專利名稱：多光柵分時顯示生成立體圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動立體成像顯示技術(shù)領(lǐng)域(Autostereoscopic Displas)，具體是指多光柵分時顯示生成立體圖像的方法。
背景技術(shù)：
一百多年前，照相技術(shù)出現(xiàn)后，人們就創(chuàng)造出利用兩個照相機(jī)模仿人的左右眼對同一景物同時拍照，得到兩幅具有左右眼視覺差異的相片，分別稱為左眼圖和右眼圖。然后通過一個觀景器將人的左右眼分隔開，讓左眼只能看到左眼圖，讓右眼只能看到右眼圖，通過大腦的綜合后就會令觀看者眼前出現(xiàn)一幅立體圖像。這一方法成為現(xiàn)代產(chǎn)生立體圖像的最基本原理。
最近十幾年，新出現(xiàn)了一種稱為裸眼可視立體圖像顯示法。就是不用配戴特殊的工具就可以觀看到立體圖像的顯示方法。裸眼可視立體圖像顯示方法中的基本原理是利用一張?zhí)厥獾膱D片，在這張?zhí)厥獾膱D片上所有奇數(shù)線列用來表示一幅右眼圖，所有偶數(shù)線列用來表示一幅左眼圖，在某個設(shè)定的位置上透過一幅光柵(parallax barrier)將觀看者的左右眼睛分隔，令右眼正好能看到圖上的所有奇數(shù)行列，令左眼正好能看到圖上的所有偶數(shù)行列，也即是右眼正好看到右眼圖、左眼正好看到左眼圖，這樣我們就能夠直觀地看到一個立體圖像。
在Okoshi，T.1976.Three-dimensional imaging techniques.New YorkAcademicPress一書中，詳細(xì)論述了目前為止所有的立體成像的方法和原理。除了激光全息法外，上述各種立體成像方法都是基于對景物進(jìn)行攝影或進(jìn)行透視投影得到一對或多對左右眼視差圖的基礎(chǔ)上，制作出各種類帶眼鏡和不用帶眼鏡就能看到的立體圖像。
目前，使用單一光柵和一對左右眼視差圖像產(chǎn)生立體圖像的方法，存在著一些共同的缺點(diǎn)原則上只能供一人定點(diǎn)觀看；會使眼睛產(chǎn)生生理性疲勞而受到傷害；立體圖像的顯示精度只能達(dá)到顯示屏的精度的1/2。如果使用單一光柵利用多幅具有移動視差的圖像或相片來產(chǎn)生立體圖像，則立體圖像的顯示精度會與使用的圖幅數(shù)目成比例地下降，例如使用5幅相片來產(chǎn)生立體圖像時，立體圖像的精度就會下降到顯示屏的精度的1/5。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種多光柵分時顯示生成立體圖像的方法，其可以實現(xiàn)裸眼可視，顯示精度高，觀看者可在設(shè)定角度內(nèi)自由移動，可看到具有移動視差的立體圖像，且不會引起眼睛生理性疲勞。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)本多光柵分時顯示生成立體圖像的方法，其步驟包括(1)向PC機(jī)輸入N幅具有不同角度視差的相片P1～PN，其中N≥3；(2)向PC機(jī)輸入N組包括光柵線密度、光柵線相位的光柵數(shù)據(jù)A1～AN，其中各組光柵數(shù)據(jù)A1～AN的光柵線密度相同，光柵線距離為N個點(diǎn)素，PC機(jī)對N組光柵數(shù)據(jù)A1～AN進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到N個光柵圖B1～BN，且序號相鄰的光柵圖相位差為1個點(diǎn)素，PC機(jī)還將所述N幅相片分別對應(yīng)每一個光柵圖B1～BN進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到N個連續(xù)視差圖W1～WN，即將P1～PN對應(yīng)B1進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到連續(xù)視差圖W1；將P1～PN對應(yīng)B2進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到連續(xù)視差圖W2；將P1～PN對應(yīng)B3進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到連續(xù)視差圖W3；……將P1～PN對應(yīng)BN進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