專利名稱：：基于柱鏡光柵lcd自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法。技術背景隨著顯示技術的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)開發(fā)出了各種各樣無需借助立體眼鏡等輔助視具，而直接用裸眼就能觀看立體圖像的自由立體顯示技術，主要包括柱鏡光柵立體顯示、狹縫光柵立體顯示、全息立體顯示以及體三維立體顯示等。在眾多的自由立體顯示技術中，基于柱鏡光柵的自由立體顯示技術因柱鏡光柵易于加工、立體視覺效果突出，而成為當前較為常見的自由立體顯示技術。立體光柵一般附在立體圖像或者顯示屏外面，這樣人們就能利用光的折射原理而用裸眼看到立體圖像。立體光柵大體上可以分為三大類狹縫光柵、棱柱鏡光柵和點陣式光柵。狹縫光柵俗稱黑光柵，其成像原理為小孔成像原理，它是在透明的膠片上間隔印刷黑色線條從而構(gòu)成一個黑色不透明線條和透明縫隙間隔排列的結(jié)構(gòu)。狹縫光柵成像清晰，基本上不會產(chǎn)生暈眼效應，但其必須要有輔助的背景光源，在沒有光源的情況下，就會一片漆黑而看不到任何立體效果。柱鏡光柵俗稱白光柵，其成像原理為凸透鏡成像原理，它由一條條的柱透鏡排列而成。無論有無背景光源，通過柱鏡光柵都可以看到良好的立體效果，當然在有背景光源的情況下立體效果更加完美。另外，在目前生產(chǎn)工藝不斷提高的前提下，柱鏡光柵的暈眼效應也能夠得到避免。點陣式光柵，又稱為全息式點陣光柵，其成像原理為凸透鏡成像原理，它的表面由一個個球狀突起所組成。由于點陣式光柵很少見，而狹縫光柵立體效果又不如柱鏡光柵，再加上柱鏡光柵易于加工，因此基于柱鏡光柵的自由立體顯示設備得到大力發(fā)展和普及?；趯崿F(xiàn)復雜度和通用性的考慮，與現(xiàn)有的基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備配套的立體圖像合成方法一般只適用于具有特定線數(shù)LPI值和傾斜角a值的柱鏡光柵，而且一般也只能合成具有固定視點個數(shù)和固定分辨率的立體圖像，這樣的立體圖像合成方法顯然缺乏普適性，大大限制了基于柱鏡光柵的自由立體顯示設備的應用領域。對此，我們提出了一種基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法，該法不僅適用于具有任意線數(shù)LPI值和任意傾斜角a值的柱鏡光柵，而且能夠快速而高效地合成具有任意視點個數(shù)和任意分辨率的立體圖像，從而大大擴展了基于柱鏡光柵的LCD自由立體顯示設備的應用領域。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術不足，提供一種基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法?；谥R光柵LCD自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法包括以下步驟1)測量柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角a值；2)根據(jù)合成立體圖像所需的視點個數(shù)N以及分辨率淋V，對N個視點圖像進行采樣，每個視點圖像的垂直分辨率采樣成V/v，而水平分辨率采樣成H/h，其中，N》2，v*h=N，v取最接近V^的整數(shù)值；3)根據(jù)實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角ct值以及LCD顯示器的點距DOT，將經(jīng)過采樣的N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中，得到所需的立體圖像。所述的測量柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角a值步驟(a)取4幅全黑、2幅全白共6幅RGB圖像，其中4幅全黑圖像作為視點1、視點2、視點5和視點6，2幅全白圖像作為視點3和視點4，并估計得到柱鏡光柵的近似線數(shù)LPI值和近似傾斜角a值；(b)根據(jù)估計的近似線數(shù)LPI值和近似傾斜角a值將6幅RGB圖像合成6個視點的立體圖像；(c)通過基于柱鏡光柵的LCD自由立體顯示設備觀察立體圖像，如果能夠在顯示設備正前方觀察到全白的視覺效果，同時在正前方偏左和偏右兩個方向觀察到全黑的視覺效果，說明步驟(a)估計的近似線數(shù)LPI值和近似傾斜角a值就是該柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角a值；(d)如果觀察不到步驟(c)所述的全黑或者全白的視覺效果，則取近似值附近的線數(shù)LPI值和傾斜角a值，重復進行步驟(b)和步驟(c)操作，直到觀察到全黑或者全白的視覺效果為止。