CN1896865A - 多光栅分时显示生成立体图像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供多光栅分时显示生成立体图像的方法，步骤为：向PC机输入N组光栅数据及N幅具有不同角度视差的相片，其中N≥3；PC机依次对N组光栅数据及N幅相片进行图形处理，相应得到N个光栅图及N个连续视差图；把相对应的光栅图、连续视差图在显示器的光栅屏、图像屏上同步地循环分时显示，观看者在显示器前面可以看到高精度的静态或动态三维立体的图像。本发明应用范围广，可以实现裸眼可视，显示精度高，观看者可在设定角度内自由移动，可看到具有移动视差的立体图像，且不会引起眼睛生理性疲劳。

Description

多光栅分时显示生成立体图像的方法

                          技术领域

本发明涉及自动立体成像显示技术领域(Autostereoscopic Displas)，具体是指多光栅分时显示生成立体图像的方法。

                          背景技术

一百多年前，照相技术出现后，人们就创造出利用两个照相机模仿人的左右眼对同一景物同时拍照，得到两幅具有左右眼视觉差异的相片，分别称为左眼图和右眼图。然后通过一个观景器将人的左右眼分隔开，让左眼只能看到左眼图，让右眼只能看到右眼图，通过大脑的综合后就会令观看者眼前出现一幅立体图像。这一方法成为现代产生立体图像的最基本原理。

最近十几年，新出現了一种称为裸眼可视立体图像显示法。就是不用配戴特殊的工具就可以观看到立体图像的显示方法。裸眼可视立体图像显示方法中的基本原理是利用一张特殊的图片，在这张特殊的图片上所有奇数线列用来表示一幅右眼图，所有偶数线列用来表示一幅左眼图，在某个设定的位置上透过一幅光栅(parallax barrier)将观看者的左右眼睛分隔，令右眼正好能看到图上的所有奇数行列，令左眼正好能看到图上的所有偶数行列，也即是右眼正好看到右眼图、左眼正好看到左眼图，这样我们就能够直观地看到一个立体图像。

在Okoshi，T.1976.Three-dimensional imaging techniques.New York：AcademicPress一书中，详细论述了目前为止所有的立体成像的方法和原理。除了激光全息法外，上述各种立体成像方法都是基于对景物进行摄影或进行透视投影得到一对或多对左右眼视差图的基础上，制作出各种类带眼镜和不用带眼镜就能看到的立体图像。

目前，使用单一光栅和一对左右眼视差图像产生立体图像的方法，存在着一些共同的缺点：原则上只能供一人定点观看；会使眼睛产生生理性疲劳而受到伤害；立体图像的显示精度只能达到显示屏的精度的1/2。如果使用单一光栅利用多幅具有移动视差的图像或相片来产生立体图像，则立体图像的显示精度会与使用的图幅数目成比例地下降，例如使用5幅相片来产生立体图像时，立体图像的精度就会下降到显示屏的精度的1/5。

                          发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种多光栅分时显示生成立体图像的方法，其可以实现裸眼可视，显示精度高，观看者可在设定角度内自由移动，可看到具有移动视差的立体图像，且不会引起眼睛生理性疲劳。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本多光栅分时显示生成立体图像的方法，其步骤包括：

(1)向PC机输入N幅具有不同角度视差的相片P1～PN，其中N≥3；

(2)向PC机输入N组包括光栅线密度、光栅线相位的光栅数据A1～AN，其中各组光栅数据A1～AN的光栅线密度相同，光栅线距离为N个点素，PC机对N组光栅数据A1～AN进行图形处理，相应得到N个光栅图B1～BN，且序号相邻的光栅图相位差为1个点素，PC机还将所述N幅相片分别对应每一个光栅图B1～BN进行图形处理，相应得到N个连续视差图W1～WN，即

将P1～PN对应B1进行图形处理，相应得到连续视差图W1；

将P1～PN对应B2进行图形处理，相应得到连续视差图W2；

将P1～PN对应B3进行图形处理，相应得到连续视差图W3；

……

将P1～PN对应BN进行图形处理，相应得到连续视差图WN；

所述光栅图B1～BN和连续视差图W1～WN，按序号1～N一一对应地组成立体图像的记录单元R1～RN，即R1(B1，W1)、R2(B2，W2)、R3(B3，B3)、……RN(BN，WN)；

(3)将两片LCD屏前后平行放置，前面LCD面板作为光栅屏显示光栅图B1～BN，后面LCD屏作为图像屏显示连续视差图W1～WN，PC机通过其内置的双屏卡分别与光栅屏及图像屏连接，图像屏后方设有光源；

(4)PC机把记录单元R1相应的光栅图B1和连续视差图W1在显示器的光栅屏和图像屏上同步地显示，图像屏后方的光源发出的光线透过图像屏上的连续视差图W1和光栅屏上的光栅线图B1映射出来时，观看者在显示器前面可以看到一幅三维立体的图像，由于光栅线的分隔，立体图像的显示精度只能达到光栅屏1/N显示精度；

