CN113206990B - 一种阶梯型光栅、三维显示系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阶梯型光栅、三维显示系统及方法，其中，阶梯型光栅，包括：多个阶梯光栅第一分区和多个阶梯光栅第二分区；所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区在竖直方向上间隔设置；所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区均由若干个形状相同的遮光区域周期排列组成；其中，所述遮光区域为平行四边形；相邻的遮光区域在水平方向上的透光间隙均形状相同；相邻的所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区的光栅偏移量均相等。能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量。

Description

一种阶梯型光栅、三维显示系统及方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种阶梯型光栅、三维显示系统及方法。

背景技术

相较于其他种类的三维显示技术，使用光场三维显示技术再现的图像能够重建原始场景的真实三维光场分布，并为多位处在不同位置上的观看者提供具有全视差、大景深、平滑运动视差以及更为生动逼真的三维显示效果。

基于光栅的光场三维显示技术逐渐成熟，可用性与实用性强的优良特性使之具有广泛的市场应用和发展前景，能够为人们的生产生活带来更大的便利和全新的视觉体验。

作为光场三维显示系统中重要的控光元件，光栅能够调制显示屏幕上像素发出光线的方向，依照元件的光学特性将光线在观看者面前重新排布并形成三维图像。分辨率是评估三维显示质量的重要指标，分辨率越高则现实的三维图像越精细，理想的光场显示器可以为观看者提供更加真实的视觉感受。

传统的狭缝光栅3D显示系统是将水平方向上不同像素的光线调制到空间中，并在水平方向上构成多个不同角度的视点，由于构成的视点只分布在水平方向上，故在水平方向上的分辨率降低非常严重，严重的影响观看者观看立体图像的视觉感受。

因此，如何提供一种阶梯型光栅、三维显示系统及方法，能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种阶梯型光栅、三维显示系统及方法。

本发明提供一种阶梯型光栅，包括：多个阶梯光栅第一分区和多个阶梯光栅第二分区；

所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区在竖直方向上间隔设置；

所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区均由若干个形状相同的遮光区域周期排列组成；其中，所述遮光区域为平行四边形；相邻的遮光区域在水平方向上的透光间隙均形状相同；

相邻的所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区的光栅偏移量均相等。

本发明还提供一种基于上述阶梯型光栅所实现的三维显示系统，包括：所述阶梯型光栅和显示器；

所述阶梯型光栅和显示器面板大小相同，且对应贴合于所述显示器面板上。

本发明还提供一种基于上述三维显示系统所实现的三维显示方法，包括：

确定三维显示系统结构参数；其中，所述结构参数包括：阶梯型光栅水平线数W_p，所述光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp；

基于所述结构参数，确定合成图像上第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点；

基于所述合成图像上第一像素点和所述目标像素点，确定目标合成图像。

根据本发明提供的三维显示方法，所述基于所述结构参数，确定合成图像上第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点，具体包括：

基于光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp，确定所述第一像素点在所述合成图像上所处的目标阶梯光栅分区；其中，所述阶梯光栅分区包括：阶梯光栅第一分区和阶梯光栅第二分区；

基于所述目标阶梯光栅分区、阶梯型光栅水平线数W_p、光栅偏移量W_o和光栅倾斜角度θ，确定所述第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点。

根据本发明提供的三维显示方法，所述基于光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp，确定所述第一像素点在所述合成图像上所处的目标阶梯光栅分区，具体包括：

确定所述第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

基于光栅倾斜角度θ、遮光区域高度Hp和阶梯光栅分区第一计算关系式，确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为奇数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第一分区；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为偶数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第二分区；

其中，所述阶梯光栅分区第一计算关系式为：

f(i,j)表示所述第一像素点位于所述合成图像上第i行第j列；

根据本发明提供的三维显示方法，所述基于所述目标阶梯光栅分区、阶梯型光栅水平线数W_p、光栅偏移量W_o和光栅倾斜角度θ，确定所述第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点，具体包括：

确定所述第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

若确定所述目标阶梯光栅分区为所述阶梯光栅第一分区，基于第一映射规则确定目标像素点；

所述第一映射规则为：

若确定所述目标阶梯光栅分区为所述阶梯光栅第二分区，基于第二映射规则确定目标像素点；

所述第二映射规则为：

其中，f(i,j)表示所述第一像素点位于所述合成图像上第i行第j列；N为视差图像总数量；M为目标视差图像；offset为第一像素点相对于遮光区域偏移量；所述目标像素点为第M幅视差图像中第i行j列的像素点。

