CN111258084A - 一种led全视差集成成像显示方法 - Google Patents

Abstract

一种LED全视差集成成像显示方法属于三维图像显示领域，本发明的方法所涉及的***包括：LED显示屏、透镜阵列、遮挡板和扩散屏，LED显示屏显示生成的立体元图像阵列，透镜阵列和遮挡板用于将所生成的立体元图像投射到扩散屏上，扩散屏用于提供连续的具有全视差的立体显示效果，其中透镜阵列紧密排列，遮挡板的孔洞呈奇偶排布，遮挡板与透镜阵列相配合，能解决相邻透镜之间光的串扰和混叠的问题，扩散屏对遮挡的光场信息进行一定程度的恢复，以达到比较清晰的视觉效果，仿真和实验结果表明，本发明提出的显示方法，优于传统的集成成像显示方法，实验验证本发明提出的方法具有可行性和有效性。

Description

一种LED全视差集成成像显示方法

技术领域

本发明属于三维图像显示技术领域，具体涉及一种LED全视差集成成像显示方法。

背景技术

集成成像技术是利用透镜阵列对物体空间场景进行记录，并再现出空间场景的3D图像技术，是目前最有前景的3D显示技术之一。集成成像技术再现的3D图像包含全真色彩及连续的视差信息，观看者可获得观看真实场景的感觉。传统的集成成像***包含两个基本部分：三维图像的采集部分和三维图像的显示部分。在三维图像的采集过程中，利用一个记录透镜阵列对空间物体场景进行采集，并把不同视点3D场景信息记录在立体元图像中。在三维图像显示过程中，通过投影仪阵列或显示面板显示采集的立体元图像，在显示面板前放置同样的透镜阵列，根据光路可逆的原理来重建3D场景。

在传统的集成成像显示***中，每个立体元图像发出的光线为散射方向、圆锥形的漫射光，由于显示透镜阵列是紧密排布的，光线会进入到周围的透镜中，对周围的视点造成串扰和混叠，降低显示分辨率，影响观看效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种能减少相邻透镜元的串扰和混叠问题的LED全视差集成成像显示方法。

本发明的LED全视差集成成像显示方法包括下列步骤：

1.一种LED全视差集成成像显示方法，其特征在于包括下列步骤：

1.1利用LED显示屏1显示生成的立体元图像阵列，立体元图像阵列中有m×n个立体元图像；

1.2利用透镜阵列2与遮挡板3，将立体元图像投射到扩散屏4上，包括下均列步骤：

1.2.1透镜阵列2中透镜元的数量和立体元图像阵列中立体元的数目相同，均为m×n个，其中：n为透镜阵列2中每一行透镜元的个数，m为透镜阵列2中每一列透镜元的个数，透镜元的直径为P₁，透镜阵列2和LED显示屏1位于同一水平面上,且透镜阵列2平行置于LED显示屏1的前面，透镜阵列2与LED显示屏1的垂直间距为g；

1.2.2所生成的立体元图像阵列中第i行、第j列的立体元图像的中心，对应于透镜阵列2中第i行、第j列的透镜元L_ij的中心位置，其中：i≤m，j≤n，i∈N⁺，j∈N⁺；

1.2.3将遮挡板3放在与透镜阵列2同一水平面上，遮挡板3紧贴于透镜阵列2前表面，当i＝2a+1，

a∈N⁺，j＝2b+1，

b∈N⁺和i＝2a，

a∈N⁺，j＝2b，

b∈N⁺时，利用遮挡板3将透镜元L_ij全部遮挡,其中：i＝2a+1，

a∈N⁺和j＝2b+1，

b∈N⁺表示奇数,a是取值范围为

的正整数，b是取值范围为

的正整数；i＝2a，

a∈N⁺和j＝2b，

b∈N⁺表示偶数，a是取值范围为

的正整数，b是取值范围为

的正整数，即遮挡板3将透镜阵列2奇数行中第奇数列的透镜元和偶数行中第偶数列的透镜元遮挡；在与其它i行、j列对应的透镜元L_ij前面的遮挡板3相对应的位置上设计孔洞，即在透镜阵列(2)奇数行中第偶数列的透镜元和偶数行中第奇数列的透镜元前面的遮挡板(3)相对应的位置上设计孔洞，孔洞的直径为P₂，孔洞的中心位置与透镜元的中心位置相同，孔洞的形状与透镜元形状相同；

