CN106526843B - 一种裸眼3d光栅的模拟方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裸眼3D光栅的模拟方法和装置，其中，所述方法包括：根据显示屏的预设视距和显示屏的像素大小，计算出裸眼3D光栅与显示屏之间的光栅玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光栅的微透镜单元的排布；根据裸眼3D光栅的微透镜单元的排布，在黑色的菲林胶片上设置多个透光孔，利用透光孔模拟裸眼3D光栅的微透镜单元；根据计算出的光栅玻璃基板的厚度，将该厚度的光栅玻璃基板设置在所述显示屏上，将所述菲林胶片设置在所述光栅玻璃基板上。可见本发明利用小孔模拟透镜，可以测试前期光栅参数的可行性，若可行则定型最终光栅模。这样就能节省来回开模验证的时间，缩短开发周期，节省开发费用。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种裸眼3D光栅的模拟方法和装置。
背景技术
随着数字视听技术进入高清化的时代，裸眼3D技术呼之欲出，目前，裸眼3D已经在一些电子产品覆盖的主要领域铺开，已上市的裸眼3D产品主要有裸眼3D手机、裸眼3D电视、裸眼3D笔记本，裸眼3D摄像机等等，裸眼3D立体显示技术是影像行业的最新、最前沿的高新技术，它的出现和发展改变了传统平面图像给人们的视觉疲惫，也是图像制作领域的一场技术革命，是一次质的变化，在未来有着广阔的前景。
目前裸眼使用最多的为透镜光栅式，但制作此种光栅需要开精密的模具，并且这种前期的模具尺寸都是通过人工估算，估算不准容易出现鬼影等导致图像不清晰，光栅模得重开，这样导致费时费力费钱。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种裸眼3D光栅的模拟方法和装置，通过在黑色菲林胶片上设置透光孔来模拟裸眼3D光栅，模拟判定可行再开模，避免了多次开模。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种裸眼3D光栅的模拟方法，包括如下步骤：
A、根据显示屏的预设视距和显示屏的像素大小，计算出裸眼3D光栅与显示屏之间的光栅玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光栅的微透镜单元的排布；
B、根据裸眼3D光栅的微透镜单元的排布，在黑色的菲林胶片上设置多个透光孔，利用透光孔模拟裸眼3D光栅的微透镜单元；所述透光孔的大小小于微透镜单元的大小；
C、根据步骤A计算出的光栅玻璃基板的厚度，将该厚度的光栅玻璃基板设置在所述显示屏上，将所述菲林胶片设置在所述光栅玻璃基板上。
所述的裸眼3D光栅的模拟方法中，所述步骤C之后，还包括步骤：
D、在预设视距附近观察裸眼3D图像，当在预设视距观察到的裸眼3D图像比其他距离观察到的裸眼3D图像清晰时，则裸眼3D光栅的参数可行。
所述的裸眼3D光栅的模拟方法中，所述步骤A具体包括：
A1、已知显示屏的预设视距和显示屏的像素长宽，计算裸眼3D光栅与显示屏之间的光栅玻璃基板的厚度；
A2、根据光栅玻璃基板的厚度，计算光栅焦距；
A3、根据光栅焦距，计算微透镜单元的曲率半径；
A4、根据光栅玻璃基板的厚度和微透镜单元的大小，计算微透镜单元的阵列间距。
所述的裸眼3D光栅的模拟方法中，所述步骤C具体包括如下步骤：
C1、将微透镜单元覆盖的m×n个像素作为视点，分别获取m×n个视图；
C2、以像素为单位对各个微透镜单元的m×n个视图进行交错混合为单帧裸眼3D图像；