PC机按序号1～N把记录单元R1～RN相应的光栅图B1～BN和连续视差图W1～WN在显示器的光栅屏和图像屏上同步地循环分时显示，所述同步是指光栅屏和图像屏按相同的帧频率显示画面，即在光栅屏上每一帧幅画面显示一幅光栅图Bi，在图像屏每一帧幅画面显示一幅连续视差图Wi，Bi和Wi是属于同一个记录Ri；所述循环是指从R1至RN顺序显示，周而复始进行；所述分时是指B1～BN和W1～WN是按序号出现在不同帧幅的画面上；当显示器的帧频率Z≥75Hz，利用人眼睛的残留视觉效应，分时显示的立体图像互相补充，观看者在显示器前面就可以看到达到光栅屏100％显示精度的三维立体的图像，当所述景物为运动状态时，观看者在显示器前面可以看到高精度的三维立体的动态图像。

人眼睛的残留视觉效应是指人的眼睛在观看一幅画面后，其印象在大脑中会保留约1/10秒后才会消失的效应。如果两幅画面交替出现的时间间隔，即分时间隔dt小于1/10秒，人眼看到好像只是一幅画面。如果两幅画面交替出现的时间间隔dt大于1/10秒，人眼看到的是两幅画面。电影就是利用一秒内显示24幅画面(dt＝/24秒)来让人眼看到连续的画面，电影的画面分时间隔dt＝1/24秒。

本多光栅分时显示立体图像的方法中，显示器帧频率计算如下：

显示器的帧频率Z，每帧幅显示时间dt＝1/Z秒；每一张立体图像需要N帧幅记录R组成；按视觉残留效应的要求每一张立体图像显示时间要小于1/24秒，因此dt*N＜1/24(秒)，即1/Z*N＜1/24(秒)，从而可得显示器帧频率Z＞24*N。当N＝3时，可以取显示器帧频率Z≥75Hz。

步骤(1)所述N幅具有不同角度视差的相片，通过在同一水平面上距同一景物的N个等距离位置上，使用一台设有N个镜头的相机或摄录机拍摄获得。

步骤(1)所述N幅具有不同角度视差的相片，通过在同一水平面上距同一景物的N个等距离位置上，使用N台单镜头的相机或摄录机同时拍摄获得。

步骤(1)所述N幅具有不同角度视差的相片，通过图形处理软件包括3DSMAX、MAYA获得。

步骤(2)所述光栅线为垂直光栅线。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)通过使用多角度拍摄得到的相片或动画相片，产生不用配戴特殊眼镜就可以观看的，显示精度达到光栅屏100％显示精度的立体图像和动画；

(2)观看者可以看到具有移动视差的立体图像。而且不会引起眼睛生理性疲劳；

(3)可以广泛应用于电视、动画、广告、游乐场、科学研究、医学、教育和工程技术等领域。

                          附图说明

图1是本发明多光栅分时显示生成三维立体图像的方法的原理图；

图2是本发明所述N幅具有不同角度视差的相片的拍摄示意图；

图3是本发明所述N幅相片转换成一幅连续视差图片WN的原理图；

图4是本发明所述N幅相片转换成一组连续视差图片W1～WN的原理图；

图5是本发明所述PC机、光栅屏、图像屏的连接结构示意图。

                        具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，本多光栅分时显示生成三维立体图像的方法，其步骤包括：

(1)如图2所示，在同一水平面上距同一景物8的5个等距离位置上，用5台单镜头的相机或摄录机(7-1～7-5)同时拍摄得到5幅具有不同角度视差的相片，向PC机1输入所述5幅具有不同角度视差的相片；

(2)向PC机1输入5组包括光栅线密度、光栅线相位的光栅数据A1～A5，其中各组光栅数据A1～A5的光栅线密度相同，但它们的光栅线相位不同。以精度为1024×768的LCD用做光栅屏为例，所有的光栅数据显示的光栅线都是垂直线(与LCD的Y方向平行)，光栅线之间的距离为5点素：

光栅数据A1在LCD上显示的光栅线相位座标X是(0、5、10、15…1020)；

光栅数据A2在LCD上显示的光栅线相位座标X是(1、6、11、16…1021)；

光栅数据A3在LCD上显示的光栅线相位座标X是(2、7、12、17…1022)；

光栅数据A4在LCD上显示的光栅线相位座标X是(3、8、13、18…1023)；

光栅数据A5在LCD上显示的光栅线相位座标X是(4、9、14、19…1024)。

PC机对N组光栅数据A1～A5进行图形处理，相应得到5个光栅图B1～B5，且序号相邻的光栅图相位差为1个点素，如图3，根据光栅图B1分别对所述5幅相片进行图形处理，相应得到连续视差图W1，如此类推，如图4所示，可得到W2、W3、W4、W5，所述光栅图B1～B5和连续视差图W1～W5相应组成立体图像的记录单元R1～R5；

(3)如图5所示，将两片1024×768的LCD屏前后平行放置，前面LCD面板作为光栅屏5显示光栅图B1～BN，后面LCD屏作为图像屏4显示连续视差图W1～WN，PC机1通过其内置的双屏卡2分别与光栅屏5及图像屏4连接，图像屏4后方设有光源3；