所述的將經(jīng)過采樣的N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中，得到所需的立體圖像步驟-(e)根據(jù)公式X=(25.4/LPI/COSa)/D0T*3，計算得到柱鏡光柵的柵距在水平方向上所覆蓋的LCD顯示屏上的RGB子像素個數(shù)X，其中，LCD顯示屏上的RGB子像素對應于圖像的RGB分量；(f)根據(jù)公式n=mod(i-3*j*tana，X)/X*N，計算得到N個視點圖像的RGB分量與立體圖像的RGB分量相對應的映射表，其中，mod表示取模運算，i和j表示立體圖像的RGB分量的水平和垂直坐標值，坐標值以立體圖像的最左上角RGB分量的坐標值(l，l)為基準，向右則i遞增l，向下則j遞增l，n表示立體圖像中坐標值為(i，j)的RGB分量對應于視點n的相應RGB分量，當mod(i-3*j*tana，X)/X*N的值不為整數(shù)時，n取最接近的整數(shù)值，當mod(i-3勺、tana，X)/X*N=0時，n=N;(g)根據(jù)映射表，將N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中，對于立體圖像的每v行RGB分量，用N個視點圖像的每1行RGB分量來填充，對于立體圖像每一行中的RGB分量，其每3*h個RGB分量用N個視點圖像的每1個RGB分量來填充,直到立體圖像的所有RGB分量都被N個視點圖像的RGB分量所填充。本發(fā)明適用于具有任意線數(shù)LPI值和任意傾斜角a值的柱鏡光柵，且能快速而高效地合成具有任意視點個數(shù)和任意分辨率的立體圖像。相比其他立體圖像合成方法，本發(fā)明可以大大擴展基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備的應用領域。圖1是基于柱鏡光柵的LCD自由立體顯示設備的側(cè)面視圖；圖2是基于柱鏡光柵的LCD自由立體顯示設備的正面視圖；圖3是4幅全黑和2幅全白RGB圖像合成立體圖像的示意圖；圖4是4個視點圖像的RGB分量分配示意圖。具體實施方式基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法包括以下步驟1)測量柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角a值；2)根據(jù)合成立體圖像所需的視點個數(shù)N以及分辨率淋V，對N個視點圖像進行采樣，每個視點圖像的垂直分辨率采樣成V/v，而水平分辨率采樣成H/h，其中，N》2，v*h=N，v取最接近Vi^的整數(shù)值；v之所以取最接近V^的整數(shù)值，一方面是基于合成算法的通用性，另一方面是使v和h的取值接近，使得合成的立體圖像視覺效果最佳；如果N個視點圖像的原始水平分辨率大于H/h，就要進行水平下采樣，反之則進行水平上采樣；如果N個視點圖像的原始垂直分辨率大于V/3，就要進行垂直下采樣，反之則進行垂直上采樣，例如，我們需要合成具有4個視點的分辨率為1024*768的立體圖像，此時，V=1024，H=768，N=4，v=2，h=4/2=2，這樣所需的4個視點圖像的水平分辨率應采樣為1024/2=512，垂直分辨率應采樣為768/2=384;而我們現(xiàn)有的4個視點圖像的原始分辨率為640*480，這樣我們就需要對現(xiàn)有的4個視點圖像進行下采樣，其中水平采樣率為512/640，而垂直采樣率為384/480;3)根據(jù)實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角a值以及LCD顯示器的點距DOT,將經(jīng)過采樣的N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中,得到所需的立體圖像。所述的測量柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角a值步驟(a)取4幅全黑、2幅全白共6幅RGB圖像，其中4幅全黑圖像作為視點1、視點2、視點5和視點6，2幅全白圖像作為視點3和視點4，并估計得到柱鏡光柵的近似線數(shù)LPI值和近似傾斜角a值；(b)根據(jù)估計的近似線數(shù)LPI值和近似傾斜角a值將6幅RGB圖像合成6個視點的立體圖像；(c)通過基于柱鏡光柵的LCD自由立體顯示設備觀察立體圖像，如果能夠在顯示設備正前方觀察到全白的視覺效果，同時在正前方偏左和偏右兩個方向觀察到全黑的視覺效果，說明步驟(a)估計的近似線數(shù)LPI值和近似傾斜角a值就是該柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角a值；(d)如果觀察不到步驟(c)所述的全黑或者全白的視覺效果，則取近似值附近的線數(shù)LPI值和傾斜角ci值，重復進行步驟(b)和步驟(c)操作，直到觀察到全黑或者全白的視覺效果為止。如圖1所示，基于柱鏡光柵的LCD自由立體顯示設備包括LCD顯示屏(1)、透明有機玻璃(2)和柱鏡光柵(3)。通過在LCD顯示屏和柱鏡光柵中間加裝透明有機玻璃，使得兩者的距離為柱鏡光柵單元的焦距f。