到連續(xù)視差圖WN；所述光柵圖B1～BN和連續(xù)視差圖W1～WN，按序號1～N一一對應(yīng)地組成立體圖像的記錄單元R1～RN，即R1(B1，W1)、R2(B2，W2)、R3(B3，B3)、……RN(BN，WN)；(3)將兩片LCD屏前后平行放置，前面LCD面板作為光柵屏顯示光柵圖B1～BN，后面LCD屏作為圖像屏顯示連續(xù)視差圖W1～WN，PC機(jī)通過其內(nèi)置的雙屏卡分別與光柵屏及圖像屏連接，圖像屏后方設(shè)有光源；(4)PC機(jī)把記錄單元R1相應(yīng)的光柵圖B1和連續(xù)視差圖W1在顯示器的光柵屏和圖像屏上同步地顯示，圖像屏后方的光源發(fā)出的光線透過圖像屏上的連續(xù)視差圖W1和光柵屏上的光柵線圖B1映射出來時，觀看者在顯示器前面可以看到一幅三維立體的圖像，由于光柵線的分隔，立體圖像的顯示精度只能達(dá)到光柵屏1/N顯示精度；PC機(jī)按序號1～N把記錄單元R1～RN相應(yīng)的光柵圖B1～BN和連續(xù)視差圖W1～WN在顯示器的光柵屏和圖像屏上同步地循環(huán)分時顯示，所述同步是指光柵屏和圖像屏按相同的幀頻率顯示畫面，即在光柵屏上每一幀幅畫面顯示一幅光柵圖Bi，在圖像屏每一幀幅畫面顯示一幅連續(xù)視差圖Wi，Bi和Wi是屬于同一個記錄Ri；所述循環(huán)是指從R1至RN順序顯示，周而復(fù)始進(jìn)行；所述分時是指B1～BN和W1～WN是按序號出現(xiàn)在不同幀幅的畫面上；當(dāng)顯示器的幀頻率Z≥75Hz，利用人眼睛的殘留視覺效應(yīng)，分時顯示的立體圖像互相補(bǔ)充，觀看者在顯示器前面就可以看到達(dá)到光柵屏100％顯示精度的三維立體的圖像，當(dāng)所述景物為運(yùn)動狀態(tài)時，觀看者在顯示器前面可以看到高精度的三維立體的動態(tài)圖像。
人眼睛的殘留視覺效應(yīng)是指人的眼睛在觀看一幅畫面后，其印象在大腦中會保留約1/10秒后才會消失的效應(yīng)。如果兩幅畫面交替出現(xiàn)的時間間隔，即分時間隔dt小于1/10秒，人眼看到好像只是一幅畫面。如果兩幅畫面交替出現(xiàn)的時間間隔dt大于1/10秒，人眼看到的是兩幅畫面。電影就是利用一秒內(nèi)顯示24幅畫面(dt＝/24秒)來讓人眼看到連續(xù)的畫面，電影的畫面分時間隔dt＝1/24秒。
本多光柵分時顯示立體圖像的方法中，顯示器幀頻率計算如下顯示器的幀頻率Z，每幀幅顯示時間dt＝1/Z秒；每一張立體圖像需要N幀幅記錄R組成；按視覺殘留效應(yīng)的要求每一張立體圖像顯示時間要小于1/24秒，因此dt*N＜1/24(秒)，即1/Z*N＜1/24(秒)，從而可得顯示器幀頻率Z＞24*N。當(dāng)N＝3時，可以取顯示器幀頻率Z≥75Hz。
步驟(1)所述N幅具有不同角度視差的相片，通過在同一水平面上距同一景物的N個等距離位置上，使用一臺設(shè)有N個鏡頭的相機(jī)或攝錄機(jī)拍攝獲得。
步驟(1)所述N幅具有不同角度視差的相片，通過在同一水平面上距同一景物的N個等距離位置上，使用N臺單鏡頭的相機(jī)或攝錄機(jī)同時拍攝獲得。
步驟(1)所述N幅具有不同角度視差的相片，通過圖形處理軟件包括3DSMAX、MAYA獲得。
步驟(2)所述光柵線為垂直光柵線。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)通過使用多角度拍攝得到的相片或動畫相片，產(chǎn)生不用配戴特殊眼鏡就可以觀看的，顯示精度達(dá)到光柵屏100％顯示精度的立體圖像和動畫；(2)觀看者可以看到具有移動視差的立體圖像。而且不會引起眼睛生理性疲勞；(3)可以廣泛應(yīng)用于電視、動畫、廣告、游樂場、科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)、教育和工程技術(shù)等領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明多光柵分時顯示生成三維立體圖像的方法的原理圖；圖2是本發(fā)明所述N幅具有不同角度視差的相片的拍攝示意圖；圖3是本發(fā)明所述N幅相片轉(zhuǎn)換成一幅連續(xù)視差圖片WN的原理圖；圖4是本發(fā)明所述N幅相片轉(zhuǎn)換成一組連續(xù)視差圖片W1～WN的原理圖；圖5是本發(fā)明所述PC機(jī)、光柵屏、圖像屏的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例一如圖1所示，本多光柵分時顯示生成三維立體圖像的方法，其步驟包括(1)如圖2所示，在同一水平面上距同一景物8的5個等距離位置上，用5臺單鏡頭的相機(jī)或攝錄機(jī)(7-1～7-5)同時拍攝得到5幅具有不同角度視差的相片，向PC機(jī)1輸入所述5幅具有不同角度視差的相片；(2)向PC機(jī)1輸入5組包括光柵線密度、光柵線相位的光柵數(shù)據(jù)A1～A5，其中各組光柵數(shù)據(jù)A1～A5的光柵線密度相同，但它們的光柵線相位不同。