(4)PC机1把记录单元R1相应的光栅图B1和连续视差图W1在显示器6的光栅屏5和图像屏4上同步地显示，图像屏4后方的光源3发出的光线透过图像屏4上的连续视差图W1和光栅屏5上的光栅线图B1映射出来时，观看者在显示器6前面可以看到一幅光栅屏1/N显示精度的三维立体图像；

PC机1按序号1～N把记录单元R1～RN相应的光栅图B1～BN和连续视差图W1～WN在显示器6的光栅屏5和图像屏4上同步地循环分时显示，所述同步是指光栅屏5和图像屏4按相同的帧频率显示画面，即在光栅屏5上每一帧幅画面显示一幅光栅图Bi，在图像屏4每一帧幅画面显示一幅连续视差图Wi，Bi和Wi是属于同一个记录Ri；所述循环是指从R1至RN顺序显示，周而复始进行；所述分时是指B1～BN和W1～WN是按序号出现在不同帧幅的画面上；由于N＝5，则显示器的帧频率Z≥120Hz时，利用人眼睛的残留视觉效应，分时显示的立体图像互相补充，观看者在显示器前面就可以看到达到光栅屏100％显示精度的三维立体的图像，当所述景物为运动状态时，观看者在显示器前面可以看到高精度的三维立体的动态图像。

以上可见，仅依据光栅数据R1，在显示器6前面只能观看到一个为204条光栅线显示的立体图像，其显示精度只达到LCD(1024×768)的显示精度的1/5，在显示器6前面只能观看到一个为205条光栅线显示的立体图像。而在经过本多光栅分时显示生成立体图像的方法处理后，在显示器6前面就能观看到一个为1024条光栅线显示的立体图像，其显示精度达到LCD(1024×768)的显示精度的100％。

实施例二

如图1所示，本多光栅分时显示生成三维立体图像的方法，其N幅具有不同角度视差的相片，通过在同一水平面上距同一景物的N个等距离位置上，使用一台设有N个镜头的相机或摄录机拍摄获得；其他步骤同实施例一。

实施例三

如图1所示，本多光栅分时显示生成三维立体图像的方法，其N幅具有不同角度视差的相片，通过图形处理软件包括3DS MAX、MAYA获得；其他步骤同实施例一。

如上所述，便可较好地实现本发明。

Claims (5)

1、多光栅分时显示生成立体图像的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)向PC机输入N幅具有不同角度视差的相片P1～PN，其中N≥3；

(2)向PC机输入N组包括光栅线密度、光栅线相位的光栅数据A1～AN，其中各组光栅数据A1～AN的光栅线密度相同，光栅线距离为N个点素，PC机对N组光栅数据A1～AN进行图形处理，相应得到N个光栅图B1～BN，且序号相邻的光栅图相位差为1个点素，PC机还将所述N幅相片分别对应每一个光栅图B1～BN进行图形处理，相应得到N个连续视差图W1～WN，所述光栅图B1～BN和连续视差图W1～WN，按序号1～N一一对应地组成立体图像的记录单元R1～RN；

(3)将两片LCD屏前后平行放置，前面LCD面板作为光栅屏显示光栅图B1～BN，后面LCD屏作为图像屏显示连续视差图W1～WN，PC机通过其内置的双屏卡分别与光栅屏及图像屏连接，图像屏后方设有光源；

(4)PC机按序号1～N把记录单元R1～RN相应的光栅图B1～BN和连续视差图W1～WN在显示器的光栅屏和图像屏上同步地循环分时显示，所述同步是指光栅屏和图像屏按相同的帧频率显示画面，即在光栅屏上每一帧幅画面显示一幅光栅图Bi，在图像屏每一帧幅画面显示一幅连续视差图Wi，Bi和Wi是属于同一个记录Ri；所述循环是指从R1至RN顺序显示，周而复始进行；所述分时是指B1～BN和W1～WN是按序号出现在不同帧幅的画面上；当显示器的帧频率Z≥75Hz，观看者在显示器前面就可以看到达到光栅屏100％显示精度的三维立体的图像，当所述景物为运动状态时，观看者在显示器前面可以看到高精度的三维立体的动态图像。

2、按权利要求1所述相片产生三维立体图像的方法，其特征在于：步骤(1)所述N幅具有不同角度视差的相片，通过在同一水平面上距同一景物的N个等距离位置上，使用一台设有N个镜头的相机或摄录机拍摄获得。

3、按权利要求1所述相片产生三维立体图像的方法，其特征在于：步骤(1)所述N幅具有不同角度视差的相片，通过在同一水平面上距同一景物的N个等距离位置上，使用N台单镜头的相机或摄录机同时拍摄获得。

4、按权利要求1所述相片产生三维立体图像的方法，其特征在于：步骤(1)所述N幅具有不同角度视差的相片，通过图形处理软件包括3DS MAX、MAYA获得。

5、按权利要求1所述相片产生三维立体图像的方法，其特征在于：所述光栅线为垂直光栅线。

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