如圖2所示，LCD顯示屏上的每個RGB子像素的高度為其寬度的3倍，其在LCD顯示屏上按如下順序排列每一行都為RGBRGB……直至排滿整個LCD顯示屏，其中每三個相鄰的R、G、B子像素構(gòu)成一個LCD像素。每個柱鏡光柵單元在水平方向上覆蓋RGB子像素的個數(shù)為X，其透鏡軸相對于LCD顯示屏垂直軸的傾斜角為a，這樣設置的好處一是可以平衡合成立體圖像在水平和垂直方向的分辨率，保證其比例不失真；二是可以減輕因LCD像素排列而引起的摩爾紋效應。當由N個視點合成的立體圖像經(jīng)由LCD顯示屏傳輸?shù)街R光柵時，由于透鏡對光線的折射作用，使得立體圖像中的第n(n〈N)個視點進入觀看者的左眼，而第n+l個視點進入觀看者的右眼，從而使觀看者感知到立體效果。對于由N個視點合成的立體圖像，總共有N-l個最佳觀看區(qū)域，每個區(qū)域都能觀看到清晰而豐富的立體視覺效果。隨著視點個數(shù)N的變化，基于柱鏡光柵的LCD自由立體顯示設備都能準確地進行顯示，從而給予觀看者完美的立體視覺享受。如圖3所示的是4幅全黑和2幅全白RGB圖像合成立體圖像的示意圖。所述的將經(jīng)過采樣的N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中，得到所需的立體圖像步驟(e)根據(jù)公式X=(25.4/LPI/COSa)/D0T*3，計算得到柱鏡光柵的柵距在水平方向上所覆蓋的LCD顯示屏上的RGB子像素個數(shù)X，其中，LCD顯示屏上的RGB子像素對應于圖像的RGB分量；(f)根據(jù)公式n=mod(i-3*j*tana，X)/X*N，計算得到N個視點圖像的RGB分量與立體圖像的RGB分量相對應的映射表，其中，mod表示取模運算，i和j表示立體圖像的RGB分量的水平和垂直坐標值，坐標值以立體圖像的最左上角RGB分量的坐標值(l，l)為基準，向右則i遞增l，向下則j遞增l，n表示立體圖像中坐標值為(i，j)的RGB分量對應于視點n的相應RGB分量，當mod(i-3*j*tana，X)/X*N的值不為整數(shù)時，n取最接近的整數(shù)值，當mod(i-3*j*tana，X)/X*N=0時，n=N;(g)根據(jù)映射表，將N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中；對于立體圖像的每v行RGB分量，用N個視點圖像的每1行RGB分量來填充，也就是說，立體圖像的第1至v行RGB分量用N個視點圖像的第1行RGB分量來對應，立體圖像的第v+1至2*v行RGB分量用N個視點圖像的第2行RGB分量來對應，依此類推；對于立體圖像每一行中的RGB分量，其每3*h個RGB分量用N個視點圖像的每1個RGB分量來填充，直到立體圖像的所有RGB分量都被N個視點圖像的RGB分量所填充，也就是說，立體圖像的某行第1至3*h個RGB分量用N個視點圖像相應行的第1個RGB分量來填充，立體圖像的同一行第3*h+l至6*h個RGB分量用N個視點圖像相應行的第2個RGB分量來填充，依此類推，直到立體圖像的所有RGB分量都被N個視點圖像的RGB分量所填充。例如，當N二4，D0T=0.264mm,LPI=26，a=atan(l/6)，分辨率為1024*768時，我們可以得到如表1所示的4個視點圖像的RGB分量與立體圖像的RGB分量相對應的映射表。表l4個視點的映射表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>以如圖4所示的4個視點的圖像RGB分量分配為例，此時，v二2，h=2，對于立體圖像的每2行RGB分量，用4個視點圖像的每1行RGB分量來填充；對于立體圖像每一行中的RGB分量，其每6個RGB分量用N個視點圖像的每1個RGB分量來填充。例如，立體圖像的第1行第1個RGB分量(坐標值為(1,l))為R分量，其對應視點4的R分量，于是將視點4的第1行第1個R分量的值放入立體圖像的第1行第1個RGB分量中；又如，立體圖像的第1行第8個RGB分量(坐標值為(1，8))為G分量，其對應視點3的G分量，于是將視點3的第1行第2個G分量的值放入立體圖像的第1行第8個RGB分量中；再如，立體圖像的第4行第7個RGB分量(坐標值為(4，7))為R分量，其對應視點2的R分量，于是將視點2的第2行第2個R分量的值放入立體圖像的第4行第7個RGB分量中，依此類推，直到立體圖像的所有RGB分量都被各視點圖像的RGB分量所填充，這樣4個視點的立體圖像也就合成完畢。此時，通過基于柱鏡光柵的LCD自由立體顯示設備，觀看者就能在3個最佳觀看區(qū)域觀看到清晰而逼真的立體視覺效果。權(quán)利要求1.