C3、根据步骤A计算出的光栅玻璃基板的厚度，依次将该厚度的光栅玻璃基板、菲林胶片叠放在显示屏上；
C4、在显示屏上显示所述交错混合得到的裸眼3D图像。
所述的裸眼3D光栅的模拟方法中，所述透光孔的阵列间距与微透镜单元的阵列间距相同。
所述的裸眼3D光栅的模拟方法中，所述透光孔为矩形，透光孔的长宽与显示屏的像素点长宽相同。
所述的裸眼3D光栅的模拟方法中，所述预设视距为显示屏的最佳视距。
所述的裸眼3D光栅的模拟方法中，所述光栅玻璃基板为电子级白玻璃基板。
所述的裸眼3D光栅的模拟方法中，所述裸眼3D光栅的参数包括光栅玻璃基板的厚度、光栅焦距、微透镜单元的曲率半径和微透镜单元的阵列间距。
一种裸眼3D光栅的模拟装置，包括：显示屏、设置在所述显示屏上的光栅玻璃基板，以及设置在所述光栅玻璃基板上的黑色菲林胶片；其中，所述光栅玻璃基板的厚度根据显示屏的预设视距和显示屏的像素大小计算得到；所述黑色菲林胶片上设置多个透光孔；所述透光孔的排布根据裸眼3D光栅的微透镜单元排布而定，以模拟裸眼3D光栅的微透镜单元；所述透光孔的大小小于微透镜单元的大小。
相较于现有技术，本发明提供一种裸眼3D光栅的模拟方法和装置，其中，所述方法包括：根据显示屏的预设视距和显示屏的像素大小，计算出裸眼3D光栅与显示屏之间的光栅玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光栅的微透镜单元的排布；根据裸眼3D光栅的微透镜单元的排布，在黑色的菲林胶片上设置多个透光孔，利用透光孔模拟裸眼3D光栅的微透镜单元；根据计算出的光栅玻璃基板的厚度，将该厚度的光栅玻璃基板设置在所述显示屏上，将所述菲林胶片设置在所述光栅玻璃基板上。可见本发明利用小孔模拟透镜，无需制作裸眼3D光栅即可测试前期光栅参数的可行性，若可行再制作光栅模。这样就能节省来回开模验证的时间，缩短开发周期，节省开发费用。
附图说明
图1为裸眼3D显示器的结构示意图。
图2为本发明提供的裸眼3D光栅的模拟方法的流程图。
图3为本发明提供的裸眼3D光栅的模拟方法中，3D成像原理示意图。
图4为本发明提供的裸眼3D光栅的模拟方法中，人眼光源点与微透镜单元覆盖的像素区域形成的三角形示意图。
具体实施方式
本发明提供一种裸眼3D光栅的模拟方法和装置。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为常规裸眼3D显示器的结构示意图，其包括依次叠放设置的裸眼3D光栅10、光栅玻璃基板20和显示屏30。所述裸眼3D光栅10由多个微透镜单元110阵列而成。所述光栅玻璃基板20用于将微透镜单元110的焦距聚焦在显示屏30的像素点上。所述显示屏30通常为液晶面板。
柱镜光栅板由无数个结构和性能完全相同的柱透镜元(微透镜单元110)以平面线性排列而成，光栅对图像有隔离作用，使不同像素的光线分别进入左右眼。即左眼只接收到左眼的信号，右眼只接收到右眼的信号，最终通过大脑对这两幅进行合成，形成虚拟的立体画面，该技术的本质在于通过左右眼视图差别为大脑提供立体信息，最终由大脑虚拟完成。
本发明提供一种裸眼3D光栅的模拟方法，请参阅图2，所述方法包括如下步骤：
S10、根据显示屏的预设视距和显示屏的像素大小，计算出裸眼3D光栅与显示屏之间的光栅玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光栅的微透镜单元的排布。
优选的，所述预设视距为显示屏的最佳视距。所述光栅玻璃基板为电子级白玻璃基板。
