CN106559661B - 一种基于3d液晶透镜的立体视觉图像产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，动态设置第一目标位置、第二目标位置，第一区域、第二区域则根据第一目标位置、第二目标位置的逆向光路作相应的动态调整，通过混合图像的设定，第一区域的图像以第一图像为主体，第二区域的图像以第二图像为主体，因此，在第一目标位置、第二目标位置的位置发生改变的情况下，显示屏上第一区域的图像能够透过分光镜的分光部准确、动态地投射到第一目标位置，显示屏上第二区域的图像能够透过分光镜的分光部准确、动态地投射到第二目标位置，从而使得在第一目标位置、第二目标位置能够分别准确地观看到第一图像、第二图像的主要内容，从而提高立体视觉的体验。

Description

一种基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法

技术领域

本发明涉及一种成像方法，尤其涉及一种基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法。

背景技术

立体视觉图像的产生，一般是通过在显示屏前方加一块分光镜，将图像中不同像素的内容通过分光镜分别透射到观看者的左右眼来实现，然而，由于观看者的左右眼与显示屏的相对位置并不是固定不动的，当观看者的眼球位置发生变化时，很可能导致立体图像的失效，很难获得良好的立体视觉体验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，这种基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法能够更加准确、动态地将左右图像分别投射到观看者的左右眼中，从而提高立体视觉的体验。采用的技术方案如下：

一种基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、设置一包含多个屏幕像素的显示屏；

(2)、在显示屏前方设置一个分光镜，分光镜设有多个分光部，显示屏的光线能够依据光线发射点与分光部的相对应位置，透过分光部以不同的方向投射至分光镜前方；

(3)、在分光镜前方设置第一目标位置、第二目标位置；

(4)、在显示屏上定义出交错排列的第一区域、第二区域，第一区域为第一目标位置通过分光部的逆向光路在显示屏上的投影区域，第二区域为第二目标位置通过分光部的逆向光路在显示屏上的投影区域；

(5)、设置第一图像、第二图像，将第一图像、第二图像合成为混合图像，混合图像的分辨率与显示屏的分辨率一致，在混合图像中，与第一区域相对应的图像以第一图像的内容为主体，与第二区域相对应的图像以第二图像的内容为主体；

(6)、在显示屏上显示混合图像。

在显示屏上显示混合图像后，显示屏上第一区域的图像（主要来自第一图像）透过分光镜的分光部投射到第一目标位置，显示屏上第二区域的图像（主要来自第二图像）透过分光镜的分光部投射到第二目标位置，从而使得在第一目标位置、第二目标位置能够分别准确地观看到第一图像、第二图像的主要内容。由于第一区域、第二区域是由第一目标位置、第二目标位置进行确定，第一区域、第二区域分别通过第一目标位置、第二目标位置的逆向光路的算法得出，因此，当进行动态设置第一目标位置、第二目标位置时，第一区域、第二区域也作相应的动态调整，而通过混合图像的设定，第一区域的图像总是以第一图像为主体，第二区域的图像总是以第二图像为主体，因此，在第一目标位置、第二目标的位置发生改变的情况下，显示屏上第一区域的图像（主要来自第一图像）能够透过分光镜的分光部准确、动态地投射到第一目标位置，显示屏上第二区域的图像（主要来自第二图像）能够透过分光镜的分光部准确、动态地投射到第二目标位置，从而使得在第一目标位置、第二目标位置能够分别准确地观看到第一图像、第二图像的主要内容，从而提高立体视觉的体验，这不是机械地调整，与现有的眼球跟踪技术具有很大差别。

作为本发明的优选方案，所述步骤（1）中，屏幕像素沿垂直方向排列，所述步骤（2）中分光部均为条状透镜，分光部与垂直方向成0～20°夹角。将显示屏的屏幕像素设置为沿垂直方向排列，而将分光部设置为与垂直方向成0～20°夹角，避免某些颜色的像素被条状透镜所遮掩，防止色偏的发生，使第一目标位置、第二目标位置所看到的颜色更加真实、无偏差。