根据本发明提供的三维显示方法，所述结构参数还包括：光栅装配误差e；所述光栅装配误差为竖直方向上光栅与显示器贴合时的装配误差；

对应的，所述基于光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp，确定所述第一像素点在所述合成图像上所处的目标阶梯光栅分区，具体包括：

确定所述第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

基于光栅倾斜角度θ、遮光区域高度Hp、光栅装配误差e和阶梯光栅分区第二计算关系式，确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为奇数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第一分区；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为偶数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第二分区；

其中，所述阶梯光栅分区第二计算关系式为：

f(i,j)表示所述第一像素点位于所述合成图像上第i行第j列；

根据本发明提供的三维显示方法，所述确定三维显示系统结构参数，具体包括：

确定测试视点，在所述测试视点观测测试合成图像，确定第一测试视差图像；所述第一测试视差图像全白；

沿竖直方向平移所述测试合成图像，直至观测到第二测试视差图像，记录此时平移的距离，将所述平移的距离作为遮光区域高度Hp；所述第一测试视差图像全黑；

基于所述第一测试视差图像和所述测试合成图像，确定所述阶梯型光栅水平线数W_p，所述光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和光栅装配误差e。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述三维显示方法的各个步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述三维显示方法的各个步骤。

本发明提供的阶梯型光栅、三维显示系统及方法，通过设置阶梯形状的光栅，遮光区域设置为平行四边形，阶梯型光栅结构水平方向上不同遮光区域之间存在一定的偏移，使得能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明提供的阶梯型光栅结构图；

图2为本发明提供的传统的狭缝光栅结构图；

图3为本发明提供的三维显示系统视点构建示意图；

图4为本发明提供的三维显示方法流程图；

图5为本发明提供的阶梯型光栅装配误差示意图；

图6为本发明提供的电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作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。

图2为本发明提供的传统的狭缝光栅结构图，如图2所示，对于有n个视点的狭缝光栅立体显示器，需要将n幅视差图像编码成一张合成图像，则单幅视差图像所显示的视点分辨率为显示面板分辨率的1/n。因此，狭缝光栅立体显示中视点数目与每个视点水平方向的分辨率成反比。

现有的狭缝光栅三维显示系统在分辨率与视点数目之间存在固有的权衡关系，导致显示效果不佳，无法满足观看者对高质量三维显示的需求。

为了解决传统的狭缝显示效果不佳的问题，达到均衡分辨率的目的，对传统的狭缝光栅提出改进，本发明提供一种具有阶梯型结构的光栅。

为了便于后续对本发明进行详细说明，对一些技术名词进行说明：

视差图像：模拟人眼立体视觉，对同一场景从不同角度拍摄时，所获得的两幅或多幅有视差的图像称为视差图像。

合成图像：将视差图像的像素按照透镜阵列的光学结构，以一定规律排列生成的图像称为合成图像。

视点：视差图像在空间中形成的可正确观看的位置。

视区：光栅上遮光区域与透光区域对光线的遮挡与投射，使得来源于不同视差图像的光线向不同方向传播，在空间中形成的视差图像观看区域，简称视区。

视点数：观看者在一个观看周期范围内，所观察到的视差图的个数。

单元结构：由阶梯单元与其覆盖的像素组成的结构。

图1为本发明提供的阶梯型光栅结构图，如图1所示，本发明提供一种阶梯型光栅，包括：多个阶梯光栅第一分区和多个阶梯光栅第二分区；

所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区在竖直方向上间隔设置；

所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区均由若干个形状相同的遮光区域周期排列组成；其中，所述遮光区域为平行四边形；相邻的遮光区域在水平方向上的透光间隙均形状相同；

相邻的所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区的光栅偏移量均相等。

具体的，阶梯型光栅包括：多个阶梯光栅第一分区和多个阶梯光栅第二分区，阶梯光栅第一分区和阶梯光栅第二分区在竖直方向上间隔设置。

阶梯光栅第一分区和阶梯光栅第二分区均由若干个形状相同的遮光区域周期排列组成。遮光区域为长度、宽度和倾斜角均相同的平行四边形。两个在水平方向上相邻的遮光区域之间存在透光间隙，阶梯光栅的所有透光间隙均形状相同(即透光的缝隙宽度相同)。