S20、根据裸眼3D光栅的微透镜单元的排布，在黑色的菲林胶片上设置多个透光孔，利用透光孔模拟裸眼3D光栅的微透镜单元；所述透光孔的大小小于微透镜单元的大小。
S30、根据步骤S10计算出的光栅玻璃基板的厚度，将该厚度的光栅玻璃基板设置在所述显示屏上，将所述菲林胶片设置在所述光栅玻璃基板上。
可见本发明利用小孔模拟透镜，无需制作裸眼3D光栅即可测试前期光栅参数的可行性，若可行再制作光栅模。这样就能节省来回开模验证的时间，缩短开发周期，节省开发费用。
进一步的，所述步骤S30之后，还包括：
步骤S40、在预设视距附近观察裸眼3D图像，当在预设视距观察到的裸眼3D图像比其他距离观察到的裸眼3D图像清晰时(即在预设视距观察到的裸眼3D图像最清晰时)，则裸眼3D光栅的参数可行；反之则不可行，需调整裸眼3D光栅的参数(设计参数)。
预设视距附近，优选为预设视距±1米的距离区间。换而言之，在显示屏的最佳视距观看裸眼3D图像，若图像最清晰，则说明裸眼3D光栅与显示屏之间的光栅玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光栅的微透镜单元的排布设置正确合理，可以进行后续参数的计算和开模，若比最佳视距近或远时看到的图像最清晰，则需要重新调整光栅玻璃基板的厚度、裸眼3D光栅的微透镜单元的排布等，相当于返回步骤S10，直到裸眼3D光栅的参数可行。
由于光栅开模价格非常昂贵，为防止设计的光栅参数有出入，或者实际原材料的特性差异，包括玻璃的厚度公差，折射率等，故前期采用上述方法，利用菲林胶片进行模拟测试。整个胶片为黑色，在上面按设计的矩阵排图方法留一个透光孔，其大小近似一个像素，排图进行测试。以确定光栅的设计参数的准确性，做到开模一次成功。这样就能节省来回开模验证的时间，缩短开发周期，节省开发费用。
进一步的，请参阅图3，所述步骤S10具体包括：
S110、根据显示屏的预设视距和显示屏的像素长宽，计算裸眼3D光栅与显示屏之间的光栅玻璃基板的厚度；
具体的，已知显示屏的预设视距为S，显示屏的像素长宽均为P，则裸眼3D光栅10与显示屏30之间的光栅玻璃基板20的厚度d为：
其中，W为双目视距(即两眼的间距)，n1为光栅玻璃基板的折射率，a为显示屏上层玻璃基板的厚度。
本实施例中，显示屏的分辨率为3840×2160，显示屏的最佳视距S为1400mm，屏像素大小为0.15525×0.15525mm，即P＝0.15525mm。W取65mm，n1取1.5，a取0.5mm。
由图3的相似三角形原理可知，P：W＝h：S。可求得h＝3.343846mm。此处的计算公式并未考虑光栅玻璃基板的折射率，故h并非光栅玻璃基板的厚度，要计算光栅玻璃基板的厚度d还需要进行换算。考虑到液晶面板像素点上面还有一层玻璃基板，由折射率的公式可知，d＝h×n1-a。另外，液晶面板上层玻璃基板与光栅玻璃基板之间还有偏光片、胶水等，估算其厚度为0.5mm。故本实施例中，光栅玻璃基板20的厚度d＝3.343846×1.5-0.5-0.5＝4.0157693mm。
S120、根据光栅玻璃基板的厚度d，计算光栅焦距f＝d×k1，k1为经验系数。所述经验系数k1为1.1。则光栅焦距f＝4.0157693×1.1＝5.5173459mm；
S130、根据光栅焦距f，计算微透镜单元的曲率半径：
n2为裸眼3D光栅的折射率，本实施例中取1.56。所述曲率半径R的计算公式由高斯光学的基本原理得出。本实施例中，RR＝5.5173459/[1.5/(1.56-1)]＝2.059809mm。
S140、根据光栅玻璃基板的厚度d和微透镜单元的大小，计算微透镜单元的阵列间距：
