CN110297333A - 一种光场显示系统调节方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光场显示系统调节方法及系统，所述调节方法包括如下步骤：首先，确定最佳观察点；然后，根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度，根据所述单元图像宽度在显示图像上为透镜阵列的每个透镜划分一个单元图像；并根据所述最佳观察点确定参考透镜；最后，调整所述显示图像的位置，使所述参考透镜所对应的单元图像的中心与所述参考透镜的中心一致，得到调整后的显示图像；并根据调整后的显示图像的每个单元图像的像素与光线的对应关系，通过反向光线追踪计算得到调整后的单元图像阵列。本发明根据确定的最佳观察点，调整单元图像的宽度和位置以适配不同观看位置的观看者，获得最佳的观看效果，扩大了观看者可以观察到3D影像的观看范围。

Description

一种光场显示系统调节方法及系统

技术领域

本发明涉及光场显示系统显示领域，特别涉及一种光场显示系统调节方法及系统。

背景技术

集成成像或基于集成成像的光场显示系统的观看位置处在每个透镜的公共视区，即图示主视区，通常离显示系统较远，且观看范围较小。因此观看者需要在一定距离上才能看到较好的显示效果。为了在水平和深度方向获得大的观看范围，需要引入对系统中单元图像阵列的像素排列进行一些调整。传统的方法的单元图像的宽度与透镜的间隔一致，因此并未在指定位置形成视点，使得观看者只能在离系统较远的狭窄区域，(如图1所示的主视区)才能看到3D像。

发明内容

本发明的目的是提供一种光场显示系统调节方法及系统，以扩大观看者可以观察到3D影像的观察范围，并使位于不同观察范围内的不同位置的观看者，获得最佳的观察效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种光场显示系统调节方法，所述调节方法包括如下步骤：