为了达到均衡分辨率的目的并使构建的视点同时分布于水平方向和竖直方向，改进后的光栅结构上透光区域和遮光区域也不再是在某一方向上均匀排布，在竖直方向上相邻的阶梯光栅第一分区和阶梯光栅第二分区存在一个固定的光栅偏移量(如图1中的第一行和第二行之间的光栅偏移量即为W_o)。

阶梯型结构的光栅可以改变传统狭缝光栅对光线方向的调制，使得三维显示时在利用水平方向像素光线构建视点的同时，竖直方向上的像素光线也可以被用来构建视点，从而达到均衡分辨率的目的。

需要说明的是，在本发明中，阶梯光栅第一分区和阶梯光栅第二分区实质上结构完全相同，仅是为了方便区分以及对后续计算进行说明，分区的名称不对本发明的方案进行限定。

本发明提供的阶梯型光栅，通过设置阶梯形状的光栅，遮光区域设置为平行四边形，阶梯型光栅结构水平方向上不同遮光区域之间存在一定的偏移，使得能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量。

图3为本发明提供的三维显示系统视点构建示意图，如图3所示，本发明还提供一种基于上述阶梯型光栅所实现的三维显示系统，包括：所述阶梯型光栅和显示器；

所述阶梯型光栅和显示器面板大小相同，且对应贴合于所述显示器面板上。

具体的，选择与显示器显示面板相同大小的阶梯型光栅和显示器构建三维显示系统，将阶梯型光栅对应贴合于显示器面板上。

由于阶梯型光栅的遮光区域和透光区域是周期性排布的，以多个单元结构(如图3所示，以阶梯光栅第一分区和阶梯光栅第二分区在竖直方向上连接的两个遮光区域作为单元结构，单元结构的方向不做限定)分别对其覆盖的显示面板上像素发出的光线进行调制。

当不同视点像素的光线被偏折到空间中不同的位置时，便可以形成三维显示系统的观看视区。使得三维显示时在利用水平方向像素光线构建视点的同时，竖直方向上的像素光线也可以被用来构建视点，从而达到均衡分辨率的目的。

本发明提供的三维显示系统包括阶梯型光栅和显示器，通过设置阶梯形状的光栅，遮光区域设置为平行四边形，阶梯型光栅结构水平方向上不同遮光区域之间存在一定的偏移，使得能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量。

图4为本发明提供的三维显示方法流程图，如图4所示，本发明还提供一种基于上述三维显示系统所实现的三维显示方法，包括：

步骤S1，确定三维显示系统结构参数；其中，所述结构参数包括：阶梯型光栅水平线数W_p，所述光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp；

步骤S2，基于所述结构参数，确定合成图像上第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点；

步骤S3，基于所述合成图像上第一像素点和所述目标像素点，确定目标合成图像。

具体的，在步骤S1中，基于阶梯型光栅的结构特征，确定三维显示系统结构参数，如图1所示，结构参数包括：阶梯型光栅水平线数W_p，光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp。

优选的，借助参数间几何关系，只点亮一个透光区域(阶梯光栅第一分区或阶梯光栅第二分区)下的像素，使显示结果呈现水平视差与垂直视差。此时，设置W_p＝2W_o，能够保证视点在竖直方向和水平方向均连续分布且相互之间不产生干扰。

其中，点亮显示器上第i行j列的像素与结构参数的关系式为：

i＝n×W_p+j×tanθ (n＝0,1,2...)

进一步，图5为本发明提供的阶梯型光栅装配误差示意图，如图5所示，若存在装配误差e，关系式为：

i＝n×W_p+j×tanθ+e (n＝0,1,2...)

在步骤S2中，基于在步骤S1中确定的结构参数，对于合成图像上的任意像素点(第一像素点)，均能够在使用的多幅视差图像中找到对应的一幅目标视差图像，并在该目标视差图像上找到和该第一像素点映射对应的目标像素点。

需要说明的是，使用的视差图像的具体数量可根据实际情况进行设置，本发明对此不作限定。

在步骤S3中，基于合成图像上第一像素点和目标像素点，将该目标像素点的像素值填入合成图的第一像素点位置，遍历合成图像上所有位置的像素点，并确定对应的像素值，即可得到最终确定的目标合成图像并实现三维显示。