作为本发明的优选方案，所述屏幕像素为原色像素。将显示屏的屏幕像素设置为原色像素，原色像素的宽度，相比于单元像素(单元像素一般由3个原色像素构成)更小，通过原色像素来定义处理图像，可以最大限度地保留图像中的亮度，当对屏幕像素进行调节时，只是影响到单个原色像素，而不会影响到整个单元像素。

作为本发明的优选方案，所述步骤（5）中，所述混合图像中的各个图像像素均设有相应的调节因子，图像像素的亮度为相对应的第一图像/第二图像中像素的亮度与调节因子的乘积，调节因子的数值范围为0～1之间，在靠近第一区域/第二区域的中轴线处，调节因子的数值较大，在远离第一区域/第二区域的中轴线处，调节因子的数值较小。由于混合图像的分辨率与显示屏一致，因此，混合图像中各个图像像素与显示屏的屏幕像素位置重叠且大小相等，屏幕像素、图像像素在实际上时指同一个点，对混合图像中图像像素的亮度调节，实际上也是对同一点的屏幕像素的亮度进行调节，从而达到调节画面的目的。通过设置调节因子，调节因子的数值自第一区域/第二区域的中轴线附近较大，而在远离中轴线处则较小，使得混合图像的亮度在第一区域/第二区域的中轴线附近保持正常的亮度，而在两侧则变得较暗，从而在第一区域与第二区域的边界处形成较为明显的边界线，避免第一区域、第二区域图像的左右窜扰。

作为本发明进一步的优选方案，所述混合图像中，在第一区域/第二区域的边界处，图像像素的调节因子的数值为0。在第一区域/第二区域的边界处，将混合图像中图像像素的调节因子设置为0，使得在第一区域/第二区域的边界处，图像像素最暗，从而在第一区域与第二区域的边界处形成更明显的边界线，进一步避免第一区域、第二区域图像的左右窜扰。

作为本发明进一步的优选方案，在所述混合图像中，调节因子的数值与图像像素到所述第一区域/第二区域的中轴线的距离成一个梯形函数，靠近中轴线处，调节因子的数值最大并且为常数，远离中轴线处，调节因子的数值逐渐减小。采用梯形函数来确定调节因子的数值，既能够抑制第一区域、第二区域图像的左右窜扰，且最大限度的保证中间图像像素的亮度。

作为本发明的优选方案，所述分光部的宽度为屏幕像素宽度的4～20倍。将分光部的宽度设置为屏幕像素宽度的4～20倍，减少了与分光部边界交集的屏幕像素，从而提高了亮度，同时保证肉眼分辨不出各分光部。

作为本发明的优选方案，所述第一目标位置、第二目标位置分别为第一空间坐标点、第二空间坐标点，第一区域为第一空间坐标点通过分光部的逆向光路在显示屏上的投影区域，第二区域为第二空间坐标点通过分光部的逆向光路在显示屏上的投影区域。进一步将第一目标位置、第二目标位置分别为第一空间坐标点、第二空间坐标点，简化模型，使得处理起来更加容易。

作为本发明进一步的优选方案，所述步骤（1）中，还设有与所述显示屏固定连接的眼球识别装置，眼球识别装置能够识别观看者的眼球位置，并将观看者的左右眼球位置定义为所述第一空间坐标点、第二空间坐标点。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

由于第一区域、第二区域是由第一目标位置、第二目标位置进行确定，第一区域、第二区域分别通过第一目标位置、第二目标位置的逆向光路的算法得出，因此，当进行动态设置第一目标位置、第二目标位置时，第一区域、第二区域也作相应的动态调整，而通过混合图像的设定，第一区域的图像总是以第一图像为主体，第二区域的图像总是以第二图像为主体，因此，在第一目标位置、第二目标的位置发生改变的情况下，显示屏上第一区域的图像（主要来自第一图像）能够透过分光镜的分光部准确、动态地投射到第一目标位置，显示屏上第二区域的图像（主要来自第二图像）能够透过分光镜的分光部准确、动态地投射到第二目标位置，从而使得在第一目标位置、第二目标位置能够分别准确地观看到第一图像、第二图像的主要内容，从而提高立体视觉的体验，这不是机械地调整，与现有的眼球跟踪技术具有很大差别。