确定最佳观察点；

根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度；

根据所述单元图像宽度在显示图像上为透镜阵列的每个透镜划分一个单元图像；

根据所述最佳观察点确定参考透镜；

调整所述显示图像的位置，使所述参考透镜所对应的单元图像的中心与所述参考透镜的中心一致，得到调整后的显示图像；

根据调整后的显示图像的每个单元图像的像素与光线的对应关系，通过反向光线追踪计算得到调整后的单元图像阵列；

利用调整后的单元图像阵列进行显示。

可选的，所述确定最佳观察点，具体包括：

确定每个观看者的位置(x_k,y_k,z_k),k＝1,2,···,N，N表示观看者的数量；

设置每个观看者的权重a_k；

根据每个观看者的位置和权重，利用公式确定最佳观察点(x_t,y_t,z_t)。

可选的，所述根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度，具体包括：

根据最佳观察点的z轴坐标z_t确定汇聚深度d_v＝|z_t|；

根据所述汇聚深度，利用公式确定单元图像宽度；

其中，w为单元图像宽度，g为透镜阵列与显示器之间的间隔，L_p为相邻透镜之间的间距。

可选的，所述根据所述最佳观察点确定参考透镜，具体包括：

计算最佳观察点在XOY平面的坐标与透镜阵列的每个透镜的中心在XOY平面的坐标的距离；

选取距离最小的透镜作为参考透镜。

本发明还提供一种光场显示系统调节系统，所述调节系统包括：

最佳观察点确定模块，用于确定最佳观察点；

单元图像宽度确定模块，用于根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度；

单元图像划分模块，用于根据所述单元图像宽度在显示图像上为透镜阵列的每个透镜划分一个单元图像；

参考透镜确定模块，用于根据所述最佳观察点确定参考透镜；

调整模块，用于调整所述显示图像的位置，使所述参考透镜所对应的单元图像的中心与所述参考透镜的中心一致，得到调整后的显示图像；

单元图像阵列计算模块，用于根据调整后的显示图像的每个单元图像的像素与光线的对应关系，通过反向光线追踪计算得到调整后的单元图像阵列；

显示模块，用于利用调整后的单元图像阵列进行显示。

可选的，所述最佳观察点确定模块，具体包括：

观看者位置确定子模块，用于确定每个观看者的位置(x_k,y_k,z_k),k＝1,2,···,N，N表示观看者的数量；

权重设置子模块，用于设置每个观看者的权重a_k；

最佳观察点确定子模块，用于根据每个观看者的位置和权重，利用公式确定最佳观察点(x_t,y_t,z_t)。

可选的，所述单元图像宽度确定模块，具体包括：

汇聚深度确定子模块，用于根据最佳观察点的z轴坐标z_t确定汇聚深度d_v＝|z_t|；

单元图像宽度确定子模块，用于根据所述汇聚深度，利用公式确定单元图像宽度；

其中，w为单元图像宽度，g为透镜阵列与显示器之间的间隔，L_p为相邻透镜之间的间距。

可选的，所述参考透镜确定模块，具体包括：

距离计算子模块，用于计算最佳观察点在XOY平面的坐标与透镜阵列的每个透镜的中心在XOY平面的坐标的距离；

参考透镜选取子模块，用于选取距离最小的透镜作为参考透镜。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种光场显示系统调节方法及系统，所述调节方法包括如下步骤：首先，确定最佳观察点；然后，根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度，根据所述单元图像宽度在显示图像上为透镜阵列的每个透镜划分一个单元图像；并根据所述最佳观察点确定参考透镜；最后，调整所述显示图像的位置，使所述参考透镜所对应的单元图像的中心与所述参考透镜的中心一致，得到调整后的显示图像；并根据调整后的显示图像的每个单元图像的像素与光线的对应关系，通过反向光线追踪计算得到调整后的单元图像阵列；利用调整后的单元图像阵列进行显示。本发明根据确定的最佳观察点，调整单元图像的宽度和位置以适配不同观看位置的观看者，获得最佳的观看效果，扩大了观看者可以观察到3D影像的观看范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的传统的单元图像的宽度与透镜的间隔一致的调节方法与本发明提供的调节方法的观看范围的对比图；

图2为本发明提供的一种光场显示系统调节方法的流程图；

图3为本发明提供的计算单元图像宽度的原理图；

图4为本发明提供的参考透镜为最左侧的透镜时的视点示意图；

图5为本发明提供的根据参考透镜对透镜阵列的每个透镜对应的单元图像进行重定位的原理示意图；

图6为本发明提供的一种光场显示系统调节系统的结构图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种光场显示系统调节方法及系统，以扩大观看者可以观察到3D影像的观察范围，并使位于不同观察范围内的不同位置的观看者，获得最佳的观察效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。

如图1所示，传统的方法的单元图像的宽度与透镜的间隔一致，因此并未在指定位置形成视点，使得观看者只能在离系统较远的狭窄区域(即图1所示的主视区)才能看到3D像。本发明通过调整单元图像的中心和宽度来适配不同观看位置的观看者，获得最佳的观看效果，扩大观看者可以观察到3D影像的观察范围，包括图1中的主视区、过渡视区和负视区。

如图2所示，本发明提供的一种光场显示系统调节方法，包括如下步骤：

步骤201，确定最佳观察点。

最佳观察点是根据观看者的位置和设置的权重确定的，以使当前所有观看者的观看效果达到全局最佳。

所述确定最佳观察点，具体包括：

确定每个观看者的位置(x_k,y_k,z_k),k＝1,2,···,N，N表示观看者的数量。可以采用现有的设备例如Kinect等确定观看者的位置，但是不限于该设备，而且具体的确定方式为现有的已经成熟的技术，在此不再累赘。

设置每个观看者的权重a_k。重要性的确定通过人工标记的方式给观看者赋权值。根据观看模式对观看者的权重进行设置：普通模式时，每个观看者都赋予一致的重要性，即：其中M为观看者数量。特权模式时，设定特定观看者的重要性为其余观看者均为

根据每个观看者的位置和权重，通过加权平均利用公式确定最佳观察点(x_t,y_t,z_t)。

步骤202，根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度。

所述根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度，具体包括：

如图3所示，根据最佳观察点的z轴坐标z_t确定汇聚深度d_v＝|z_t|；根据所述汇聚深度，利用公式确定单元图像宽度；其中，w为单元图像宽度，g为透镜阵列与显示器之间的间隔，L_p为相邻透镜之间的间距。本发明根据汇聚深度确定单元图像宽度，使根据确定的单元图像宽度划分的图像单元，适配汇聚深度。

步骤203，根据所述单元图像宽度在显示图像上为透镜阵列的每个透镜划分一个单元图像。

步骤204，根据所述最佳观察点确定参考透镜。

如图4所示，假设以最左侧透镜为参考点，根据单元图像宽度，设置一个单元图像，使得该单元图像与最左侧透镜中心对齐，其余透镜对应的单元图像依次排列。根据如上描述的像素-光线对应关系，可知，参考点设置为最左侧透镜时，视点的分布也向左侧移动，如图3所示，使得观看者恰好位于视点分布的范围内，实现横向(x方向)和水平(y方向)方向的最佳观看。

其中，所述根据所述最佳观察点确定参考透镜，具体包括：计算最佳观察点在XOY平面的坐标与透镜阵列的每个透镜的中心在XOY平面的坐标的距离；选取距离最小的透镜作为参考透镜。

即，参考透镜根据最佳观察点的横向位置(x，y)坐标设定，根据最佳观察点的横向位置，找到横向距离最小的透镜编号，具体地，其编号为：

i＝i,s.t.min(|(u_i-x_t)|+|(v_i-y_t)|)。

步骤205，调整所述显示图像的位置，使所述参考透镜所对应的单元图像的中心与所述参考透镜的中心一致，得到调整后的显示图像。

如图5所示，以第i个透镜为参考透镜为例，通过调整第i个单元图像的在显示器上的像素起止范围，使得第i个单元图像的中心与第i个透镜的中心一致，即：

则第j个透镜对应第j个单元图像的中心坐标为：

以上调整，导致像素与其归属透镜的对应关系发生改变，亦即是显示器上的像素-光线对应关系发生改变。

步骤206，根据调整后的显示图像的像素与光线的对应关系，通过反向光线追踪计算得到调整后的单元图像阵列。

步骤207，利用调整后的单元图像阵列进行显示。

如图6所示本发明还提供一种光场显示系统调节系统，所述调节系统包括：

最佳观察点确定模块601，用于确定最佳观察点；

单元图像宽度确定模块602，用于根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度；

单元图像划分模块603，用于根据所述单元图像宽度在显示图像上为透镜阵列的每个透镜划分一个单元图像；

参考透镜确定模块604，用于根据所述最佳观察点确定参考透镜；

调整模块605，用于调整所述显示图像的位置，使所述参考透镜所对应的单元图像的中心与所述参考透镜的中心一致，得到调整后的显示图像；

单元图像阵列计算模块606，用于根据调整后的显示图像的每个单元图像的像素与光线的对应关系，通过反向光线追踪计算得到调整后的单元图像阵列；

显示模块607，用于利用调整后的单元图像阵列进行显示。

其中，所述最佳观察点确定模块601，具体包括：观看者位置确定子模块，用于确定每个观看者的位置(x_k,y_k,z_k),k＝1,2,···,N，N表示观看者的数量；权重设置子模块，用于设置每个观看者的权重a_k；最佳观察点确定子模块，用于根据每个观看者的位置和权重，利用公式确定最佳观察点(x_t,y_t,z_t)。

所述单元图像宽度确定模块602，具体包括：汇聚深度确定子模块，用于根据最佳观察点的z轴坐标z_t确定汇聚深度d_v＝|z_t|；单元图像宽度确定子模块，用于根据所述汇聚深度，利用公式确定单元图像宽度；其中，w为单元图像宽度，g为透镜阵列与显示器之间的间隔，L_p为相邻透镜之间的间距。

所述参考透镜确定模块603，具体包括：距离计算子模块，用于计算最佳观察点在XOY平面的坐标与透镜阵列的每个透镜的中心在XOY平面的坐标的距离；参考透镜选取子模块，用于选取距离最小的透镜作为参考透镜。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1.根据最佳观察点的汇聚深度调整单元图像宽度，以适配不同观看距离z的观看者。

2.根据确定的参考透镜，调整图像单元在XOY平面的位置，改变像素和透镜阵列的对应关系，即改变显示器上像素-光线对应关系，改变视点汇聚的横向范围(x，y)，以适配不同横向位置的观看者。

3、本发明根据确定的最佳观察点，调整单元图像的宽度和位置以适配不同观看位置的观看者，获得最佳的观看效果，扩大了观看者可以观察到3D影像的观看范围。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种光场显示系统调节方法，其特征在于，所述调节方法包括如下步骤：

确定最佳观察点；

根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度；

根据所述单元图像宽度在显示图像上为透镜阵列的每个透镜划分一个单元图像；

根据所述最佳观察点确定参考透镜；

调整所述显示图像的位置，使所述参考透镜所对应的单元图像的中心与所述参考透镜的中心一致，得到调整后的显示图像；

根据调整后的显示图像的每个单元图像的像素与光线的对应关系，通过反向光线追踪计算得到调整后的单元图像阵列；

利用调整后的单元图像阵列进行显示。

2.根据权利要求1所述的光场显示系统调节方法，其特征在于，所述确定最佳观察点，具体包括：

确定每个观看者的位置(x_k,y_k,z_k),k＝1,2,···,N，N表示观看者的数量；

设置每个观看者的权重a_k；

根据每个观看者的位置和权重，利用公式确定最佳观察点(x_t,y_t,z_t)。

3.根据权利要求1所述的光场显示系统调节方法，其特征在于，所述根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度，具体包括：

根据最佳观察点的z轴坐标z_t确定汇聚深度d_v＝|z_t|；

根据所述汇聚深度，利用公式确定单元图像宽度；

其中，w为单元图像宽度，g为透镜阵列与显示器之间的间隔，L_p为相邻透镜之间的间距。

4.根据权利要求1所述的光场显示系统调节方法，其特征在于，所述根据所述最佳观察点确定参考透镜，具体包括：

计算最佳观察点在XOY平面的坐标与透镜阵列的每个透镜的中心在XOY平面的坐标的距离；

选取距离最小的透镜作为参考透镜。

5.一种光场显示系统调节系统，其特征在于，所述调节系统包括：

最佳观察点确定模块，用于确定最佳观察点；

单元图像宽度确定模块，用于根据最佳观察点的位置确定单元图像宽度；

单元图像划分模块，用于根据所述单元图像宽度在显示图像上为透镜阵列的每个透镜划分一个单元图像；

参考透镜确定模块，用于根据所述最佳观察点确定参考透镜；

调整模块，用于调整所述显示图像的位置，使所述参考透镜所对应的单元图像的中心与所述参考透镜的中心一致，得到调整后的显示图像；

单元图像阵列计算模块，用于根据调整后的显示图像的每个单元图像的像素与光线的对应关系，通过反向光线追踪计算得到调整后的单元图像阵列；

显示模块，用于利用调整后的单元图像阵列进行显示。

6.根据权利要求5所述的光场显示系统调节系统，其特征在于，所述最佳观察点确定模块，具体包括：

观看者位置确定子模块，用于确定每个观看者的位置(x_k,y_k,z_k),k＝1,2,···,N，N表示观看者的数量；

权重设置子模块，用于设置每个观看者的权重a_k；

最佳观察点确定子模块，用于根据每个观看者的位置和权重，利用公式确定最佳观察点(x_t,y_t,z_t)。

7.根据权利要求5所述的光场显示系统调节系统，其特征在于，所述单元图像宽度确定模块，具体包括：

汇聚深度确定子模块，用于根据最佳观察点的z轴坐标z_t确定汇聚深度d_v＝|z_t|；

单元图像宽度确定子模块，用于根据所述汇聚深度，利用公式确定单元图像宽度；

其中，w为单元图像宽度，g为透镜阵列与显示器之间的间隔，L_p为相邻透镜之间的间距。

8.根据权利要求5所述的光场显示系统调节系统，其特征在于，所述参考透镜确定模块，具体包括：

距离计算子模块，用于计算最佳观察点在XOY平面的坐标与透镜阵列的每个透镜的中心在XOY平面的坐标的距离；

参考透镜选取子模块，用于选取距离最小的透镜作为参考透镜。