CN114923669A - 三维显示系统的显示质量检测方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种三维显示系统的显示质量检测方法、装置、设备及介质，包括：获取三维显示系统的系统参数，三维显示系统由二维显示屏、透镜阵列和全息功能屏组合建立；确定三维显示系统的视区，获取三维物体在视区内视点的视差图像；根据视区内所有视点的视差图像合成在二维显示屏上显示的合成图像；根据系统参数和合成图像得到视区内视点的光场显示图像；根据视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定三维显示系统的显示质量分值。相较于现有技术，本申请中通过统一的评判方式来定量评价三维显示系统的显示效果，避免了分辨率、视角和显示深度这三个指标的相互影响，提高了三维显示系统显示质量评价的准确性。

Description

三维显示系统的显示质量检测方法、装置、设备及介质

技术领域

本申请涉及三维光场显示技术领域，尤其涉及一种三维显示系统的显示质量检测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

随着当今科学技术的飞速发展，传统的二维平面显示技术已经远远无法满足目前各个行业领域对于深度数据与空间立体感的需求。越来越多的应用领域，如医学成像、科学研究和军事等，要求能够实现三维场景的真实重建，从而使得观看者可以更加精确的捕获相关信息，准确的进行现场判断。

基于集成成像的光场显示技术可以模拟真实光场光线分布，再现的图像生动细腻，具有强大的生命力。基于集成成像的光场显示技术相较于其它的自由立体显示和全息显示，具有真彩色、全视差、视角细腻的良好特性。由于光场显示技术的优良特性，其在医学、军事、工业、教育等方面都有独特的应用价值。

基于集成成像的光场显示系统一般包括显示面板、透镜阵列和全息功能屏，其中透镜阵列的单位圆透镜作为控光元件，能够将透镜一侧的入射光线按照透镜的光学特性在透镜另一侧重新排布。在集成成像中，单位圆透镜下覆盖的子图像通过圆形凸透镜的空间光调制，使放在焦面上的不同空间位置排列的像素发出的发散光线都以光心的连线方向射出，汇聚在全息功能屏上，经过全息功能屏的扩散实现了全视差的三维立体图像。

现有的集成成像技术采用二维显示面板进行信息输入，用透镜阵列来记录和再现三维场景。虽然有分辨率、视角和显示深度作为评价三维显示技术的三个基础指标。但是这三个指标相互影响，没有统一的评判方式来定量评价显示效果。因此，如何准确地评估三维显示系统的显示质量的好坏，是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种三维显示系统的显示质量检测方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决三维显示系统的显示质量检测问题。

本申请第一方面提供一种三维显示系统的显示质量检测方法，包括：

获取三维显示系统的系统参数，所述三维显示系统由二维显示屏、透镜阵列和全息功能屏组合建立；

确定三维显示系统的视区，获取三维物体在所述视区内视点的视差图像；

根据所述视区内所有视点的视差图像合成在所述二维显示屏上显示的合成图像；

根据所述系统参数和所述合成图像得到所述视区内视点的光场显示图像；

根据所述视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定所述三维显示系统的显示质量分值。

在一种可能的实现方式中，所述系统参数包括：所述透镜阵列到所述二维显示屏的距离g_c、所述透镜阵列到所述全息功能屏的距离g_h、所述视区到所述全息功能屏的距离g_v和所述透镜阵列中透镜单元的尺寸及排列方式。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述系统参数和所述合成图像得到所述视区内视点的光场显示图像，包括：

将所述合成图像确定为矩阵f，大小为[MNUV×1]；其中，M为视点横向数目，N为视点纵向数目，U为透镜阵列中透镜单元横向数目，V为透镜阵列中透镜单元纵向数目；

将所述透镜阵列的视差偏移确定为矩阵T，大小为[MNUV×MNUV]；

将视点的空间下采样确定为矩阵D_mn，大小为[MNUV×α²MNUV]；其中，；α为下采样参数，由下式可得：

αM×αN表示人眼在视点处通过一个透镜单元看见的像素数目；

视点的光场显示图像如下式所示：

g_mn＝D_mnTf(m＝1,2,3,...,M.n＝1,2,3,...,N.)；

其中，(m，n)表示视点在所述视区内的位置。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定所述三维显示系统的显示质量分值，包括：