本发明提供的三维显示方法，利用上述三维显示系统，通过设置阶梯形状的光栅，遮光区域设置为平行四边形，阶梯型光栅结构水平方向上不同遮光区域之间存在一定的偏移，使得能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量。

根据本发明提供的三维显示方法，所述基于所述结构参数，确定合成图像上第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点，具体包括：

基于光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp，确定所述第一像素点在所述合成图像上所处的目标阶梯光栅分区；其中，所述阶梯光栅分区包括：阶梯光栅第一分区和阶梯光栅第二分区；

基于所述目标阶梯光栅分区、阶梯型光栅水平线数W_p、光栅偏移量W_o和光栅倾斜角度θ，确定所述第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点。

具体的，阶梯光栅分区包括：阶梯光栅第一分区和阶梯光栅第二分区，在确定结构参数之后，为了实现的合成图像编码，还需要对合成图像中任一像素点(第一像素点)，确定该像素点处于合成图像上的目标阶梯光栅分区；

由于合成图像上像素点的位置均存在一个与显示屏面板上贴合的阶梯型光栅对应的位置(合成图像上的坐标位置实际上指的是图中像素点的位置，与图像的分辨率有关)，基于光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp，以及第一像素点的坐标，确定第一像素点在合成图像上映射到阶梯光栅上时对应所处的目标阶梯光栅分区。

基于确定的目标阶梯光栅分区、阶梯型光栅水平线数W_p、光栅偏移量W_o和光栅倾斜角度θ，确定第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点。进一步，在确定目标像素点之后，将目标像素点的像素值填入合成图像中作为第一像素点的像素值，遍历合成图像上所有的像素点，即可得到目标合成图像并三维显示。

本发明提供的三维显示方法，利用上述三维显示系统，通过设置阶梯形状的光栅，遮光区域设置为平行四边形，阶梯型光栅结构水平方向上不同遮光区域之间存在一定的偏移，使得能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量，基于确定合成图像像素点在阶梯型光栅上的分区位置的不同，能够准确的确定合成图像上像素点对应的目标视差图像上对应的目标像素点，并最终获得目标合成图像进行三维显示。

根据本发明提供的三维显示方法，所述基于光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp，确定所述第一像素点在所述合成图像上所处的目标阶梯光栅分区，具体包括：

确定所述第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

基于光栅倾斜角度θ、遮光区域高度Hp和阶梯光栅分区第一计算关系式，确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为奇数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第一分区；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为偶数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第二分区；

其中，所述阶梯光栅分区第一计算关系式为：

f(i,j)表示所述第一像素点位于所述合成图像上第i行第j列；

具体的，对于合成图像上任一像素点即第一像素点，均可将坐标表示为f(i,j)，f(i,j)表示第一像素点位于合成图像上第i行第j列(例如，若合成图像的尺寸为1024×768，第一像素点坐标可以表示为f(956,650))。

阶梯光栅分区第一计算关系式为：

其中，

将光栅倾斜角度θ、遮光区域高度Hp和第一像素点的坐标代入阶梯光栅分区第一计算关系式中，确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num。

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为奇数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第一分区(阶梯光栅奇数行)。

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为偶数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第二分区(阶梯光栅偶数行)。

本发明提供的三维显示方法，利用上述三维显示系统，通过设置阶梯形状的光栅，遮光区域设置为平行四边形，阶梯型光栅结构水平方向上不同遮光区域之间存在一定的偏移，使得能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量，基于阶梯光栅分区第一计算关系式，确定合成图像像素点在阶梯型光栅上的分区位置，根据分区位置的不同，能够准确的确定合成图像上像素点对应的目标视差图像上对应的目标像素点，并最终获得目标合成图像进行三维显示。

根据本发明提供的三维显示方法，所述基于所述目标阶梯光栅分区、阶梯型光栅水平线数W_p、光栅偏移量W_o和光栅倾斜角度θ，确定所述第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点，具体包括：

确定所述第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

若确定所述目标阶梯光栅分区为所述阶梯光栅第一分区，基于第一映射规则确定目标像素点；

所述第一映射规则为：

若确定所述目标阶梯光栅分区为所述阶梯光栅第二分区，基于第二映射规则确定目标像素点；

所述第二映射规则为：

其中，f(i,j)表示所述第一像素点位于所述合成图像上第i行第j列；N为视差图像总数量；M为目标视差图像；offset为第一像素点相对于遮光区域偏移量。

具体的，在确定第一像素值的目标阶梯光栅分区之后，基于目标阶梯光栅分区、阶梯型光栅水平线数W_p、光栅偏移量W_o和光栅倾斜角度θ，确定第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点，具体包括：

