CN102621702A

CN102621702A - 液晶屏像素非常规排列时裸眼3d图像生成方法和***

Info

Publication number: CN102621702A
Application number: CN2012100487193A
Authority: CN
Inventors: 刘维慧; 邓立苗; 李鹏; 费继扬; 周强; 王学水; 张鲁殷
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: CN102621702B

Abstract

本发明公开了一种液晶屏像素非常规排列时裸眼3D图像生成方法和***，可从多幅分辨率为M×N，且有视差的图片中按照从第k幅2D子图所提取像素的物理地址应该为(i-1)×3N+(i+8-k)％n+n×j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数，％表示取余运算)的方法提取相应的像素，从而合成一幅立体图片。所述方法包括：从每幅2D子图中按照相应的公式有选择的提取所需子像素的物理地址与灰度值，使同一副2D子图像素的子像素变成按照一定角度的倾斜排列，在保持以上所取两个变量不变的情况下，合成3D子图。借助显示***中柱镜光栅与所取像素倾角相同的原则进行分光显示，便可在空间产生多个视点的裸眼图像显示区。此种方法解决了液晶屏像素的子像素排列顺序为BGR排列时所遇到的图像显示混乱问题，方法操作简单易行。

Description

液晶屏像素非常规排列时裸眼3D图像生成方法和***

技术领域

本发明专利涉及一种多视点立体图像的生成方法及***，所述显示***可用于立体电视、立体平面广告等。属于电视技术及其图像显示处理领域。

背景技术

随着立体显示技术的发展，三维显示在日常生活中越来越普及化。目前的立体显示技术主要有眼镜式、裸眼式、体显示等，其中眼镜式立体显示技术已经产业化，但由于存在诸多弊端，比如观看3D节目时3D眼镜会给面部器官带来比较明显的不舒适感，特别是对于近视患者更是严重，所以裸眼式立体显示技术立即得到了极大的关注。由于裸眼式立体显示技术摆脱了眼镜的束缚，观看舒适度高，容易被用户接受，国内外著名的科研机构和企业都在进行相关的技术研究和产品开发。

主流的裸眼立体显示技术的基本原理是在液晶屏上显示出具有视差的立体图像，然后利用狭缝光栅或者柱状透镜作为视差分割器件，观看者的左右眼会接收到具有视差的立体图像，并在人脑合成，产生立体感觉。在这种显示技术中，光栅设计完成后，通过软件生成与之匹配的裸眼3D图像，在液晶屏上显示，产生立体效果。

液晶屏的像素排列方式和顺序是光栅设计和信号生成的基础。目前已知的技术方案多是基于常规的RGB像素排列顺序进行的，且生成的立体图中从相同原始2D子图中提取出的像素以竖直方向排列。这种排列方式虽然简单易行但是容易使水平方向与竖直方向的分辨率变化失衡，当前面加上光栅后产生严重的摩尔条纹，从而影响图像质量。同时考虑到某些液晶屏的子像素排列方式并非RGB顺序，可能是BGR或者GBR排列，即实际生产工艺中，由于其它元部件位置的变动，必须符合整机结构设计标准等因素，RGB顺序的液晶屏往往倒置使用，这时像素顺序变成了BGR。在这种情况下，如果仍然按照上述方式进行立体图的合成，则立体图片的颜色会异常，或者立体图像显示错乱，无法获得正确的立体感觉。

基于此，本案提出一种用于像素特殊排列的液晶屏的裸眼3D实现方法及***。

发明内容

本发明公开了一种由2D图片生成3D图片的像素提取及合成方法，适用于像素非常规排列条件下的多视点裸眼立体液晶显示器。同时介绍了在该方法下多视点立体显示***的基本结构。