一種基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法，其特征在于包括以下步驟1)測量柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角α值；2)根據(jù)合成立體圖像所需的視點個數(shù)N以及分辨率H*V，對N個視點圖像進行采樣，每個視點圖像的垂直分辨率采樣成V/v，而水平分辨率采樣成H/h，其中，N≥2，v*h＝N，v取最接近id="icf0001"file="A2008100625130002C1.tif"wi="6"he="4"top="66"left="89"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>的整數(shù)值；3)根據(jù)實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角α值以及LCD顯示器的點距DOT，將經(jīng)過采樣的N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中，得到所需的立體圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法，其特征在于所述的測量柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角a值步驟(a)取4幅全黑、2幅全白共6幅RGB圖像，其中4幅全黑圖像作為視點1、視點2、視點5和視點6，2幅全白圖像作為視點3和視點4，并估計得到柱鏡光柵的近似線數(shù)LPI值和近似傾斜角a值；(b)根據(jù)估計的近似線數(shù)LPI值和近似傾斜角a值將6幅RGB圖像合成6個視點的立體圖像；(c)通過基于柱鏡光柵的LCD自由立體顯示設備觀察立體圖像，如果能夠在顯示設備正前方觀察到全白的視覺效果，同時在正前方偏左和偏右兩個方向觀察到全黑的視覺效果，說明步驟(a)估計的近似線數(shù)LPI值和近似傾斜角a值就是該柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角a值；(d)如果觀察不到步驟(c)所述的全黑或者全白的視覺效果，則取近似值附近的線數(shù)LPI值和傾斜角a值，重復進行步驟(b)和步驟(c)操作，直到觀察到全黑或者全白的視覺效果為止。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法，其特征在于所述的將經(jīng)過采樣的N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中，得到所需的立體圖像步驟(e)根據(jù)公式X=(25.4/LPI/COSa)/D0T*3，計算得到柱鏡光柵的柵距在水平方向上所覆蓋的LCD顯示屏上的RGB子像素個數(shù)X，其中，LCD顯示屏上的RGB子像素對應于圖像的RGB分量；(f)根據(jù)公式n二mod(i-3*j*tana，X)/X*N，計算得到N個視點圖像的RGB分量與立體圖像的RGB分量相對應的映射表，其中，mod表示取模運算，i和j表示立體圖像的RGB分量的水平和垂直坐標值，坐標值以立體圖像的最左上角RGB分量的坐標值(1,1)為基準，向右則i遞增l，向下則j遞增l，n表示立體圖像中坐標值為(i，j)的RGB分量對應于視點n的相應RGB分量，當mod(i-3*j*tana，X)/X*N的值不為整數(shù)時，n取最接近的整數(shù)值，當mod(i-3*j*tana，X)/X*N=0時，n=N;(g)根據(jù)映射表，將N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中，對于立體圖像的每v行RGB分量，用N個視點圖像的每1行RGB分量來填充，對于立體圖像每一行中的RGB分量，其每3*h個RGB分量用N個視點圖像的每1個RGB分量來填充，直到立體圖像的所有RGB分量都被N個視點圖像的RGB分量所填充。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于柱鏡光柵LCD自由立體顯示設備的通用立體圖像合成方法。包括以下步驟1)測量柱鏡光柵的實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角α值；2)根據(jù)合成立體圖像所需的視點個數(shù)N以及分辨率H*V，對N個視點圖像進行采樣，每個視點圖像的垂直分辨率采樣成V/v，而水平分辨率采樣成H/h，其中，N≥2，v*h＝N，v取最接近N的整數(shù)值；3)根據(jù)實際線數(shù)LPI值和實際傾斜角α值以及LCD顯示器的點距DOT，將經(jīng)過采樣的N個視點圖像的RGB分量填充到立體圖像的RGB分量中，得到所需的立體圖像。本發(fā)明適用于具有任意線數(shù)LPI值和任意傾斜角α值的柱鏡光柵，且能快速而高效地合成具有任意視點個數(shù)和任意分辨率的立體圖像。文檔編號G02B27/22GK101304540SQ20081006251公開日2008年11月12日申請日期2008年6月19日優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日發(fā)明者何賽軍,力姚,明張,朱夢堯,李東曉,冰石,薛玖飛,凱駱申請人:浙江大學