确定第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

若确定目标阶梯光栅分区为阶梯光栅第一分区，基于第一映射规则确定目标像素点；

第一映射规则为：

若确定目标阶梯光栅分区为阶梯光栅第二分区，基于第二映射规则确定目标像素点；

第二映射规则为：

其中，f(i,j)表示第一像素点位于合成图像上第i行第j列；N为视差图像总数量(即为三维显示系统使用的视点个数)；M为目标视差图像(在N张视差图像序列中第M幅视差图像)；offset为第一像素点相对于遮光区域偏移量。

目标像素点即为第M幅视差图像(目标视差图像)中第i行j列的像素点。

需要说明的是，在显示技术领域，惯用设置视差图的排列方式为根据视点的位置从左至右，此时offset为第一像素点相对于遮光区域左边缘的偏移量。除此之外，该偏移量的设置方法还可以根据视差图的排列方式进行适应性的调整(如调整为第一像素点相对于遮光区域右边缘的偏移量)，本发明对此不作限定。

本发明提供的三维显示方法，利用上述三维显示系统，通过设置阶梯形状的光栅，遮光区域设置为平行四边形，阶梯型光栅结构水平方向上不同遮光区域之间存在一定的偏移，使得能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量，基于确定合成图像像素点在阶梯型光栅上的分区位置，根据分区位置的不同，根据第一映射规则和第二映射规则，能够准确的确定合成图像上像素点对应的目标视差图像上对应的目标像素点，并最终获得目标合成图像进行三维显示。

根据本发明提供的三维显示方法，所述结构参数还包括：光栅装配误差e；所述光栅装配误差为竖直方向上光栅与显示器贴合时的装配误差；

对应的，所述基于光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp，确定所述第一像素点在所述合成图像上所处的目标阶梯光栅分区，具体包括：

确定所述第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

基于光栅倾斜角度θ、遮光区域高度Hp、光栅装配误差e和阶梯光栅分区第二计算关系式，确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为奇数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第一分区；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为偶数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第二分区；

其中，所述阶梯光栅分区第二计算关系式为：

f(i,j)表示所述第一像素点位于所述合成图像上第i行第j列；

具体的，由于光栅的制造和装配过程中存在误差，实际上装配的光栅的参数与理想值可能存在一定的差异，由于粗略估计的阶梯型光栅参数将会影响生成合成图像的准确度，为了获取阶梯型光栅精确的硬件参数，需要尽可能的消除误差获得阶梯型光栅精确参数，进一步使用合成图像编码方法确定目标合成图像。

图5为本发明提供的阶梯型光栅装配误差示意图，如图5所示，若阶梯型光栅和显示器贴合的位置不准确(目标贴合在理想的阶梯型光栅位置，但实际未实现准确的贴合)，将会出现光栅失配区域，竖直方向上的误差对于成像结果的影响较大，需要进行校正。

此时结构参数还包括：光栅装配误差e，光栅装配误差为竖直方向上光栅与显示器贴合时的装配误差(实际贴合的光栅位置在竖直方向高于理想的阶梯型光栅的位置时，光栅装配误差e取正值，否则取负值)。

在确定光栅装配误差e后，基于光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp，确定第一像素点在合成图像上所处的目标阶梯光栅分区的步骤，具体包括：

确定第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)，f(i,j)表示第一像素点位于合成图像上第i行第j列。

阶梯光栅分区第二计算关系式为：

其中，

将光栅倾斜角度θ、遮光区域高度Hp、光栅装配误差e和第一像素点的坐标代入阶梯光栅分区第二计算关系式中，确定阶梯光栅分区计算结果apart_Num；

若确定阶梯光栅分区计算结果apart_Num为奇数，确定第一像素点在目标视差图像上位于阶梯光栅第一分区(阶梯光栅奇数行)。

若确定阶梯光栅分区计算结果apart_Num为偶数，确定第一像素点在目标视差图像上位于阶梯光栅第二分区(阶梯光栅偶数行)。

进一步，基于已经确定的目标阶梯光栅分区确定目标视差图和目标坐标的具体计算方法与上文相同，在此不再赘述。

本发明提供的三维显示方法，利用上述三维显示系统，通过设置阶梯形状的光栅，遮光区域设置为平行四边形，阶梯型光栅结构水平方向上不同遮光区域之间存在一定的偏移，使得能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量。通过校正光栅装配误差，避免在成像时竖直方向的误差对成像结果产生较大的干扰，基于阶梯光栅分区第一计算关系式，确定合成图像像素点在阶梯型光栅上的分区位置，根据分区位置的不同，能够准确的确定合成图像上像素点对应的目标视差图像上对应的目标像素点，并最终获得目标合成图像进行三维显示。