以精度為1024×768的LCD用做光柵屏為例，所有的光柵數(shù)據(jù)顯示的光柵線都是垂直線(與LCD的Y方向平行)，光柵線之間的距離為5點(diǎn)素光柵數(shù)據(jù)A1在LCD上顯示的光柵線相位座標(biāo)X是(0、5、10、15…1020)；光柵數(shù)據(jù)A2在LCD上顯示的光柵線相位座標(biāo)X是(1、6、11、16…1021)；光柵數(shù)據(jù)A3在LCD上顯示的光柵線相位座標(biāo)X是(2、7、12、17…1022)；光柵數(shù)據(jù)A4在LCD上顯示的光柵線相位座標(biāo)X是(3、8、13、18…1023)；光柵數(shù)據(jù)A5在LCD上顯示的光柵線相位座標(biāo)X是(4、9、14、19…1024)。
PC機(jī)對N組光柵數(shù)據(jù)A1～A5進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到5個光柵圖B1～B5，且序號相鄰的光柵圖相位差為1個點(diǎn)素，如圖3，根據(jù)光柵圖B1分別對所述5幅相片進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到連續(xù)視差圖W1，如此類推，如圖4所示，可得到W2、W3、W4、W5，所述光柵圖B1～B5和連續(xù)視差圖W1～W5相應(yīng)組成立體圖像的記錄單元R1～R5；
(3)如圖5所示，將兩片1024×768的LCD屏前后平行放置，前面LCD面板作為光柵屏5顯示光柵圖B1～BN，后面LCD屏作為圖像屏4顯示連續(xù)視差圖W1～WN，PC機(jī)1通過其內(nèi)置的雙屏卡2分別與光柵屏5及圖像屏4連接，圖像屏4后方設(shè)有光源3；(4)PC機(jī)1把記錄單元R1相應(yīng)的光柵圖B1和連續(xù)視差圖W1在顯示器6的光柵屏5和圖像屏4上同步地顯示，圖像屏4后方的光源3發(fā)出的光線透過圖像屏4上的連續(xù)視差圖W1和光柵屏5上的光柵線圖B1映射出來時，觀看者在顯示器6前面可以看到一幅光柵屏1/N顯示精度的三維立體圖像；PC機(jī)1按序號1～N把記錄單元R1～RN相應(yīng)的光柵圖B1～BN和連續(xù)視差圖W1～WN在顯示器6的光柵屏5和圖像屏4上同步地循環(huán)分時顯示，所述同步是指光柵屏5和圖像屏4按相同的幀頻率顯示畫面，即在光柵屏5上每一幀幅畫面顯示一幅光柵圖Bi，在圖像屏4每一幀幅畫面顯示一幅連續(xù)視差圖Wi，Bi和Wi是屬于同一個記錄Ri；所述循環(huán)是指從R1至RN順序顯示，周而復(fù)始進(jìn)行；所述分時是指B1～BN和W1～WN是按序號出現(xiàn)在不同幀幅的畫面上；由于N＝5，則顯示器的幀頻率Z≥120Hz時，利用人眼睛的殘留視覺效應(yīng)，分時顯示的立體圖像互相補(bǔ)充，觀看者在顯示器前面就可以看到達(dá)到光柵屏100％顯示精度的三維立體的圖像，當(dāng)所述景物為運(yùn)動狀態(tài)時，觀看者在顯示器前面可以看到高精度的三維立體的動態(tài)圖像。
以上可見，僅依據(jù)光柵數(shù)據(jù)R1，在顯示器6前面只能觀看到一個為204條光柵線顯示的立體圖像，其顯示精度只達(dá)到LCD(1024×768)的顯示精度的1/5，在顯示器6前面只能觀看到一個為205條光柵線顯示的立體圖像。而在經(jīng)過本多光柵分時顯示生成立體圖像的方法處理后，在顯示器6前面就能觀看到一個為1024條光柵線顯示的立體圖像，其顯示精度達(dá)到LCD(1024×768)的顯示精度的100％。
實施例二如圖1所示，本多光柵分時顯示生成三維立體圖像的方法，其N幅具有不同角度視差的相片，通過在同一水平面上距同一景物的N個等距離位置上，使用一臺設(shè)有N個鏡頭的相機(jī)或攝錄機(jī)拍攝獲得；其他步驟同實施例一。