微透镜单元覆盖m×n个像素，本实施例中，n＝m，即微透镜单元覆盖m×m个像素，本实施例中，m为8。即微透镜单元的宽度为m×P＝8×0.15525mm。
请参阅图4，三角形的顶点为人眼光源点，底边为微透镜单元覆盖的像素区域。由相似三角形原理可知，S/(S+d1)＝X/(m×P)，此处的d1未考虑玻璃的折射率，由于微透镜单元的焦距需聚焦在像素上，则由折射率公式可知，d1＝(f-a)/n1。由此得到微透镜单元的阵列间距X＝8×0.15525×(1400/(1400+5/1.5))＝1.239mm。
所述裸眼3D光栅的参数包括光栅玻璃基板的厚度、光栅焦距、微透镜单元的曲率半径和微透镜单元的阵列间距。
所述透光孔的阵列间距与微透镜单元的阵列间距X相同。即菲林上的透光孔的间距为1.239mm，为矩形阵列。所述透光孔为矩形，透光孔的长宽与显示屏的像素点长宽相同，透光孔的长宽优选为小于等于显示屏的像素点长宽。
所述步骤S30具体包括：
S310、将微透镜单元覆盖的m×n个像素作为视点，分别获取m×n个视图；
本实施例一个微透镜单元覆盖64个像素，即具有64视点，显示屏显示的画面需要进行排图。排图方法如下：64视点独立图像帧序列为“Z”字形排布的64个点阵，以11-88为例，图像文件夹依次为11-18；21-28；……81-88。其中11表示模拟最左上摄像头采集到的图像，18表示模拟最右上摄像机采集到的图像，81表示模拟最左下摄像机采集到的图像，88表示模拟最右下摄像机采集到的图像。
S320、以像素为单位对各个微透镜单元的m×n个视图进行交错混合为单帧裸眼3D图像；
具体的，按照上述附图规则，以像素为单位(一个完整的正方形RGB像素为一个最小单位，非R、G、B次像素)对64视图图像进行交错混合为单帧4K合成图。(先将64虚拟视点图缩放为4K分辨率2：根据表格规则，在对应的每一个视图的对应位置取样1个像素。将所有采样像素合成为最终裸眼3D图像)。
64视点图像合成的方法为：列出8个文件夹，每个文件夹里都有8个图片，分别为按一定规律排列的不同相机所拍。设计软件，将64张图片按照设计的排图方法进行排图合成，生成一张3840X2160的叠加图片，以进行测试。
S330、根据步骤S10计算出的光栅玻璃基板的厚度，依次将该厚度的光栅玻璃基板、菲林胶片叠放在显示屏上。
S340、在显示屏上显示所述交错混合得到的裸眼3D图像。
换而言之，图像再现的方法为：显示过程把记录有图像阵列的胶片放在再现微透镜阵列后方的焦平面出，根据光路可逆原理，图像透过菲林胶片阵列的小孔把许许多多图像元投射出来的光线聚焦还原，从而再现菲林胶片小孔阵列前方重建出物空间场景的三维图像，可围绕电视360度观看。若图像透过菲林胶片阵列的小孔把许许多多图像元投射出来的光线聚焦还原，能在菲林胶片前方重建出具有景深的空间三维立体图像，图像清晰，则按设计参数去制作模具，制作最终的透镜光栅。
由此，本发明应用一个简单的菲林胶片，整个菲林胶片丝印黑色，只在上面按设计光栅及排图要求裸出小孔，小孔大小为一个显示像素或显示亚像素(视信源图像排图要求)，利用小孔透过仅需显示的图像部分模拟透镜光栅。模拟多视点裸眼3D的光栅。通过特殊排图方法的显示图像透过小孔的像素形成所需新图像，做前期的模拟，以确定透镜光栅的设计参数的准确性，以便光栅开模一次成功。