将视点的视差图像确定为G_mn；

所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度如下：

将所述拟合程度确定为所述三维显示系统的显示质量分值。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

通过改变合成方式改变所述合成图像矩阵f；

根据如下公式得到所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度的最小值；

将所述拟合程度的最小值确定为所述三维显示系统的显示质量分值。

本申请第二方面提供一种三维显示系统的显示质量检测装置，包括：

获取模块，用于获取三维显示系统的系统参数，所述三维显示系统由二维显示屏、透镜阵列和全息功能屏组合建立；

确定模块，用于确定三维显示系统的视区，获取三维物体在所述视区内视点的视差图像；

合成模块，用于根据所述视区内所有视点的视差图像合成在所述二维显示屏上显示的合成图像；

计算模块，用于根据所述系统参数和所述合成图像得到所述视区内视点的光场显示图像；根据所述视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定所述三维显示系统的显示质量分值。

在一种可能的实现方式中，所述系统参数包括：所述透镜阵列到所述二维显示屏的距离g_c、所述透镜阵列到所述全息功能屏的距离g_h、所述视区到所述全息功能屏的距离g_v和所述透镜阵列中透镜单元的尺寸及排列方式。

在一种可能的实现方式中，所述计算模块，具体用于：

将所述合成图像确定为矩阵f，大小为[MNUV×1]；其中，M为视点横向数目，N为视点纵向数目，U为透镜阵列中透镜单元横向数目，V为透镜阵列中透镜单元纵向数目；

将所述透镜阵列的视差偏移确定为矩阵T，大小为[MNUV×MNUV]；

将视点的空间下采样确定为矩阵D_mn，大小为[MNUV×α²MNUV]；其中，；α为下采样参数，由下式可得：

αM×αN表示人眼在视点处通过一个透镜单元看见的像素数目；

视点的光场显示图像如下式所示：

g_mn＝D_mnTf(m＝1,2,3,...,M.n＝1,2,3,...,N.)；

其中，(m，n)表示视点在所述视区内的位置。

在一种可能的实现方式中，所述计算模块，具体用于：

将视点的视差图像确定为G_mn；

所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度如下：

将所述拟合程度确定为所述三维显示系统的显示质量分值。

在一种可能的实现方式中，所述计算模块，还具体用于：

获取改变合成方式后得到的合成图像矩阵f；

根据如下公式得到所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度的最小值；

将所述拟合程度的最小值确定为所述三维显示系统的显示质量分值。

本申请第三方面提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现本申请第一方面所述的方法。

本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现本申请第一方面所述的方法。

本申请的有益效果如下：

本申请提供的三维显示系统的显示质量检测方法、装置、设备及介质，获取三维显示系统的系统参数，所述三维显示系统由二维显示屏、透镜阵列和全息功能屏组合建立；确定三维显示系统的视区，获取三维物体在所述视区内视点的视差图像；根据所述视区内所有视点的视差图像合成在所述二维显示屏上显示的合成图像；根据所述系统参数和所述合成图像得到所述视区内视点的光场显示图像；根据所述视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定所述三维显示系统的显示质量分值。相较于现有技术，本申请中通过统一的评判方式来定量评价三维显示系统的显示效果，避免了分辨率、视角和显示深度这三个指标的相互影响，提高了三维显示系统显示质量评价的准确性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选事实方案的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本申请提供的错切现象示意图；

图2是本申请提供的一种三维显示系统的显示质量检测方法的流程图；

图3是本申请提供的人眼透过透镜看到三维图像的过程示意图；

图4是本申请提供的视点的光场显示图像g_mn的获得过程；

图5是本申请提供的一种三维显示系统的显示质量检测装置的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了便于理解，首先对本申请中涉及的一些技术名词介绍如下：

视差图像：模拟人眼立体视觉过程，采用立体相机拍摄同一场景所获得的两幅或多幅稍有差异的图像称为视差图像。

合成图像：将视差图像的子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。

视区：透镜阵列的折射作用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：视差图像在空间中形成的可正确观看的位置。