實施例三如圖1所示，本多光柵分時顯示生成三維立體圖像的方法，其N幅具有不同角度視差的相片，通過圖形處理軟件包括3DS MAX、MAYA獲得；其他步驟同實施例一。
如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.多光柵分時顯示生成立體圖像的方法，其特征在于包括以下步驟(1)向PC機(jī)輸入N幅具有不同角度視差的相片P1～PN，其中N≥3；(2)向PC機(jī)輸入N組包括光柵線密度、光柵線相位的光柵數(shù)據(jù)A1～AN，其中各組光柵數(shù)據(jù)A1～AN的光柵線密度相同，光柵線距離為N個點(diǎn)素，PC機(jī)對N組光柵數(shù)據(jù)A1～AN進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到N個光柵圖B1～BN，且序號相鄰的光柵圖相位差為1個點(diǎn)素，PC機(jī)還將所述N幅相片分別對應(yīng)每一個光柵圖B1～BN進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到N個連續(xù)視差圖W1～WN，所述光柵圖B1～BN和連續(xù)視差圖W1～WN，按序號1～N一一對應(yīng)地組成立體圖像的記錄單元R1～RN；(3)將兩片LCD屏前后平行放置，前面LCD面板作為光柵屏顯示光柵圖B1～BN，后面LCD屏作為圖像屏顯示連續(xù)視差圖W1～WN，PC機(jī)通過其內(nèi)置的雙屏卡分別與光柵屏及圖像屏連接，圖像屏后方設(shè)有光源；(4)PC機(jī)按序號1～N把記錄單元R1～RN相應(yīng)的光柵圖B1～BN和連續(xù)視差圖W1～WN在顯示器的光柵屏和圖像屏上同步地循環(huán)分時顯示，所述同步是指光柵屏和圖像屏按相同的幀頻率顯示畫面，即在光柵屏上每一幀幅畫面顯示一幅光柵圖Bi，在圖像屏每一幀幅畫面顯示一幅連續(xù)視差圖Wi，Bi和Wi是屬于同一個記錄Ri；所述循環(huán)是指從R1至RN順序顯示，周而復(fù)始進(jìn)行；所述分時是指B1～BN和W1～WN是按序號出現(xiàn)在不同幀幅的畫面上；當(dāng)顯示器的幀頻率Z≥75Hz，觀看者在顯示器前面就可以看到達(dá)到光柵屏100％顯示精度的三維立體的圖像，當(dāng)所述景物為運(yùn)動狀態(tài)時，觀看者在顯示器前面可以看到高精度的三維立體的動態(tài)圖像。
2.按權(quán)利要求1所述相片產(chǎn)生三維立體圖像的方法，其特征在于步驟(1)所述N幅具有不同角度視差的相片，通過在同一水平面上距同一景物的N個等距離位置上，使用一臺設(shè)有N個鏡頭的相機(jī)或攝錄機(jī)拍攝獲得。
3.按權(quán)利要求1所述相片產(chǎn)生三維立體圖像的方法，其特征在于步驟(1)所述N幅具有不同角度視差的相片，通過在同一水平面上距同一景物的N個等距離位置上，使用N臺單鏡頭的相機(jī)或攝錄機(jī)同時拍攝獲得。
4.按權(quán)利要求1所述相片產(chǎn)生三維立體圖像的方法，其特征在于步驟(1)所述N幅具有不同角度視差的相片，通過圖形處理軟件包括3DS MAX、MAYA獲得。
5.按權(quán)利要求1所述相片產(chǎn)生三維立體圖像的方法，其特征在于所述光柵線為垂直光柵線。
全文摘要
本發(fā)明提供多光柵分時顯示生成立體圖像的方法，步驟為向PC機(jī)輸入N組光柵數(shù)據(jù)及N幅具有不同角度視差的相片，其中N≥3；PC機(jī)依次對N組光柵數(shù)據(jù)及N幅相片進(jìn)行圖形處理，相應(yīng)得到N個光柵圖及N個連續(xù)視差圖；把相對應(yīng)的光柵圖、連續(xù)視差圖在顯示器的光柵屏、圖像屏上同步地循環(huán)分時顯示，觀看者在顯示器前面可以看到高精度的靜態(tài)或動態(tài)三維立體的圖像。本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，可以實現(xiàn)裸眼可視，顯示精度高，觀看者可在設(shè)定角度內(nèi)自由移動，可看到具有移動視差的立體圖像，且不會引起眼睛生理性疲勞。
文檔編號G06T17/00GK1896865SQ20061003611
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者張凱明, 張昭虹, 孫偉 申請人:張凱明