根据本发明提供的三维显示方法，所述确定三维显示系统结构参数，具体包括：

确定测试视点，在所述测试视点观测测试合成图像，确定第一测试视差图像；所述第一测试视差图像全白；

沿竖直方向平移所述测试合成图像，直至观测到第二测试视差图像，记录此时平移的距离，将所述平移的距离作为遮光区域高度Hp；所述第一测试视差图像全黑；

基于所述第一测试视差图像和所述测试合成图像，确定所述阶梯型光栅水平线数W_p，所述光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和光栅装配误差e。

具体的，进一步，还需要确定进行结构参数的校正，事先设置测试合成图像，该测试合成图像由全白的第一测试视差图像和全黑的第二测试视差图像以及一些其他的视差图像共同组成。需要说明的是，在本方案中，测试合成图像是事先设置用于测试的，其对应的视差图像和合成图像的关系已知，可以根据逆运算求解出三维显示系统的结构参数。

确定三维显示系统结构参数的步骤，具体包括：

在阶梯型光栅的不同的视点观测测试合成图像，使得能够确定一个测试视点，使得在该测试视点观测测试合成图像时，能够确定全白的第一测试视差图像(观测到的显示器刚好完全亮)。

在确定该测试视点后，保持视点不变，沿竖直方向平移测试合成图像，直至观测到全黑的第二测试视差图像(观测到的显示器刚好完全不亮)，记录此时平移的距离，将该平移的距离作为遮光区域高度Hp。

根据上述确定合成图像对应的目标视差图和目标像素点的相同方法，基于第一测试视差图像、第二测试视差图像和测试合成图像，确定阶梯型光栅水平线数W_p，光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和光栅装配误差e。由于该计算过程实质为本发明确定目标合成图计算方法的逆运算，可参照上述计算方法实现，具体的计算方法在此不做详细的说明。

本发明提供的三维显示方法，利用上述三维显示系统，通过设置阶梯形状的光栅，遮光区域设置为平行四边形，阶梯型光栅结构水平方向上不同遮光区域之间存在一定的偏移，使得能够在水平方向和竖直方向上构建视点，提高视点数目，达到均衡分辨率的目的，缓解由于视点数目增加带来的显示内容质量下降，提高显示质量。通过校正光栅装配误差，避免在成像时竖直方向的误差对成像结果产生较大的干扰，通过使用测试合成图和测试视差图，实现对结构参数的校正，避免由于光栅制作时的误差产生对成像结果的干扰。基于阶梯光栅分区第一计算关系式，确定合成图像像素点在阶梯型光栅上的分区位置，根据分区位置的不同，能够准确的确定合成图像上像素点对应的目标视差图像上对应的目标像素点，并最终获得目标合成图像进行三维显示。

图6为本发明提供的电子设备的实体结构示意图，如图6所示，所述电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(communication interface)620、存储器(memory)630和通信总线(bus)640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行上述三维显示方法，包括：确定三维显示系统结构参数；其中，所述结构参数包括：阶梯型光栅水平线数W_p，所述光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp；基于所述结构参数，确定合成图像上第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点；基于所述合成图像上第一像素点和所述目标像素点，确定目标合成图像。

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的三维显示方法，包括：确定三维显示系统结构参数；其中，所述结构参数包括：阶梯型光栅水平线数W_p，所述光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp；基于所述结构参数，确定合成图像上第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点；基于所述合成图像上第一像素点和所述目标像素点，确定目标合成图像。

又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的以执行三维显示方法，包括：确定三维显示系统结构参数；其中，所述结构参数包括：阶梯型光栅水平线数W_p，所述光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp；基于所述结构参数，确定合成图像上第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点；基于所述合成图像上第一像素点和所述目标像素点，确定目标合成图像。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于三维显示系统所实现的三维显示方法，其特征在于，所述三维显示系统包括：阶梯型光栅和显示器；所述阶梯型光栅和显示器面板大小相同，且对应贴合于所述显示器面板上；