为解决某些液晶屏像素的非常规排列引起的颜色异常问题，本发明提供了一种生成立体图片的方法。

假设每幅2D子图的分辨率为M×N，本发明在此都以红、绿、蓝子像素为基本单元进行取点操作，并将按一定视角顺序生成的每幅2D子图编号。

首先，从编号为1的第一幅2D子图提取物理地址为(i-1)×3N+(i+1)％n+n×j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数，％表示取余运算)子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第一幅3D子图中；从编号为2的第二幅2D子图提取物理地址为(i-1)×3N+i％n+n×j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第二幅3D子图中；从编号为3的第三幅2D子图提取物理地址为(i-1)×3N+(i-1)％n+n×j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第三幅3D子图中；从编号为4的第四幅2D子图提取物理地址为(i-1)×3N+(i+4)％n+n×j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第四幅3D子图中；从编号为5的第五幅2D子图提取物理地址为(i-1)×3N+(i+3)％n+n×j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第五幅3D子图中；从编号为6的第六幅2D子图提取物理地址为(i-1)×3N+(i+2)％n+n×j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第六幅3D子图中；以此类推，第k幅2D子图所提取像素的物理地址应该为(i-1)×3N+(i+8k)％n+n×j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数，％表示取余运算)。同时注意，所生成的3D子图中未从2D子图中读取到的物理地址的灰度值为零。

进一步地，按照顺序，读取每幅3D子图中灰度值不为零的像素，将其放到物理地址相同的待生成的立体图片中，即将n幅3D子图合并，生成一幅n视点的立体图片。

进一步地，液晶屏像素驱动单元读取立体图片相应像素灰度值进行显示。后经屏幕前的柱镜光栅进行分光，便可在空间产生具有n个视点的立体图像观看区。

为此，本发明所提供的适用于液晶屏像素非常规排列的立体图片显示***包括：

2D图像储存模块，储存由多镜头拍摄或者通过3D软件模拟多个镜头得到的多幅2D子图；对于光栅式(柱透镜光栅或者狭缝光栅)显示来说，多视点裸眼立体显示首先需要准备多幅内容不同的2D子图。这些2D子图是模拟人在不同位置观看到的同一场景，是采用多镜头拍摄或者通过3D软件模拟多个镜头生成得到的。多幅2D子图之间场景相同但显示视角上稍有差异。通过合理架设镜头到拍摄场景的距离、镜头高度，以及镜头之间的角度，得到多幅2D子图，相邻两幅2D子图之间视差符合人眼生理特征，视差过大或者过小，都不会给观看者产生舒服的立体感觉。镜头架设结构如图2所示。

2D子图像素提取模块，从各幅2D子图中提取所需信息生成对应的3D子图。并非每幅2D子图的所有像素值对其都有贡献。因此，需要对每幅2D子图按照相应的算法提取所需像素的灰度值，舍弃对本算法无用的信息值。此外，还必须要求所有2D子图与最终生成的3D图像具有相同的分辨率。假设2D子图的分辨率为M*N，那么合成的3D图的分辨率也为M*N，如果观看视点数为n，则每幅2D子图中所要提取的像素数为M*N/n。

如果要产生n视点立体图像，则整幅立体图像的内容来自于n幅2D子图，每幅2D子图中的像素顺序按照行排列。提取法则是，第k幅2D子图所提取像素的物理地址应该为(i-1)*3N+(i+8-k)％n+n*j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数，％表示取余运算)。同时注意，所生成的3D子图中未从2D子图中读取到的物理地址的灰度值为零。并保持所提取的像素在各幅立体子图中的位置与其在原来2D子图中的位置相对应。

3D子图合成模块，在得到各幅立体子图后，按照相应的物理地址将各幅立体子图中的有用信息填充到同样分辨率大小的一幅图中，便得到合成的立体图。合成的立体图信息如图8所示。注意，在合成立体图时，将这些立体子图的内容按照原2D子图中的物理地址的顺序依次填入待生成的立体图中，这样就形成了一幅包含有n幅2D子图信息的立体图片。

显示屏，将立体图片在像素排列为BGR的液晶屏上的显示。我们知道，显示常用的液晶屏像素为竖条形排列，每个像素内包含RGB三个子像素，RGB三个子像素从左到右依次排列，且三个子像素构成一个正方形的像素。设每个子像素大小为p*3p，则一个完整像素的大小为3p*3p，液晶像素结构如图2所示。对于BGR排列的非常规的液晶屏，其像素排列如图9所示。由于仍然按照水平方向RGB三个像素为一个单元寻址并显示，且每个子像素是按照对应的位置予以赋值，即图像中的R值会赋给液晶屏上R地址的位置，所以，图8所示的合成立体图在BGR排列的液晶屏上显示时，会得到如图9所示的图像。