附图说明

图1是本发明优选实施例所采用系统的示意图；

图2是本发明优选实施例定义分光部、第一区域、第二区域的示意图；

图3是第一区域、第二区域与原色像素（屏幕像素）的平面示意图；

图4是合成混合图像的示意图；

图5是调节因子的设定原理图；

图6是调节因子的梯形函数示意图。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。

(1)、如图1所示，设置一包含多个原色像素100（屏幕像素）的显示屏1(如液晶显示屏、OLED显示屏)，原色像素100（屏幕像素）沿着水平与竖直方向排列构成一矩阵，其横向pitch与竖向pitch的比为1:3，在横向为RGB交替变化；眼球识别装置2与显示屏1固定连接，眼球识别装置2能够识别观看者的眼球位置；

(2)、如图1、2所示，在显示屏1前方设置一个分光镜3，分光镜3设有多个分光部301，显示屏1的光线能够依据光线发射点与分光部301的相对应位置，透过分光部301以不同的方向投射至分光镜3前方(分光镜3可以为由多个柱状镜构成的透镜组合，该柱状透镜可以为玻璃、有机玻璃等材料制作而成的静态透镜，也可以为液晶制作而成的动态透镜。例如，对于柱状镜，每个柱体均构成分光部301)；分光部301为与垂直方向成10°夹角（0~20°都可以）的交错排列的带状透镜，带状透镜的宽度为原色像素（屏幕像素）宽度的10倍（4~20倍都可以）。

(3)、如图1所示，通过眼球识别装置2获取观看者眼球的位置，并定义为第一空间坐标点4、第二空间坐标点5，即处于分光镜3的前方的第一目标位置、第二目标位置；

(4)、如图1、2所示，通过图像处理装置6，根据第一空间坐标点4、第二空间坐标点5，在显示屏1上自动定义出第一区域7、第二区域8，第一区域7为第一空间坐标点4通过分光部301的逆向光路在显示屏1上的投影区域，第二区域8为第二空间坐标点5通过分光部301的逆向光路在显示屏1上的投影区域；具体来说，可根据光线追踪算法，计算由第一空间坐标点4、第二空间坐标点5散发出来的光，经过分光部301，然后分别照射在显示屏1上，所得到的第一区域7、第二区域8；

(5)、如图3、4所示，在图像处理装置6中输入第一图像、第二图像，并将第一图像、第二图像合成合成为混合图像，混合图像的分辨率与显示屏的分辨率一致，在混合图像中，与第一区域相对应的图像以第一图像的内容为主体，与第二区域相对应的图像以第二图像的内容为主体；如图5、6所示，具体来说，包括：A)、混合图像中的各个图像像素200均设有相应的调节因子k，图像像素200的亮度为相对应的第一图像/第二图像中像素的亮度与调节因子k的乘积，调节因子k的数值范围为0～1之间，在靠近第一区域7/第二区域8的中轴线M处，调节因子k的数值较大，在远离第一区域7/第二区域8的中轴线M处，调节因子k的数值较小, 调节因子k的数值与图像像素200到第一区域7/第二区域8的中轴线M的距离L成一个梯形函数，靠近中轴线M处，调节因子k的数值最大并且为常数，远离中轴线M处，调节因子k的数值逐渐减小； B）、在第一区域7/第二区域8的边界处，图像像素200的调节因k子的数值为0；

(6)、在显示屏1中显示混合图像。

通过眼球识别装置2自动获取观看者的眼球位置，并定义为第一空间坐标点4、第二空间坐标点5，通过图像处理装置6，依据逆向光路的算法，分别根据第一空间坐标点4、第二空间坐标点5，在显示屏1上定义出第一区域7、第二区域8，因此，当进行动态设置第一空间坐标点4、第二空间坐标点5时，第一区域7、第二区域8也作相应的动态调整，而通过混合图像的设定，第一区域7的图像总是以第一图像为主体，第二区域8的图像总是以第二图像为主体，因此，在第一空间坐标点4、第二空间坐标点5的位置发生改变的情况下，显示屏1上第一区域7的图像（主要来自第一图像）能够透过分光镜3的分光部301准确、动态地投射到第一空间坐标点4，显示屏1上第二区域8的图像（主要来自第二图像）能够透过分光镜3的分光部301准确、动态地投射到第二空间坐标点5，从而使得在第一空间坐标点4、第二空间坐标点5能够分别准确地观看到第一图像、第二图像的主要内容，从而提高立体视觉的体验，这不是机械地调整，与现有的眼球跟踪技术具有很大差别。