基于上述实施例提供的裸眼3D光栅的模拟方法，本发明还提供一种裸眼3D光栅的模拟装置，所述模拟装置包括：上述的显示屏、上述设置在所述显示屏上的光栅玻璃基板，以及上述设置在所述光栅玻璃基板上的黑色菲林胶片；其中，所述光栅玻璃基板的厚度根据显示屏的预设视距和显示屏的像素大小计算得到；所述黑色菲林胶片上设置多个透光孔；所述透光孔的排布根据裸眼3D光栅的微透镜单元排布而定，以模拟裸眼3D光栅的微透镜单元；所述透光孔的大小小于微透镜单元的大小。由于所述模拟装置的结构，三个部分(显示屏、光栅玻璃基板、菲林胶片)的特征以及模拟原理在上述实施例中已详细说明，在此不再赘述。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种裸眼3D光栅的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、根据显示屏的预设视距和显示屏的像素大小，计算出裸眼3D光栅与显示屏之间的光栅玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光栅的微透镜单元的排布；
B、根据裸眼3D光栅的微透镜单元的排布，在黑色的菲林胶片上设置多个透光孔，利用透光孔模拟裸眼3D光栅的微透镜单元；所述透光孔的大小小于微透镜单元的大小；
C、根据步骤A计算出的光栅玻璃基板的厚度，将该厚度的光栅玻璃基板设置在所述显示屏上，将所述菲林胶片设置在所述光栅玻璃基板上；
所述步骤C之后，还包括步骤：
D、在预设视距附近观察裸眼3D图像，当在预设视距观察到的裸眼3D图像比其他距离观察到的裸眼3D图像清晰时，则裸眼3D光栅的参数可行，进行所述裸眼3D光栅开模。
2.根据权利要求1所述的裸眼3D光栅的模拟方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
A1、根据显示屏的预设视距和显示屏的像素长宽，计算裸眼3D光栅与显示屏之间的光栅玻璃基板的厚度；
A2、根据光栅玻璃基板的厚度，计算光栅焦距；
A3、根据光栅焦距，计算微透镜单元的曲率半径；
A4、根据光栅玻璃基板的厚度和微透镜单元的大小，计算微透镜单元的阵列间距。
3.根据权利要求1所述的裸眼3D光栅的模拟方法，其特征在于，所述步骤C具体包括如下步骤：
C1、将微透镜单元覆盖的m×n个像素作为视点，分别获取m×n个视图；
C2、以像素为单位对各个微透镜单元的m×n个视图进行交错混合为单帧裸眼3D图像；
C3、根据步骤A计算出的光栅玻璃基板的厚度，依次将该厚度的光栅玻璃基板、菲林胶片叠放在显示屏上；
C4、在显示屏上显示所述交错混合得到的裸眼3D图像。
4.根据权利要求1所述的裸眼3D光栅的模拟方法，其特征在于，所述透光孔的阵列间距与微透镜单元的阵列间距相同。
5.根据权利要求4所述的裸眼3D光栅的模拟方法，其特征在于，所述透光孔为矩形，透光孔的长宽与显示屏的像素点长宽相同。
6.根据权利要求1所述的裸眼3D光栅的模拟方法，其特征在于，所述预设视距为显示屏的最佳视距。
7.根据权利要求1所述的裸眼3D光栅的模拟方法，其特征在于，所述光栅玻璃基板为电子级白玻璃基板。
8.根据权利要求6所述的裸眼3D光栅的模拟方法，其特征在于，所述裸眼3D光栅的参数包括光栅玻璃基板的厚度、光栅焦距、微透镜单元的曲率半径和微透镜单元的阵列间距。
9.一种裸眼3D光栅的模拟装置，其特征在于，包括：显示屏、设置在所述显示屏上的光栅玻璃基板，以及设置在所述光栅玻璃基板上的黑色菲林胶片；其中，所述光栅玻璃基板的厚度根据显示屏的预设视距和显示屏的像素大小计算得到；所述黑色菲林胶片上设置多个透光孔；所述透光孔的排布根据裸眼3D光栅的微透镜单元排布而定，以模拟裸眼3D光栅的微透镜单元；所述透光孔的大小小于微透镜单元的大小。
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