在图9所示的图像中，经过上述处理后，最初的6幅2D图中的有用像素在液晶屏上按照从左到右的顺序依次显示，与初始拍摄或者通过软件工具架设的镜头顺序完全一致，在辅以柱镜光栅或者狭缝光栅的导光作用，观看者的左右眼可以获得符合人眼生理要求的具有一定视差的图像，进而产生立体感觉。

附图说明

图1为子像素以BGR方式排列的非常规液晶屏图

图2为三个红绿蓝子像素构成个像素图

图3为拍摄多幅具有特定视差2D子图的镜头架设结构图

图4为本发明***结构示意图

图5为本发明***的整体流程图

图6为本发明中第k幅2D子图各像素点提取过程流程图

图7为实施例中6视点2D子图像素的提取图

图8为实施例中6视点立体图像合成图

图9为实施例中6视点液晶屏对立体图像的读取及显示图

图面说明

401 2D子图储存模块；402 2D子图像素提取模块；403 3D子图生成模块；404 3D子图合成模块；405立体图像储存模块；406液晶屏；407柱镜光栅；

图7(1)第一幅2D子图；图7(2)第一幅3D子图；图中数字“1”表示从第一幅图中提取的像素点；图7(3)第二幅2D子图；图7(4)第二幅3D子图；图中数字“2”表示从第二幅图中提取的像素点；图7(5)第三幅2D子图；图7(6)第三幅3D子图；图中数字“3”表示从第三幅图中提取的像素点；图7(7)第四幅2D子图；图7(8)第四幅3D子图；图中数字“4”表示从第四幅图中提取的像素点；图7(9)第五幅2D子图；图7(10)第五幅3D子图；图中数字“5”表示从第五幅图中提取的像素点；图7(11)第六幅2D子图；图7(12)第六幅3D子图；图中数字“6”表示从第六幅图中提取的像素点；“R”表示红色子像素；“G”表示绿色子像素；“B”表示蓝色子像素

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明，但并不是限制本发明。

将由多镜头拍摄或者通过3D软件模拟多个镜头得到的多幅2D子图储存在2D图像储存模块中。2D子图像素提取模块依据从第k幅2D子图所提取像素的物理地址为(i-1)*3N+(i+8-k)％n+n*j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数，％表示取余运算)的法则(其中k取值为1到n)，从各幅2D子图中提取所需像素生成对应的3D子图，未取到的物理地址对应在3D子图中的灰度值为零。从第一幅2D子图提取物理地址为(i-1)×3N+(i+1)％n+n×j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数，％表示取余运算)子像素的灰度值；从第二幅2D子图提取物理地址为(i-1)*3N+i％n+n*j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值；从第三幅2D子图提取物理地址为(i-1)*3N+(i-1)％n+n*j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值；从第四幅2D子图提取物理地址为(i-1)*3N+(i+4)％n+n*j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值；从第五幅2D子图提取物理地址为(i-1)*3N+(i+3)％n+n*j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值；从第六幅2D子图提取物理地址为(i-1)*3N+(i+2)％n+n*j+1(i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数)个子像素的灰度值。3D子图合成模块依次读取各个3D子图中灰度值不为零的物理地址及其灰度值的大小，在保持物理地址不变的情况下，将灰度值填充在待生成的立体图片中，并将此立体图片保存在立体图像储存模块中。液晶屏像素驱动单元读取立体图片相应像素灰度值进行显示。后经屏幕前的柱镜光栅进行分光，便可在空间产生具有n个视点的立体图像观看区。其中光栅距显示屏幕的距离等于光栅的焦距，每个柱镜的直径等于一个子像素的宽度与视点数的乘积；每个柱镜的轴平行于从同一2D子图中所提取像素的子像素的排列方向，即按照与同一像素中三个子像素相同的倾角放置，可以是(arctg3)⁰或者(arctg4.5)⁰等。