另外，将显示屏1的原色像素100（屏幕像素）设置为沿垂直方向排列，而将分光部301设置为与垂直方向成10°夹角，避免某些颜色的原色像素100被条状透镜所遮掩，防止色偏的发生，使第一空间坐标点4、第二空间坐标点5所看到的颜色更加真实、无偏差。

另外，通过设置调节因子k，调节因子k的数值自第一区域7/第二区域8的中轴线M附近较大，而在远离中轴线M处则较小，使得混合图像的亮度在第一区域7/第二区域8的中轴线M附近保持正常的亮度，而在两侧则变得较暗，从而在第一区域7与第二区域8的边界处形成较为明显的边界线，避免第一区域7、第二区域8图像的左右窜扰。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、设置一包含多个屏幕像素的显示屏；

(2)、在显示屏前方设置一个分光镜，分光镜设有多个分光部，显示屏的光线能够依据光线发射点与分光部的相对应位置，透过分光部以不同的方向投射至分光镜前方；

(3)、在分光镜前方设置第一目标位置、第二目标位置；

(4)、在显示屏上定义出交错排列的第一区域、第二区域，第一区域为第一目标位置通过分光部的逆向光路在显示屏上的投影区域，第二区域为第二目标位置通过分光部的逆向光路在显示屏上的投影区域；

(5)、设置第一图像、第二图像，将第一图像、第二图像合成为混合图像，混合图像的分辨率与显示屏的分辨率一致，在混合图像中，与第一区域相对应的图像以第一图像的内容为主体，与第二区域相对应的图像以第二图像的内容为主体；并且，在混合图像中的各个图像像素均设有相应的调节因子，图像像素的亮度为相对应的第一图像/第二图像中像素的亮度与调节因子的乘积，调节因子的数值范围为0～1之间，在靠近第一区域/第二区域的中轴线处，调节因子的数值较大，在远离第一区域/第二区域的中轴线处，调节因子的数值较小；

(6)、在显示屏上显示混合图像。

2.如权利要求1所述的基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，其特征是：所述步骤（1）中，屏幕像素沿垂直方向排列，所述步骤（2）中分光部均为条状透镜，分光部与垂直方向成0～20°夹角。

3.如权利要求1所述的基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，其特征是：所述屏幕像素为原色像素。

4.如权利要求1所述的基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，其特征是：所述混合图像中，在第一区域/第二区域的边界处，图像像素的调节因子的数值为0。

5.如权利要求1所述的基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，其特征是：在所述混合图像中，调节因子的数值与图像像素到所述第一区域/第二区域的中轴线的距离成一个梯形函数，靠近中轴线处，调节因子的数值最大并且为常数，远离中轴线处，调节因子的数值逐渐减小。

6.如权利要求1所述的基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，其特征是：所述分光部的宽度为屏幕像素宽度的4～20倍。

7.如权利要求1所述的基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，其特征是：所述第一目标位置、第二目标位置分别为第一空间坐标点、第二空间坐标点，第一区域为第一空间坐标点通过分光部的逆向光路在显示屏上的投影区域，第二区域为第二空间坐标点通过分光部的逆向光路在显示屏上的投影区域。

8.如权利要求7所述的基于3D液晶透镜的立体视觉图像产生方法，其特征是：所述步骤（1）中，还设有与所述显示屏固定连接的眼球识别装置，眼球识别装置能够识别观看者的眼球位置，并将观看者的左右眼球位置定义为所述第一空间坐标点、第二空间坐标点。