视点数：观看者在一个观看周期范围内，所观察到的视点个数。

光心：透镜主轴上的特殊点，凡是通过该点的光，其传播方向不变。

在全视差三维显示系统中，影响显示效果的现象包括错切、像差等等。

像差是指实际光学系统中，由非近轴光线追迹所得的结果和近轴光线追迹所得的结果不一致，与高斯光学(一级近似理论或近轴光线)的理想状况的偏差。单色光所形成的像差可分为：球差、彗差、像散、场曲和畸变。另外，多色光通过光学系统还会产生两种色差：轴向色差和垂轴色差。光学系统的像差会严重影响裸眼3D显示系统的显示效果。

错切指的是重构平面和中心深度平面位置不一致时出现的问题。如图1所示，错切现象分为两种情况，一种是当重构平面位于透镜阵列和参考平面中间时出现的错切现象，另一种是当重构平面远离参考平面时出现的错切现象。图1中的参考平面也称为透镜的共轭平面，从透镜阵列出射的光线只有在重构平面上才能相交汇聚成与原三维模型一致的三维图像。人眼透过不同的透镜可以获取到不同的子图像块，视点处看到的图像是由这一系列子图像块拼接而成的。对于一个固定参数的集成成像系统，在采集过程中，如果三维场景是在远离参考平面处被拍摄，那么人眼通过每个透镜获取到的子图像块是无法完整地拼接成理想的三维图像的，这个现象就称为错切现象。由于这个问题的存在，集成成像系统的景深和显示质量将会下降。

为了能够更清晰地对三维显示系统的显示质量进行检测，本申请实施例提供一种三维显示系统的显示质量检测方法、装置、设备及存储介质，下面结合附图进行说明。

请参考图2，其示出了本申请所提供的一种三维显示系统的显示质量检测方法的流程图，如图1所示，所述方法可以包括以下步骤：

S101、获取三维显示系统的系统参数，所述三维显示系统由二维显示屏、透镜阵列和全息功能屏组合建立；

本申请的三维显示系统可以为全视差三维光场显示系统，包括二维显示屏、透镜阵列和全息功能屏，二维显示屏可以为二维平面显示器，例如液晶显示器(LCD)，用于显示由视差图像合成的合成图像。

请参考图3，二维显示屏的光线经过透镜阵列折射后汇聚在全息功能屏上，观看者通过全息功能屏观看立体图像，整个立体图像由透镜阵列中每个透镜下覆盖的子图像单元映射拼接而成。其中A点代表透镜光心，p代表透镜单元覆盖像素的个数，P表示透镜阵列中相邻透镜单元的间距，w表示二维显示屏显示区域的宽度。

上述三维显示系统的系统参数可以包括所述透镜阵列到所述二维显示屏的距离g_c、所述透镜阵列到所述全息功能屏的距离g_h、所述视区到所述全息功能屏的距离g_v和所述透镜阵列中透镜单元的尺寸及排列方式。

S102、确定三维显示系统的视区，获取三维物体在所述视区内视点的视差图像；

其中，视区包括组成二维阵列的视点，在集成成像采集过程中，三维物体经过相机阵列拍摄产生视差图像二维阵列，每个相机对应一个视点。

S103、根据所述视区内所有视点的视差图像合成在所述二维显示屏上显示的合成图像；

具体的，合成图像的合成可以采用多种合成方式，本申请对此不做限定。根据视差图像生成合成图像的过程采用现有技术，本申请在此不再赘述。

S104、根据所述系统参数和所述合成图像得到所述视区内视点的光场显示图像；

具体的，步骤S104包括：

将所述合成图像确定为矩阵f，大小为[MNUV×1]；其中，M为视区中视点横向数目，N为视区中视点纵向数目，U为透镜阵列中透镜单元横向数目，V为透镜阵列中透镜单元纵向数目；