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互合成。

实施例

本实施例以6视点的裸眼立体图像合成及显示为例进行说明，2D子图像素提取法则如图7所示，合成的整幅立体图像的内容来自于六幅2D子图，其中，从第一幅2D子图中周期性的提取第3、9、15、21、27……个子像素的灰度值生成第一幅立体子图，从第二幅2D子图中周期性的提取第2、8、14、20、26……个子像素的灰度值生成第二幅立体子图，从第三幅2D子图中周期性的提取第1、7、13、19、25……个子像素的灰度值生成第二幅立体子图，从第四幅2D子图中周期性的提取第6、12、18、24、30……个子像素的灰度值生成第四幅立体子图，从第五幅2D子图中周期性的提取第5、11、17、23、29……个子像素的灰度值生成第五幅立体子图，从第六幅2D子图中周期性的提取第4、10、16、22、28……个子像素的灰度值生成第六幅立体子图。

3D子图合成模块将图7所示的6幅3D子图合成后，储存在立体图像储存模块中，由液晶屏像素驱动单元读取立体图片相应像素灰度值进行显示。在显示屏前方适当位置平行放置柱镜光栅膜进行分光，便可在空间产生具有6个视点的立体图像观看区。其中光栅距显示屏幕的距离等于光栅的焦距，在本实施例中每个柱镜的直径等于6个子像素的宽度，柱镜光栅与竖直方向的倾斜角度为(arctg3)⁰。

本发明巧妙改变像素提取法则可以生成2、4、6、8、9等多种实施例的多视场立体图片。熟悉本领域的技术人员可根据本发明适当改变此法则，但凡在倾斜法提取像素的基础上所作的相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种液晶屏像素非常规排列时裸眼3D图像生成方法和显示***，其特征在于：显示***由2D子图储存模块(401)、2D子图像素提取模块(402)、3D子图生成模块(403)、3D子图合成模块(404)、立体图像储存模块(405)、液晶屏(406)、柱镜光栅(407)组成；2D子图像素提取模块(402)从2D子图储存模块(401)中读取2D子图后，利用规定的像素提取方法从中提取所需像素的物理地址及灰度值，生成相应的3D子图并保存，由3D子图合成模块(404)读取并生成立体图片，保存在立体图像存储模块(405)中，液晶屏(406)对立体图片显示后由柱镜光栅(407)进行分光。

2.根据权利要求1所述的液晶屏像素非常规排列时裸眼3D图像生成方法，其特征在于：2D子图像素提取模块(402)所遵循的方法是，从分辨率为M×N的第k幅2D子图所提取像素的物理地址应该为(i-1)×3N+(i+8-k)％n+n×j+1，其中i＝1、2…M的整数，j＝0、1、2…N/2-1的整数，n为视点数，％表示取余运算。

3.根据权利要求1与2所述的液晶屏像素非常规排列的裸眼3D图像生成方法，其特征在于：该公式从同一幅2D子图中所提取像素，是相邻每行上下错开一列，与竖直方向以向右或者向左倾斜(arctg3)⁰；则显示***中柱镜光栅(407)必须以相同的倾角放置。

4.根据权利要求2所述的液晶屏像素非常规排列时裸眼3D图像生成方法，其特征在于：该公式从同一幅2D子图中所提取像素，可以是每各一行上下错开一列，与竖直方向以向右或者向左倾斜(arctg4.5)⁰；所以显示***中柱镜光栅(407)倾斜角度取决于同一像素中子像素的错开程度。

5.根据权利要求3与4所述的液晶屏像素非常规排列时裸眼3D图像生成方法，其特征在于：所生成的立体图片中同一像素的三个子像素以相应的倾角倾斜排列。

6.根据权利要求2所述的液晶屏像素非常规排列时裸眼3D图像生成方法，其特征在于：从多幅2D子图中读取的信息包括所取像素的灰度值，所取像素的物理地址以及像素间的位置关系。

7.根据权利要求1所述的一种非常规像素排列的裸眼3D图像生成方法，其特征在于：生成的每幅3D子图都与2D子图一一对应，相应的3D和2D子图中相同物理地址处储存从2D子图中提取的像素灰度值；不同的物理地址处不储存任何内容，灰度值设为零。

8.根据权利要求1所述的一种非常规像素排列的裸眼3D图像生成方法和显示***，其特征在于：光栅距显示屏幕的距离等于光栅的焦距，柱镜光栅中每个柱镜的直径等于子像素的宽度与视点数的乘积。

9.根据权利要求1所述的一种非常规像素排列的裸眼3D图像生成方法，其特征在于：此方法适用于像素以B、G、R非常规方式排列的液晶显示屏幕。