画点函数将四条棱柱对应的二维直线周围的空间填满点，即可实现正方体的绘制。
本发明中，步骤三，将二维平面图像通过投影装置投影到三维线状阵列中，采用高清投影仪，投影仪普通分辨率为1366*768，兼容分辨率为1920*1080，可以达到1080p，分辨率的设置必须与投影所用图片相一致。
本发明中，步骤四，通过改变二维平面图像使三维线状阵列中的三维活动图像变化，按照10帧到20帧左右的速率，通过帧投影的方式，在三维线状空间中呈现三维动态图像。
本发明中，步骤五，三维信息的隐藏方式是通过三维活动图像进行，其过程包括三维信息的转换，三维活动图像的构造，以及三维信息的隐藏，具体的步骤如下：
步骤一，通过二维平面图像构造出包含多种信息的三维活动图像，并将二维平面图像作为原始信息源，通过投影仪等投射方式加载入三维成像空间。构造的过程包括将三维信息转换成二维信息，并添加到二维平面图像中去。
步骤二，在二维平面图像中加入干扰元素，在二维平面图像中的不成像区域可以加入对有效二维信息的干扰信息，从而将二维信息有效隐藏，具体实现方法如下：
(1)在三维空间的某一个成像面上显示了有效信息，那么在该成像面的垂直方向的其它平面上都可以添加干扰信息，在二维平面中找到有效成像区域对应的垂直方向平面的成像区域，在这些区域可以加入干扰信息。
(2)由于二维平面分辨率与三维空间分辨率的差别，存在二维像素点对应三维空间中成像区域之间的间隙，在这些像素点上添加信息可以干扰二维信息，但在三维空间中并不会显示出来，在二维平面图像上找到不参与三维成像的像素区域，在这些区域也可以加入干扰信息。
步骤三，将二维平面图像透过投影仪等方式加载到三维成像空间中，将隐藏的三维信息还原，同时滤除相关的干扰信息，具体分为两层滤除，详细过程如下：
(1)第一层滤除：在二维平面图像投影到三维空间后，二维平面图像中的不成像区域中存在的所有图像信息都不会在三维空间中显示出来，在这些区域的所有图像干扰信息都会被滤除。
(2)第二层滤除：从一个方向观察三维空间时，与视线平行方向的所有平面上的图像 信息都会重叠到一个平面上，在其余方向上的干扰图像信息都会被遮挡住，从而无法被观察到。
步骤四，在不同的成像面，三维活动图像可以呈现不同的信息，从某一个平面方向观察，其余平面方向的信息都被隐藏。
步骤五，通过构造相应的三维图像，使其包含两路及两路以上的信息，并通过三维成像空间进行三维信息的显示与隐藏。
下面列举一个实际的三维信息隐藏的简单例子，通过上述的步骤，在三维成像空间中投影一个如图3所示的点阵图像，从一个方向看过去可以很明显地看出大写字母A的形状，而从与之垂直的方向看过去，则A的形状被隐藏了，取而代之的是大写字母H的形状，由此实现两个方向上的三维信息的显示与隐藏。
本发明提供了一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将三维线状阵列中的每一个三维像素点都对应到投影仪的二维平面图像的像素点上；
步骤二，通过绘制二维平面图像拟构出将要显示的三维图像；步骤三，将二维平面图像通过投影装置投影到三维线状阵列中；
步骤四，通过改变二维平面图像使三维线状阵列中的三维活动图像变化；
步骤五，将三维信息转换为多路二维平面信息，并构造出能承载多路二维平面信息的三维图像，进而通过三维活动图像作为载体实现三维信息的隐藏。
2.根据权利要求1所述的一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，其特征在于，步骤一所述，将三维线状阵列中的每一个三维像素点都对应到投影仪的二维平面图像的像素点上，利用了投影光路的偏差角，使三维线状空间中的每一个像素点都可以一一映射到二维空间中。
3.根据权利要求1所述的一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，其特征在于，步骤二所述，将二维图像拟构出三维图像，采用了二维坐标到三维坐标的转换方法，包括以下步骤：将二维横坐标转换为三维空间中的x-y坐标，将二维纵坐标转换为三维空间中的z坐标，x-y坐标对应三维图像的成像平面，z坐标对应三维图像的景深。
4.根据权利要求1所述的一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，其特征在于，步骤三所述，将二维平面图像投影到三维线状阵列中采用了投影仪平行光投射角偏差的方式，使平行光线在三维线状阵列中产生景深效果；当三维线状阵列中每一根线在三维成像空间中均匀分布时，投影仪平行光投射角偏差最小，从而平行光线在三维线状阵列中产生的景深效果也就最好。
5.根据权利要求1所述的一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，其特征在于，步骤四所述，通过改变二维平面图像使三维线状阵列中的三维活动图像变化，采用C#程序控制投影仪，通过实时演算将二维图像转化为三维图像。
6.根据权利要求1所述的一种基于线状阵列的三维活动图像显示及信息隐藏方法，其特征在于，步骤五所述，三维信息的隐藏方式是通过三维活动图像进行，其过程包括三维信息的转换，三维活动图像的构造，以及三维信息的隐藏，三维信息的转换是将三维信息转换为多路二维平面信息；三维活动图像的构造是通过构造三维活动图像的方式承载多路二维平面信息；三维信息的隐藏是通过变化的三维图像实现多路二维平面信息的隐藏，其过程包括三维活动图像可以在不同面呈现出不同的信息，从而在某一平面上可以隐藏一种以上的信息，可以使用二维平面图像构造出包含多种信息的三维活动图像，并将二维平面图像作为原始信息源，通过投影仪投射方式加载入三维成像空间。
7.根据权利要求6所述的三维信息的隐藏方法，其特征在于三维信息的隐藏可以通过不同的两种方式实现，方式一为通过二维平面图像隐藏三维信息，再将二维平面图像加载到三维成像空间中，方可显示出正确的三维信息；方式二为使用三维图像的不同成像面隐藏三维信息，在不同平面观察三维图像会呈现出不同的信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |