CN111427166A - 一种光场显示方法及系统、存储介质和显示面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光场显示方法及系统、存储介质和显示面板。该光场显示方法包括：建立像素光场信息数据库；根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的所述像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像；将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像。该光场显示方法，能够减少获得原始三维图像的微单元阵列图像的计算量，提高获得原始三维图像的微单元阵列图像的效率。

Description

一种光场显示方法及系统、存储介质和显示面板
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种光场显示方法及系统、存储介质和显示面板。
背景技术
在真实自然界中，人眼看到的物体是三维的，而传统的显示只是呈现出二维画面，没有深度信息。三维立体显示技术能够呈现出物体的深度信息，更能真实的反映出现实的物体，提升视觉感受。能够实现3D立体显示的技术有很多，如视差屏障显示、体三维显示、全息显示、光场显示等。视差屏障式3D显示由于单眼聚焦与双眼辐辏冲突，长时间观看产生眩晕感；光场显示式3D显示技术，单眼聚焦与双眼辐辏在同一个位置，观看无眩晕感，并且结合人眼晶状体调焦功能可实现单眼景深调节显示。集成成像光场显示技术作为光场显示技术之一，由于其利用计算机仿真光场成像技术，能够克服实际光学集成成像中由于器件尺寸等限制造成的许多问题，因此具有大的应用前景。
现阶段集成成像光场显示技术主要包含采集系统和重建系统两部分。光场采集的效果直接影响系统的成像效果，其占据重要的作用。光场采集主要有两种形式，一种为光学采集，另一种为计算机采集。由于光学采集需要借助光场相机等外部设备，结构复杂，受到一定的限制。而计算机采集能够模拟出三维空间场景，能够直接采集得到单元阵列图像，因此逐渐受到更多的关注。
在采用计算机仿真光场采集系统时，传统的方法生成单元阵列图像的方法是：将三维物体的原始三维图像切成多层后，三维物体上的每一个点发出无数条光线，其中经过针孔或微透镜中心的那条主光线与成像探测器(如CCD、CMOS等)平面相交，形成了单元阵列图像中的一个像素,将物体上的每一个点重复以上过程，最终就在成像探测器上得到了单元阵列图像。该方法计算量大，效率低，对计算处理器要求高。因此开发出高效的生成单元阵列图像的方法是至关重要的。
发明内容
本发明针对现有生成微单元阵列图像的方法计算量较大，效率低下的问题，提供一种光场显示方法及系统、存储介质和显示面板。该光场显示方法，能够减少获得原始三维图像的微单元阵列图像的计算量，提高获得原始三维图像的微单元阵列图像的效率。
本发明提供一种光场显示方法，包括：
建立像素光场信息数据库；
根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的所述像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像；
将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像。
可选地，所述建立像素光场信息数据库包括：
根据显示屏信息和微透镜阵列信息确定瞳孔位置、视场角和观看距离；所述微透镜阵列包括多个排布呈阵列的子微透镜；所述显示屏包括多个排布呈阵列的子像素；
根据所述瞳孔位置、所述视场角和所述观看距离，确定显示屏的有效成像区和无效成像区；
所述有效成像区内每个所述子微透镜在所述显示屏上对应多个所述子像素并对多个所述子像素的模拟发出光线进行处理，形成微单元光场；
将所述有效成像区内所有的所述微单元光场进行组合，获得像素光场信息数据库。
可选地，所述根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的所述像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像包括：
获取原始三维图像的多个景深位置；
将像素光场信息投影到原始三维图像的多个景深位置；
根据原始三维图像不同景深位置切片图像上的物体点信息模拟点亮显示屏子像素，以生成与该景深位置的切片图像对应的微单元阵列图像；
其中，所述物体点信息为不同景深位置的切片图像上像素灰阶不为0的子像素灰阶信息。
可选地，所述有效成像区内每个所述子微透镜在显示屏上对应多个所述子像素并对多个所述子像素的模拟发出光线进行处理，形成微单元光场包括：
获得有效成像区内每个子微透镜与显示屏子像素的对应关系；
将所述子微透镜在显示屏上对应的多个所述子像素模拟发出光线的光场信息进行组合，形成所述子微透镜的所述微单元光场。
可选地，将所述子微透镜在显示屏上对应的多个所述子像素模拟发出光线的光场信息进行组合，形成所述子微透镜的所述微单元光场包括：
建立空间坐标系，所述空间坐标系包括在所述微透镜阵列所在面内建立的由X轴和Y轴构成的直角坐标系和垂直于直角坐标系所在面的Z轴；所述空间坐标系的原点为所述微透镜阵列中处于中心位置的所述子微透镜的中心；
各所述子微透镜的所述微单元光场的光场信息为(x_M，y_M，z_M，α_pixel，β_pixel)；其中，x_M为所述子微透镜在所述空间坐标系中的X轴坐标；y_M为所述子微透镜在所述空间坐标系中的Y轴坐标；z_M为所述子微透镜在所述空间坐标系中的Z轴坐标；
Figure BDA0002434281780000031
其中，x_p为所述子微透镜在显示屏上对应的子像素在所述空间坐标系中的X轴坐标；y_p为所述子微透镜在显示屏上对应的子像素在所述空间坐标系中的Y轴坐标；z_p为所述子微透镜在显示屏上对应的子像素在所述空间坐标系中的Z轴坐标。
可选地，所述将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像包括：
获得不同景深位置的切片图像的微单元阵列图像；
将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，得到原始三维图像的微单元阵列图像。
可选地，所述将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，得到原始三维图像的微单元阵列图像包括：
对于原始三维图像的n个在不同景深位置的切片图像，获得微单元阵列图像n，得到第1次运算后的微单元阵列图像；
获得微单元阵列图像(n-1)，将微单元阵列图像(n-1)与微单元阵列图像n进行叠加，获得第2次运算后的微单元阵列图像，具体步骤包括：
判断微单元阵列图像(n-1)的各个子像素灰阶值是否为0；
如果微单元阵列图像(n-1)的一子像素灰阶值为0，则第2次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为第1次运算后的微单元阵列图像对应子像素位置灰阶值；
如果微单元阵列图像(n-1)的一子像素灰阶值不为0，则第2次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为微单元阵列图像(n-1)对应子像素位置灰阶值；
获得第2次运算后的微单元阵列图像；
获得微单元阵列图像(n-2)，将微单元阵列图像(n-2)与微单元阵列图像(n-1)进行叠加，获得第3次运算后的微单元阵列图像，具体步骤包括：
判断微单元阵列图像(n-2)的各个子像素灰阶值是否为0；
如果微单元阵列图像(n-2)的一子像素灰阶值为0，则第3次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为微单元阵列图像(n-1)对应子像素位置灰阶值；
如果微单元阵列图像(n-2)的一子像素灰阶值不为0，则第3次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为第2次运算后的微单元阵列图像对应子像素位置灰阶值；
获得第3次运算后的微单元阵列图像；
重复上述过程，获得第n次运算后的微单元阵列图像，为所述原始三维图像的微单元阵列图像。
其中，n表示所述原始三维图像在不同景深位置的切片图像数量，n为大于1的整数。对于所述n个原始三维图像在不同景深位置的切片图像，其中景深位置图像(m-1)和景深位置图像m为任意相邻的两个景深位置的切片图像，且景深位置图像(m-1)较景深位置图像m更靠近瞳孔位置，2≤m≤n；
可选地，所述根据原始三维图像不同景深图像上的物体点信息模拟点亮子显示屏像素，以生成与该景深图像对应的微单元阵列图像包括：
对所述原始三维图像一个或多个景深位置的切片图像进行降噪；
可选地，对所述原始三维图像一个或多个景深位置的切片图像进行降噪包括：
选取所述原始三维图像的景深图像k；
依次判断所述原始三维图像的景深图像k的各个子像素灰阶值是否小于限定值a；
如果所述原始三维图像的景深图像k的一子像素灰阶值小于限定值a，则将该子像素灰阶值替换为0；
如果所述原始三维图像的景深图像k的一子像素灰阶值不小于限定值a，则该子像素灰阶值不变；
获得所述三维图像的降噪景深图像k；
其中a＞0；k为正整数。
可选地，所述透镜阵列位于所述显示屏的显示侧；
所述显示屏信息包括所述显示屏上所述子像素的尺寸；
所述微透镜阵列信息包括所述子微透镜的径向尺寸和所述子微透镜与所述显示屏之间的间距。
可选地，所述显示屏信息还包括所述显示屏的尺寸。
可选地，所述微透镜阵列信息还包括子微透镜形状、所述子微透镜的焦距、所述子微透镜的曲率半径、所述子微透镜的折射率。
可选地，所述子微透镜为凸透镜或者透镜组。
可选地，所述子微透镜在所述显示屏上的正投影形状为六边形、椭圆形、圆形、菱形中的任意一种。
本发明还提供一种光场显示系统，包括：
数据库建立模块，用于建立像素光场信息数据库；
处理获取模块，用于根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的所述像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置图像的微单元阵列图像；
叠加获取模块，用于将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像。
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有上述光场显示系统，所述光场显示系统能执行上述光场显示方法。
本发明还提供一种显示面板，包括上述存储介质。
本发明的有益效果：本发明所提供的光场显示方法和光场显示系统，通过计算建立像素光场信息数据库，像素光场信息数据库建立之后，后续处理得到原始三维图像在不同景深位置图像的微单元阵列图像以及获得原始三维图像的微单元阵列图像均基于像素光场信息数据库中的计算结果即可获得，无需再进行进一步的计算，从而，相对于传统的生成原始三维图像的微单元阵列图像的方法，减少了计算量，提高了获得原始三维图像的微单元阵列图像的效率。
本发明所提供的存储介质，通过存储能执行上述光场显示方法的光场显示系统，能够减少获得原始三维图像的微单元阵列图像的计算量，提高获得原始三维图像的微单元阵列图像的效率。
本发明所提供的显示面板，通过采用上述存储介质，不仅能够实现三维立体图像的光场显示，使人眼观看无眩晕感，而且能减少获得原始三维图像的微单元阵列图像的计算量，提高获得原始三维图像的微单元阵列图像的效率。
附图说明
图1为本发明实施例1中光场显示方法的流程图；
图2为本发明实施例2中光场显示方法步骤S1的具体流程图；
图3为传统光场显示微单元阵列图像的采集及重构原理示意图；
图4为本发明实施例2光场显示方法中部分子像素的光场图；
图5为本发明实施例2中显示屏信息、微透镜阵列信息与人眼信息之间的关系示意图；
图6为本发明实施例2中将有效成像区内所有的微单元光场进行组合，获得的像素光场示意图；
图7为本发明实施例2光场显示方法中步骤S2的具体流程图；
图8为本发明实施例2中单层切片图像上的点追迹对应显示屏子像素原理示意图；
图9为本发明实施例2光场显示方法中步骤S3的具体流程图；
图10为本发明实施例2中多层切片图像上的点追迹对应显示屏子像素原理示意图；
图11为本发明实施例3光场显示方法中步骤S2和S3具体流程图；
图12为本发明实施例3中原始三维图像在三个景深位置获得切片图像示意图；
图13为本发明实施例3中在不同景深位置切片图像的示意图；
图14为图13中不同景深位置截取的像素光场切片图像的微单元阵列图像的叠加示意图；
图15为本发明实施例3中实际测试光场显示效果的试验测试显示设备的示意图；
图16为本发明实施例3中原始三维图像的实际光场显示的测试效果图；
图17为本发明实施例3中光场显示系统的原理框图。
其中附图标记为：
1、显示屏；11、子像素；2、微透镜阵列；21、子微透镜；3、瞳孔；31、视点；4、有效成像区；5、无效成像区；101、数据库建立模块；102、处理获取模块；103、叠加获取模块。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明一种光场显示方法及系统、存储介质和显示面板作进一步详细描述。
需要说明的是，本发明中所提供的该光场显示方法，是通过计算机仿真光场采集、计算得到像素灰度分布的过程。在计算机仿真过程中，所述“发出光线、形成光场、点亮”等等操作表示计算机模拟分析过程。
实施例1
本实施例提供一种光场显示方法，如图1所示，包括：
步骤S1：建立像素光场信息数据库。
步骤S2：根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的所述像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像；
步骤S3：将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像。
该光场显示方法，通过计算建立像素光场信息数据库，像素光场信息数据库建立之后，后续处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像以及获得原始三维图像的微单元阵列图像均基于像素光场信息数据库中的计算结果即可获得，无需再进行进一步的计算，从而，相对于传统的生成原始三维图像的微单元阵列图像的方法，减少了计算量，提高了获得原始三维图像的微单元阵列图像的效率。
实施例2
本实施例提供一种光场显示方法，包括：
步骤S1：建立像素光场信息数据库。
该步骤具体包括：如图2所示，
步骤S11：根据显示屏信息和微透镜阵列信息确定瞳孔位置、视场角和观看距离。微透镜阵列包括多个排布呈阵列的子微透镜；显示屏包括多个排布呈阵列的子像素。
其中，透镜阵列位于显示屏的显示侧；显示屏信息包括显示屏的尺寸和显示屏上子像素的尺寸；微透镜阵列信息包括子微透镜的形状、子微透镜的径向尺寸、子微透镜的焦距、子微透镜的曲率半径、子微透镜的折射率和子微透镜与显示屏之间的间距。本实施例中，采用针孔阵列来模拟微透镜阵列。子微透镜在显示屏上的正投影形状为六边形、椭圆形、圆形、菱形中的任意一种。被仿真的子微透镜可以为凸透镜，也可以为透镜组，具体形式在本申请中不做限定，只要能与显示屏组合实现光场显示功能即可。
步骤S12：根据瞳孔位置、视场角和观看距离，确定显示屏的有效成像区和无效成像区。
其中，有效成像区是指人眼能够清晰识别的显示屏区域，该区域内的子微透镜和对应像素区域参与微单元阵列图像的采集和计算。无效成像区由于相对人眼视角过大，人眼无法清晰识别，因此在该区域内子微透镜及对应像素区域不参与微单元阵列图像的采集和计算。
如图3所示为传统光场显示微单元阵列图像的采集及重构原理。其采集单元图像的原理为三维物体上的点经过微透镜后成像在记录设备上，记录设备上的图像由例如显示屏等上的像素点组成。在传统光场显示微单元阵列图像的重构中，显示屏上的各像素点显示的图像部分均参与到三维物体的图像重构中，所以重构之前三维物体图像的采集和计算相当复杂。
本实施例中，如图4所示，实际器件的应用场景决定了显示屏1信息(包括显示屏1尺寸和子像素11的尺寸)和微透镜阵列2信息(包括子微透镜21的径向尺寸、子微透镜21的焦距、子微透镜21的曲率半径、子微透镜21的折射率和子微透镜21与显示屏1之间的间距)，根据显示屏1信息和微透镜阵列2信息计算确定瞳孔3位置、视场角和观看距离；根据瞳孔3的位置、视场角和观看距离，计算确定有效成像区4和无效成像区5。有效成像区4内的子微透镜和对应像素区域参与微单元阵列图像的采集和计算。无效成像区5内子微透镜及对应像素区域不参与微单元阵列图像的采集和计算，相对于传统光场显示微单元阵列图像的采集和计算，本实施例中的微单元阵列图像的采集和计算能够提高采集和计算的效率。
其中，如图5所示，显示屏1信息和微透镜阵列2信息与人眼信息(包括瞳孔3位置、观看距离)有以下关系：
Figure BDA0002434281780000101
其中，h为微透镜阵列2与显示屏1之间的间距；p为子微透镜的径向尺寸；e为视点31间距；L为人眼观看显示屏1的距离；d为显示屏1上子像素大小；D为微透镜阵列2对应的显示屏1上的像素周期。人眼位置在显示屏1中心正上方，视场角取±15°范围内。
步骤S13：有效成像区内每个子微透镜在显示屏上对应多个子像素并对多个子像素的模拟发出光线进行处理，形成微单元光场。
其中，一个子微透镜对其对应的子像素发出的光线进行处理，对应形成一个微单元光场。有效成像区内对应分布有多个子微透镜，所以有效成像区内形成多个微单元光场。
该步骤具体包括：
步骤S131：获得有效成像区内每个子微透镜与显示屏子像素的对应关系。
在该步骤中，有效成像区内每个子微透镜与显示屏子像素的对应关系的决定因素包括显示屏信息和微透镜阵列信息。值得注意的是，显示屏子像素与子微透镜存在多对一映射关系。即每一个显示屏子像素发出的光线都对应唯一一个子微透镜；而一个子微透镜可以处理其对应的多条显示屏子像素发出的光线。将各子像素模拟发出的光线都进行上述建坐标系处理，得到各子像素模拟发出光线的光场信息。
步骤S132：将子微透镜在显示屏上对应的多个子像素模拟发出光线的光场信息进行组合，形成子微透镜的微单元光场。
在有效成像区内对应分布有多个子微透镜，在微透镜阵列所在面内建立的由X轴和Y轴构成的直角坐标系和垂直于直角坐标系所在面的Z轴；空间坐标系的原点为微透镜阵列中处于中心位置的子微透镜的中心；显示屏所在面平行于微透镜阵列所在面。其中，如微透镜阵列整体为矩形，以矩形的长边为X轴，矩形的宽边为Y轴，以微透镜阵列中处于中心位置的子微透镜的中心为原点建立空间坐标系。在有效成像区内形成有多个微单元光场，各微单元光场的光场信息为L_Mij(x_M，y_M，z_M，α_pixel，β_pixel)；其中，x_M为子微透镜在空间坐标系中的X轴坐标；y_M为子微透镜在空间坐标系中的Y轴坐标；z_M为子微透镜在空间坐标系中的Z轴坐标；
Figure BDA0002434281780000111
其中，x_p为该子微透镜在显示屏上对应的子像素在空间坐标系中的X轴坐标；y_p为该子微透镜在显示屏上对应的子像素在空间坐标系中的Y轴坐标；z_p为该子微透镜在显示屏上对应的子像素在空间坐标系中的Z轴坐标。
步骤S14：将有效成像区内所有的微单元光场进行组合，获得像素光场信息数据库。
其中，像素光场信息数据库为：
Figure BDA0002434281780000112
i＝1,2，…s；j＝1,2,…t。将有效成像区内所有的微单元光场进行组合即将有效成像区内各子微透镜对其在显示屏上的对应的子像素模拟发出光线处理获得的微单元光场都保存在数据库，即可获得像素光场信息数据库，如图6所示，该像素光场信息数据库可实现3D光场显示图像的“入屏”(显示屏1)和“出屏”(显示屏1)的效果。
步骤S2：根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的所述像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像；
该步骤具体包括：如图7所示，
步骤S21：获取原始三维图像的多个景深位置，
该步骤中，原始三维图像可采用光场相机或由计算机获取，本实施例中以计算机生成不同景深位置的切片图像为例获取原始三维图像。
步骤S22：将像素光场信息投影到原始三维图像的多个景深位置。
该步骤中，利用步骤1建立的像素光场信息数据库，可以实现将像素光场信息投影到原始三维图像的多个景深位置。该步骤中具体可以表述为：根据建立的像素光场信息数据库，在像素光场中，每一个子像素只记录其经过对应的微透镜所发出的一条光线，即每个子像素发出的光既包括位置信息，也包括方向信息。所有子像素发出的光线在空间中相互交叠，形成整个空间的光线场。所有子像素发出的光线可以在不同的景深位置交叠。选取原始三维图像的多个景深位置，将像素光场信息投影到这些景深位置。
步骤S23：根据原始三维图像不同景深图像上的物体点信息模拟点亮显示屏子像素，以生成与该景深位置的切片图像对应的微单元阵列图像。
该步骤中，物体点信息为切片图像上像素灰阶不为0的子像素灰阶信息。当三维物体上的切片图像处于某个景深位置时，光线场会与景深位置切片图像相交，将切片图像上的物体点坐标与投影后像素光场在该景深位置的坐标比较，找到相同坐标位置，通过反向追迹，将灰阶信息就赋值给交点光线对应的显示屏子像素上。
将所有灰度值不为0的相交点的灰阶信息赋值给对应的显示屏子像素后，就生成了该切片层对应的微单元阵列图像。
按着步骤2的方法，例如，如图8所示：一个矩形有四个顶点，且处于同一层切片，其景深位置为h1。将像素光场坐标投影到景深位置h1处，得到坐标E(x_E，y_E，z_E)，其中：
x_E＝x_M+h1*sin(β_pixel)*cos(α_pixel)
y_E＝y_M+h1*sin(β_pixel)*sin(α_pixel)
z_E＝h1
将该层矩形顶点的坐标与投影后像素光场在该景深位置的坐标E比较，找到相同坐标位置；然后利用上述公式反向追迹该顶点对应的子像素位置，并将矩形顶点的颜色灰阶信息赋予对应子像素。
图8中将矩形四个点对应的子像素信息全部赋值后，其他显示屏子像素灰阶为0，最终得到该矩形在该景深下的微单元阵列图像。
步骤S3：将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像。
该步骤中，对于多层切片追迹对应显示屏子像素时，其原理是分别对不同切片图像上物体点追迹对应的显示屏子像素，获得不同景深位置的切片图像的微单元阵列图像。将原始三维图像在不同景深位置的切片图像的微单元阵列图像进行叠加，就可得到原始三维图像的微单元阵列图像。
该步骤具体为，如图9所示，
对于原始三维图像的n个在不同景深位置的切片图像，获得微单元阵列图像n，即得到第1次运算后的微单元阵列图像；
获得微单元阵列图像(n-1)；
将微单元阵列图像(n-1)与微单元阵列图像n进行叠加，获得第2次运算后的微单元阵列图像，具体步骤包括：
判断微单元阵列图像(n-1)的各个子像素灰阶值是否为0；
如果微单元阵列图像(n-1)的一子像素灰阶值为0，则第2次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为第1次运算后的微单元阵列图像对应子像素位置灰阶值；
如果微单元阵列图像(n-1)的一子像素灰阶值不为0，则第2次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为微单元阵列图像(n-1)对应子像素位置灰阶值；
获得第2次运算后的微单元阵列图像；
获得微单元阵列图像(n-2)；
将微单元阵列图像(n-2)与微单元阵列图像(n-1)进行叠加，获得第3次运算后的微单元阵列图像，具体步骤包括：
判断微单元阵列图像(n-2)的各个子像素灰阶值是否为0；
如果微单元阵列图像(n-2)的一子像素灰阶值为0，则第3次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为第2次运算后的微单元阵列图像对应子像素位置灰阶值；
如果微单元阵列图像(n-2)的一子像素灰阶值不为0，则第3次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为微单元阵列图像(n-2)对应子像素位置灰阶值；
获得第3次运算后的微单元阵列图像；
重复上述过程，获得第n次运算后的微单元阵列图像，即获得了原始三维图像的微单元阵列图像。
其中，n表示切片图像数量，n为大于1的整数。对于原始三维图像的n个在不同景深位置的切片图像，其中切片图像(m-1)和切片图像m为任意相邻的两个切片图像，且切片图像(m-1)较切片图像m更靠近瞳孔位置，2≤m≤n；
每个微单元阵列图像均通过其对应的切片图像执行步骤S22、S23、S24获得。
限定值a的设定范围为：大于或等于0，且小于灰阶值上限。
例如，如图10所示,在切片图像的微单元阵列图像进行叠加时，会遇到不同景深位置物体点对应相同位置的显示屏子像素，此时显示屏子像素灰阶赋值原理遵循实际物体遮挡关系，赋值距离瞳孔景深位置处子像素的灰阶信息，如图10所示重叠光线，切片层-1与切片层-2追迹出同一条光线，追迹子像素时，将切片层-1的灰阶信息赋值给该子像素。
实施例3：
在对原始三维图像不同景深图像上的物体点信息模拟点亮显示屏子像素，以生成与该景深位置的切片图像对应的微单元阵列图像之前，对原始三维图像景深位置图像进行降噪。本实施例中以计算机生成不同景深位置的切片图像为例获取原始三维图像。包含切片图像降噪的由切片图像计算得到原始三维图像的微单元阵列图像的步骤具体包括：如图11所示，
对于原始三维图像的n个不同景深位置的切片图像，对切片图像n进行降噪处理：依次判断切片图像n各个子像素灰阶值是否小于限定值a；
如果切片图像n的一子像素灰阶值小于限定值a，则将该子像素灰阶值替换为0；
如果切片图像n的一子像素灰阶值不小于限定值a，则该子像素灰阶值不变；
将经过上述降噪计算的切片图像n上降噪物体点追迹对应屏幕子像素，获得微单元阵列图像n，得到第1次运算后的微单元阵列图像；
对切片图像(n-1)进行降噪处理：依次判断切片图像(n-1)各像素灰阶值是否小于限定值；
如果切片图像(n-1)一子像素灰阶值小于限定值a，则将该子像素灰阶值替换为0；
如果切片图像(n-1)一子像素灰阶值不小于限定值a，则该子像素灰阶值不变；
将经过上述降噪计算的切片图像(n-1)上降噪物体点追迹对应屏幕子像素，获得微单元阵列图像(n-1)；
将微单元阵列图像(n-1)与微单元阵列图像n进行叠加，获得第2次运算后的微单元阵列图像，具体步骤包括：
判断微单元阵列图像(n-1)的各个子像素灰阶值是否为0；
如果微单元阵列图像(n-1)的一子像素灰阶值为0，则第2次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为第1次运算后的微单元阵列图像对应子像素位置灰阶值；
如果微单元阵列图像(n-1)的一子像素灰阶值不为0，则第2次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为微单元阵列图像(n-1)对应子像素位置灰阶值；
获得第2次运算后的微单元阵列图像；
对切片图像(n-2)进行降噪处理：依次判断切片图像(n-2)各像素灰阶值是否小于限定值a；
如果切片图像(n-2)一子像素灰阶值小于限定值a，则将该子像素灰阶值替换为0；
如果切片图像(n-2)一子像素灰阶值不小于限定值a，则该子像素灰阶值不变；
将经过上述降噪计算的切片图像(n-2)上降噪物体点追迹对应屏幕子像素，获得微单元阵列图像(n-2)；
将微单元阵列图像(n-2)与微单元阵列图像(n-1)进行叠加，获得第3次运算后的微单元阵列图像，具体步骤包括：
判断微单元阵列图像(n-2)的各个子像素灰阶值是否为0；
如果微单元阵列图像(n-2)的一子像素灰阶值为0，则第3次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为第2次运算后的微单元阵列图像对应子像素位置灰阶值；
如果微单元阵列图像(n-2)的一子像素灰阶值不为0，则第3次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为微单元阵列图像(n-2)对应子像素位置灰阶值；
获得第3次运算后的微单元阵列图像；
重复上述过程，获得第n次运算后的微单元阵列图像，即获得了原始三维图像的微单元阵列图像。
其中，n表示切片图像数量，n为大于1的整数。对于n个不同景深位置的切片图像，其中切片图像(m-1)和切片图像m为任意相邻的两个切片图像，且切片图像(m-1)较切片图像m更靠近瞳孔位置，2≤m≤n；
在本实施例中，降噪物体点定义为经过降噪计算后切片图像上像素灰阶不为0的子像素；
限定值a的设定范围为：大于或等于0，且小于灰阶值上限。
可以理解的是，是否对原始三维图像某一景深位置图像进行降噪是可以自由选择的，也可以根据原始三维图像景深位置图像的质量而定。可以选择只对其中一个或多个景深位置的切片图像执行降噪。当然，对多个景深位置的切片图像执行降噪包括选择对一部分景深位置的切片图像执行降噪，也包含了对全部景深位置的切片图像执行降噪。
如果一个景深位置的切片图像不执行降噪操作，则可以将该景深位置的切片图像直接执行步骤S23，获得该景深位置的切片图像对应的微单元阵列图像。
为了更好地说明实施例3的运算效果，如图12所示，原始三维图像由三个不同颜色深度的B字母组成，分别对应不同的景深位置，为便于呈现不同景深效果，三个切片图像对应字母的位置不同，但大小相同；在作图过程中黑色代表无光场信息，实际观测为透明区域；为呈现切片效果，B字母以外的背景设置为透明色，实际二维图为黑色。与切片图像对应的微单元阵列图像是最终要显示到显示屏上的。
如图13和图14所示，景深位置2处的切片图像的微单元阵列图像与景深位置3处的切片图像的微单元阵列图像叠加，景深位置1处的切片图像的微单元阵列图像再与景深位置2处的切片图像的微单元阵列图像与景深位置3处的切片图像的微单元阵列图像叠加后的图像叠加。
原始三维图像的微单元阵列图像获得后，将其提供给显示屏1，显示屏1根据该微单元阵列图像进行显示，显示内容经过显示屏1显示侧的微透镜阵列2后进入人眼，即可实现3D显示。
如图15所示，为实际测试光场显示效果的试验测试显示设备。该试验测试显示设备采用2.1inch彩色3K显示屏1，子像素11为矩形，子像素11尺寸为7.3um*10.95um，子微透镜21在显示屏1上的正投影形状为正六边形，子微透镜21边长尺寸为0.761mm，子微透镜21曲率半径为3.269mm，放置高度(即子微透镜21与显示屏1之间的间距)为9.5038mm。将微透镜阵列2放置在显示屏1的显示侧，显示屏1加载微单元阵列图像，调整微透镜阵列2的位置，使其能够观察到清晰的光场图像。
如图16所示为实际观测效果。分别制作了三种景深图，景深位置分别为200mm、610mm、1100mm，用单反相机代替人眼观察。同时制作了与仿真景深图等大的实物图，并分别放置在对应的景深位置。用单反相机分别聚焦不同景深位置处的图像，能够得到该位置清晰的图像，且其他景深位置图像模糊，实现了单眼立体视觉显示效果。图16中，上面虚线圈里是照相机拍的相应景深的实物图像，下面虚线圈里是显示屏显示的相应景深的最清晰的图像。
基于上述光场显示方法，本实施例还提供一种光场显示系统，如图17所示，包括：数据库建立模块101，用于建立像素光场信息数据库。处理获取模块102，用于根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像。叠加获取模块103，用于将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像。
实施例1-3的有益效果：实施例1-3所提供的光场显示方法，通过计算建立像素光场信息数据库，像素光场信息数据库建立之后，后续处理得到原始三维图像在不同景深位置的切片图像的微单元阵列图像以及获得原始三维图像的微单元阵列图像均基于像素光场信息数据库中的计算结果即可获得，无需再进行进一步的计算，从而，相对于传统的生成原始三维图像的微单元阵列图像的方法，减少了计算量，提高了获得原始三维图像的微单元阵列图像的效率。
实施例4
本实施例提供一种存储介质，该存储介质存储有实施例1-3中的光场显示系统，光场显示系统能执行实施例1-3中的光场显示方法。
该存储介质，通过存储能执行实施例1-3中的光场显示方法的光场显示系统，能够减少获得原始三维图像的微单元阵列图像的计算量，提高获得原始三维图像的微单元阵列图像的效率。
实施例5
本实施例提供一种显示面板，包括实施例4中的存储介质。
该显示面板，通过采用实施例4中的存储介质，不仅能够实现三维立体图像的光场显示，使人眼观看无眩晕感，而且能减少获得原始三维图像的微单元阵列图像的计算量，提高获得原始三维图像的微单元阵列图像的效率。
本发明所提供的显示面板可以为LCD、OLED、QLED、miniLED、microLED等形式，本发明所提供光场显示方法及系统、存储介质和显示面板，可以用于电视、显示器、笔记本电脑、平板电脑、手机、可穿戴设备、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种光场显示方法，其特征在于，包括：
建立像素光场信息数据库；
根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的所述像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像；
将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像。
2.根据权利要求1所述的光场显示方法，其特征在于，所述建立像素光场信息数据库包括：
根据显示屏信息和微透镜阵列信息确定瞳孔位置、视场角和观看距离；所述微透镜阵列包括多个排布呈阵列的子微透镜；所述显示屏包括多个排布呈阵列的子像素；
根据所述瞳孔位置、所述视场角和所述观看距离，确定显示屏的有效成像区和无效成像区；
所述有效成像区内每个所述子微透镜在所述显示屏上对应多个所述子像素并对多个所述子像素的模拟发出光线进行处理，形成微单元光场；
将所述有效成像区内所有的所述微单元光场进行组合，获得像素光场信息数据库。
3.根据权利要求1所述的光场显示方法，其特征在于，所述根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的所述像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像包括：
获取原始三维图像的多个景深位置；
将像素光场信息投影到原始三维图像的多个景深位置；
根据原始三维图像不同景深位置切片图像上的物体点信息模拟点亮显示屏子像素，以生成与该景深位置的切片图像对应的微单元阵列图像；
所述物体点信息为不同景深位置的切片图像上像素灰阶不为0的子像素灰阶信息。
4.根据权利要求2所述的光场显示方法，其特征在于，所述有效成像区内每个所述子微透镜在显示屏上对应多个所述子像素并对多个所述子像素的模拟发出光线进行处理，形成微单元光场包括：
获得有效成像区内每个子微透镜与显示屏子像素的对应关系；
将所述子微透镜在显示屏上对应的多个所述子像素模拟发出光线的光场信息进行组合，形成所述子微透镜的所述微单元光场。
5.根据权利要求4所述的光场显示方法，其特征在于，将所述子微透镜在显示屏上对应的多个所述子像素模拟发出光线的光场信息进行组合，形成所述子微透镜的所述微单元光场包括：
建立空间坐标系，所述空间坐标系包括在所述微透镜阵列所在面内建立的由X轴和Y轴构成的直角坐标系和垂直于直角坐标系所在面的Z轴；所述空间坐标系的原点为所述微透镜阵列中处于中心位置的所述子微透镜的中心；
各所述子微透镜的所述微单元光场的光场信息为(x_M，y_M，z_M，α_pixel，β_pixel)；其中，x_M为所述子微透镜在所述空间坐标系中的X轴坐标；y_M为所述子微透镜在所述空间坐标系中的Y轴坐标；z_M为所述子微透镜在所述空间坐标系中的Z轴坐标；
Figure FDA0002434281770000021
其中，x_p为所述子微透镜在显示屏上对应的子像素在所述空间坐标系中的X轴坐标；y_p为所述子微透镜在显示屏上对应的子像素在所述空间坐标系中的Y轴坐标；z_p为所述子微透镜在显示屏上对应的子像素在所述空间坐标系中的Z轴坐标。
6.根据权利要求3所述的光场显示方法，其特征在于，所述将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像包括：
获得不同景深位置切片图像的微单元阵列图像；
将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，得到原始三维图像的微单元阵列图像。
7.根据权利要求6所述的光场显示方法，其特征在于，将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，得到原始三维图像的微单元阵列图像包括：
对于原始三维图像的n个在不同景深位置的切片图像，获得微单元阵列图像n，得到第1次运算后的微单元阵列图像；
获得微单元阵列图像(n-1)，将微单元阵列图像(n-1)与微单元阵列图像n进行叠加，获得第2次运算后的微单元阵列图像，具体步骤包括：
判断微单元阵列图像(n-1)的各个子像素灰阶值是否为0；
如果微单元阵列图像(n-1)的一子像素灰阶值为0，则第2次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为第1次运算后的微单元阵列图像对应子像素位置灰阶值；
如果微单元阵列图像(n-1)的一子像素灰阶值不为0，则第2次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为微单元阵列图像(n-1)对应子像素位置灰阶值；
获得第2次运算后的微单元阵列图像；
获得微单元阵列图像(n-2)，将微单元阵列图像(n-2)与微单元阵列图像(n-1)进行叠加，获得第3次运算后的微单元阵列图像，具体步骤包括：
判断微单元阵列图像(n-2)的各个子像素灰阶值是否为0；
如果微单元阵列图像(n-2)的一子像素灰阶值为0，则第3次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为第2次运算后的微单元阵列图像对应子像素位置灰阶值；
如果微单元阵列图像(n-2)的一子像素灰阶值不为0，则第3次运算后的微单元阵列图像该位置子像素的灰阶值设定为微单元阵列图像(n-2)对应子像素位置灰阶值；
获得第3次运算后的微单元阵列图像；
重复上述过程，获得第n次运算后的微单元阵列图像，为所述原始三维图像的微单元阵列图像。
其中，n表示所述原始三维图像在不同景深位置的切片图像数量，n为大于1的整数。对于所述n个原始三维图像在不同景深位置的切片图像，其中景深位置图像(m-1)和景深位置图像m为任意相邻的两个景深位置的切片图像，且景深位置图像(m-1)较景深位置图像m更靠近瞳孔位置，2≤m≤n。
8.根据权利要求3、6、7任一项所述的光场显示方法，其特征在于，根据原始三维图像不同景深图像上的物体点信息模拟点亮显示屏子像素，以生成与该景深图像对应的微单元阵列图像包括：
对所述原始三维图像一个或多个景深位置的切片图像进行降噪。
9.根据权利要求8所述的光场显示方法，对所述原始三维图像一个或多个景深位置的切片图像进行降噪包括：
选取所述原始三维图像的景深图像k；
依次判断所述原始三维图像的景深图像k的各个子像素灰阶值是否小于限定值a；
如果所述原始三维图像的景深图像k的一子像素灰阶值小于限定值a，则将该子像素灰阶值替换为0；
如果所述原始三维图像的景深图像k的一子像素灰阶值不小于限定值a，则该子像素灰阶值不变；
获得所述三维图像的降噪景深图像k；
其中a＞0；k为正整数。
10.根据权利要求2所述的光场显示方法，其特征在于，所述透镜阵列位于所述显示屏的显示侧；
所述显示屏信息包括所述显示屏上所述子像素的尺寸；
所述微透镜阵列信息包括所述子微透镜的径向尺寸和所述子微透镜与所述显示屏之间的间距。
11.根据权利要求10所述的光场显示方法，所述显示屏信息还包括所述显示屏的尺寸。
12.根据权利要求10所述的光场显示方法，所述微透镜阵列信息还包括子微透镜形状、所述子微透镜的焦距、所述子微透镜的曲率半径、所述子微透镜的折射率。
13.根据权利要求10-12任一项所述的光场显示方法，其特征在于，所述子微透镜为凸透镜或者透镜组。
14.根据权利要求10-12任一项所述的的光场显示方法，其特征在于，所述子微透镜在所述显示屏上的正投影形状为六边形、椭圆形、圆形、菱形中的任意一种。
15.一种光场显示系统，其特征在于，包括：
数据库建立模块，用于建立像素光场信息数据库；
处理获取模块，用于根据原始三维图像的不同景深位置、不同景深位置对应的切片图像以及不同景深位置的所述像素光场信息，处理得到原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像；
叠加获取模块，用于将原始三维图像在不同景深位置切片图像的微单元阵列图像进行叠加，获得原始三维图像的微单元阵列图像。
16.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有权利要求15所述的光场显示系统，所述光场显示系统能执行权利要求1-14任意一项所述的光场显示方法。
17.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求16所述的存储介质。
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