将所述透镜阵列的视差偏移确定为矩阵T，大小为[MNUV×MNUV]；

将视点的空间下采样确定为矩阵D_mn，大小为[MNUV×α²MNUV]；其中，；α为下采样参数，由下式可得：

αM×αN表示人眼在视点处通过一个透镜单元看见的像素数目；

视点的光场显示图像如下式所示：

g_mn＝D_mnTf(m＝1,2,3,...,M.n＝1,2,3,...,N.)；

其中，(m，n)表示视点在所述视区内的位置。

视点的光场显示图像为到达人眼的三维图像，为了便于理解，视点的光场显示图像g_mn的获得过程如图4所示，二维显示屏发射的光线穿过透镜阵列到达全息功能屏，经过视点处人眼采样形成光场显示图像，通过上述公式可以获得视区内每个视点的光场显示图像。

S105、根据所述视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定所述三维显示系统的显示质量分值；

具体的，步骤S105包括：

将视点的视差图像确定为G_mn；具体是将步骤S102中采集的视差图像确定为G_mn；

所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度如下：

将所述拟合程度确定为所述三维显示系统的显示质量分值。当光场显示图像与视差图像差值最小时，人眼看到的图像即为视差图像，显示效果最好。

在透镜阵列确定之后，可以通过不同的合成方式合成图像，根据不同的合成图像矩阵f得到的光场显示图像不同，得到的光场显示图像和视差图像的拟合程度也不同，因此，为了更准确地评估三维显示系统的显示质量的好坏，本申请提供的上述方法还包括以下步骤：

获取改变合成方式后得到的合成图像矩阵f；

根据如下公式得到所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度的最小值；

将所述拟合程度的最小值确定为所述三维显示系统的显示质量分值。

本申请中，当光场显示图像与视差图像差值最小时，人眼看到的图像即为视差图像，显示效果最好。

因此，基于本申请提出的三维光场图像和视差图像拟合程度的评判公式，通过对合成图像或者透镜视差偏移进行优化，可以达到提升显示效果的目的。

相较于现有技术，本申请中通过统一的评判方式来定量评价三维显示系统的显示效果，避免了分辨率、视角和显示深度这三个指标的相互影响，提高了三维显示系统显示质量评价的准确性。

在上述的实施例中，提供了一种三维显示系统的显示质量检测方法，与之相对应的，本申请还提供一种三维显示系统的显示质量检测装置。

如图5所示，本申请提供的一种三维显示系统的显示质量检测装置10，包括：

获取模块101，用于获取三维显示系统的系统参数，所述三维显示系统由二维显示屏、透镜阵列和全息功能屏组合建立；

确定模块102，用于确定三维显示系统的视区，获取三维物体在所述视区内视点的视差图像；

合成模块103，用于根据所述视区内所有视点的视差图像合成在所述二维显示屏上显示的合成图像；

计算模块104，用于根据所述系统参数和所述合成图像得到所述视区内视点的光场显示图像；根据所述视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定所述三维显示系统的显示质量分值。

在一种可能的实现方式中，所述系统参数包括：所述透镜阵列到所述二维显示屏的距离g_c、所述透镜阵列到所述全息功能屏的距离g_h、所述视区到所述全息功能屏的距离g_v和所述透镜阵列中透镜单元的尺寸及排列方式。

在一种可能的实现方式中，所述计算模块104，具体用于：

将所述合成图像确定为矩阵f，大小为[MNUV×1]；其中，M为视点横向数目，N为视点纵向数目，U为透镜阵列中透镜单元横向数目，V为透镜阵列中透镜单元纵向数目；

将所述透镜阵列的视差偏移确定为矩阵T，大小为[MNUV×MNUV]；

将视点的空间下采样确定为矩阵D_mn，大小为[MNUV×α²MNUV]；其中，；α为下采样参数，由下式可得：

αM×αN表示人眼在视点处通过一个透镜单元看见的像素数目；

视点的光场显示图像如下式所示：

g_mn＝D_mnTf(m＝1,2,3,...,M.n＝1,2,3,...,N.)；

其中，(m，n)表示视点在所述视区内的位置。

在一种可能的实现方式中，所述计算模块104，具体用于：

将视点的视差图像确定为G_mn；

所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度如下：

将所述拟合程度确定为所述三维显示系统的显示质量分值。

在一种可能的实现方式中，所述计算模块104，还具体用于：

获取改变合成方式后得到的合成图像矩阵f；

根据如下公式得到所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度的最小值；

将所述拟合程度的最小值确定为所述三维显示系统的显示质量分值。

本申请实施例提供的三维显示系统的显示质量检测装置，与本申请前述实施例提供的三维显示系统的显示质量检测方法出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。