所述阶梯型光栅包括：多个阶梯光栅第一分区和多个阶梯光栅第二分区；

所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区在竖直方向上间隔设置；

所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区均由若干个形状相同的遮光区域周期排列组成；其中，所述遮光区域为平行四边形；相邻的遮光区域在水平方向上的透光间隙均形状相同；

相邻的所述阶梯光栅第一分区和所述阶梯光栅第二分区的光栅偏移量均相等；

所述三维显示方法包括：

确定三维显示系统结构参数；其中，所述结构参数包括：阶梯型光栅水平线数W_p，光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp；

基于所述结构参数，确定合成图像上第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点；

基于所述合成图像上第一像素点和所述目标像素点，确定目标合成图像；

所述基于所述结构参数，确定合成图像上第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点，具体包括：

基于所述光栅倾斜角度θ和所述遮光区域高度Hp，确定所述第一像素点在所述合成图像上所处的目标阶梯光栅分区；其中，所述阶梯光栅分区包括：阶梯光栅第一分区和阶梯光栅第二分区；

基于所述目标阶梯光栅分区、所述阶梯型光栅水平线数W_p、所述光栅偏移量W_o和所述光栅倾斜角度θ，确定所述第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点；

所述基于所述光栅倾斜角度θ和所述遮光区域高度Hp，确定所述第一像素点在所述合成图像上所处的目标阶梯光栅分区，具体包括：

确定所述第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

基于所述光栅倾斜角度θ、所述遮光区域高度Hp和所述阶梯光栅分区第一计算关系式，确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为奇数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于所述阶梯光栅第一分区；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为偶数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于所述阶梯光栅第二分区；

其中，所述阶梯光栅分区第一计算关系式为：

f(i,j)表示所述第一像素点位于所述合成图像上第i行第j列；

2.根据权利要求1所述的三维显示方法，其特征在于，所述基于所述目标阶梯光栅分区、所述阶梯型光栅水平线数W_p、所述光栅偏移量W_o和所述光栅倾斜角度θ，确定所述第一像素点在目标视差图像上映射的目标像素点，具体包括：

确定所述第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

若确定所述目标阶梯光栅分区为所述阶梯光栅第一分区，基于第一映射规则确定目标像素点；

所述第一映射规则为：

若确定所述目标阶梯光栅分区为所述阶梯光栅第二分区，基于第二映射规则确定目标像素点；

所述第二映射规则为：

其中，f(i,j)表示所述第一像素点位于所述合成图像上第i行第j列；N为视差图像总数量；M为目标视差图像；offset为第一像素点相对于遮光区域偏移量；所述目标像素点为第M幅视差图像中第i行j列的像素点。

3.根据权利要求1所述的三维显示方法，其特征在于，

所述结构参数还包括：光栅装配误差e；所述光栅装配误差为竖直方向上光栅与显示器贴合时的装配误差；

对应的，所述基于光栅倾斜角度θ和遮光区域高度Hp，确定所述第一像素点在所述合成图像上所处的目标阶梯光栅分区，具体包括：

确定所述第一像素点在合成图像中像素坐标为f(i,j)；

基于光栅倾斜角度θ、遮光区域高度Hp、光栅装配误差e和阶梯光栅分区第二计算关系式，确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为奇数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第一分区；

若确定所述阶梯光栅分区计算结果apart_Num为偶数，确定所述第一像素点在所述目标视差图像上位于阶梯光栅第二分区；

其中，所述阶梯光栅分区第二计算关系式为：

f(i,j)表示所述第一像素点位于所述合成图像上第i行第j列；

4.根据权利要求3所述的三维显示方法，其特征在于，所述确定三维显示系统结构参数，具体包括：

确定测试视点，在所述测试视点观测测试合成图像，确定第一测试视差图像；所述第一测试视差图像全白；

沿竖直方向平移所述测试合成图像，直至观测到第二测试视差图像，记录此时平移的距离，将所述平移的距离作为遮光区域高度Hp；所述第一测试视差图像全黑；

基于所述第一测试视差图像和所述测试合成图像，确定所述阶梯型光栅水平线数W_p，所述光栅偏移量W_o，光栅倾斜角度θ和光栅装配误差e。

5.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至4任一所述的三维显示方法。

6.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一所述的三维显示方法。

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