本申请实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的三维显示系统的显示质量检测方法对应的电子设备，该电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现上述三维显示系统的显示质量检测方法。所述电子设备可以是手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等。

本申请实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的三维显示系统的显示质量检测方法对应的计算机可读存储介质，例如光盘、U盘等，其上存储有计算机程序(即程序产品)，所述计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施方式所提供的三维显示系统的显示质量检测方法。

需要说明的是，所述计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种三维显示系统的显示质量检测方法，其特征在于，包括：

获取三维显示系统的系统参数，所述三维显示系统由二维显示屏、透镜阵列和全息功能屏组合建立；

确定三维显示系统的视区，获取三维物体在所述视区内视点的视差图像；

根据所述视区内所有视点的视差图像合成在所述二维显示屏上显示的合成图像；

根据所述系统参数和所述合成图像得到所述视区内视点的光场显示图像；

根据所述视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定所述三维显示系统的显示质量分值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统参数包括：所述透镜阵列到所述二维显示屏的距离g_c、所述透镜阵列到所述全息功能屏的距离g_h、所述视区到所述全息功能屏的距离g_v和所述透镜阵列中透镜单元的尺寸及排列方式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述系统参数和所述合成图像得到所述视区内视点的光场显示图像，包括：

将所述合成图像确定为矩阵f，大小为[MNUV×1]；其中，M为视点横向数目，N为视点纵向数目，U为透镜阵列中透镜单元横向数目，V为透镜阵列中透镜单元纵向数目；

将所述透镜阵列的视差偏移确定为矩阵T，大小为[MNUV×MNUV]；

将视点的空间下采样确定为矩阵D_mn，大小为[MNUV×α²MNUV]；其中，；α为下采样参数，由下式可得：

αM×αN表示人眼在视点处通过一个透镜单元看见的像素数目；

视点的光场显示图像如下式所示：

g_mn＝D_mnTf(m＝1,2,3,...,M.n＝1,2,3,...,N.)；

其中，(m，n)表示视点在所述视区内的位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定所述三维显示系统的显示质量分值，包括：

将视点的视差图像确定为G_mn；

所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度如下：

将所述拟合程度确定为所述三维显示系统的显示质量分值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取改变合成方式后得到的合成图像矩阵f；

根据如下公式得到所述视区内所有视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度的最小值；

将所述拟合程度的最小值确定为所述三维显示系统的显示质量分值。

6.一种三维显示系统的显示质量检测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取三维显示系统的系统参数，所述三维显示系统由二维显示屏、透镜阵列和全息功能屏组合建立；

确定模块，用于确定三维显示系统的视区，获取三维物体在所述视区内视点的视差图像；

合成模块，用于根据所述视区内所有视点的视差图像合成在所述二维显示屏上显示的合成图像；

计算模块，用于根据所述系统参数和所述合成图像得到所述视区内视点的光场显示图像；根据所述视区内视点的光场显示图像和视差图像的拟合程度确定所述三维显示系统的显示质量分值。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述系统参数包括：所述透镜阵列到所述二维显示屏的距离g_c、所述透镜阵列到所述全息功能屏的距离g_h、所述视区到所述全息功能屏的距离g_v和所述透镜阵列中透镜单元的尺寸及排列方式。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，具体用于：

将所述合成图像确定为矩阵f，大小为[MNUV×1]；其中，M为视点横向数目，N为视点纵向数目，U为透镜阵列中透镜单元横向数目，V为透镜阵列中透镜单元纵向数目；

将所述透镜阵列的视差偏移确定为矩阵T，大小为[MNUV×MNUV]；

将视点的空间下采样确定为矩阵D_mn，大小为[MNUV×α²MNUV]；其中，；α为下采样参数，由下式可得：

αM×αN表示人眼在视点处通过一个透镜单元看见的像素数目；

视点的光场显示图像如下式所示：

g_mn＝D_mnTf(m＝1,2,3,...,M.n＝1,2,3,...,N.)；

其中，(m，n)表示视点在所述视区内的位置。

9.一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。

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