1.3利用扩散屏4提供全视差立体效果的三维显示，包括下列步骤：

1.3.1将扩散屏4和透镜阵列2放在同一水平面上，且扩散屏4平行放置在透镜阵列2的前面，扩散屏4与透镜阵列2的垂直距离为s,并符合数学表达式：

其中：g为透镜阵列2与LED显示屏1的垂直间距；f为透镜阵列2中透镜元的焦距；

1.3.2扩散屏4将经过透镜阵列2和遮挡板3的光线以ω的角度进行扩散，得到连续的三维图像，其中：

本发明利用遮挡板解决了立体元图像之间的串扰和混叠问题，利用扩散屏重构光场，形成连续的视点，提高视觉观看效果。

附图说明

图1为LED全视差集成成像显示方法的流程图

图2为传统集成成像原理示意图

图3为本发明的显示***结构示意图

图4为本发明的显示***光线分布示意图

图5为透镜阵列和遮挡板的结构示意图

图6为遮挡板示意图

图7为无遮挡板和扩散屏的集成成像显示效果图

图8为本发明提出的显示方法成像效果图

其中：A.采集***B.显示***1.LED显示屏2.透镜阵列3.遮挡板4.扩散屏

具体实施方式

下面结合附图描述本发明。

1.利用LED显示屏1显示生成的立体元图像阵列

图3为本发明的显示***示意图，所述***包括：LED显示器1，透镜阵列2，遮挡板3，扩散屏4。图2(A)为集成成像的采集***，通过采集***生成立体元图像阵列，立体元图像阵列中不同的立体元图像显示的是不同视角的物体图像，整个立体元图像阵列中共有m×n个立体元图像。在集成成像显示***中用LED显示器1显示生成的立体元图像阵列。

2.利用透镜阵列2与遮挡板3将立体元图像投射到扩散屏4上

如图3所示，将透镜阵列2平行LED显示屏1放在同一水平面上，二者之间的垂直距离为g，透镜阵列2中透镜元的数量和立体元图像阵列中立体元的数目相同，也为m×n个，其中：n为透镜阵列2中每一行透镜元个数，m为透镜阵列2中每一列透镜元个数。如图5所示，透镜阵列2中透镜元的直径为P₁，所生成的立体元图像阵列中第i行第j列的立体元图像的中心位于透镜阵列2中相对应的的透镜元L_ij的中心位置，其中：i≤m，j≤n，i∈N⁺，j∈N⁺。遮挡板3设计如图6所示，将遮挡板3放在与透镜阵列2同一水平面上，遮挡板3紧贴于透镜阵列2前表面，当i＝2a+1，

a∈N⁺，j＝2b+1，

b∈N⁺和i＝2a，

a∈N⁺，j＝2b，

b∈N⁺时，利用遮挡板3将透镜元L_ij全部遮挡,其中：i＝2a+1，

a∈N⁺和j＝2b+1，

b∈N⁺表示奇数,a是取值范围为

的正整数，b是取值范围为

的正整数；i＝2a，

a∈N⁺和j＝2b，

b∈N⁺表示偶数，a是取值范围为

的正整数，b是取值范围为

的正整数，即遮挡板3将透镜阵列2奇数行中第奇数列的透镜元和偶数行中第偶数列的透镜元遮挡；在与其它i行、j列对应的透镜元L_ij前面的遮挡板3相对应的位置上设计孔洞，即在透镜阵列2奇数行中第偶数列的透镜元和偶数行中第奇数列的透镜元前面的遮挡板3相对应的位置上设计孔洞，孔洞的直径为P₂，如图5所示，孔洞的中心位置与透镜元的中心位置相同，孔洞的形状与透镜元形状相同，圆形透镜和方形透镜均适用于本发明。

3.利用扩散屏4提供全视差立体效果的三维显示

将扩散屏4与透镜阵列2放在同一水平面上，扩散屏4平行放置在透镜阵列2的前侧，扩散屏4与透镜阵列2的垂直距离为s,其中

f是透镜阵列2中透镜元的焦距；将经过透镜阵列2和遮挡版4的光线以ω的角度进行扩散，在成像面上可以得到连续的三维图像，其中

下面详细描述本发的典型实施例，对本发明进行进一步具体描述。为了说明本发明提出的方法具有普适性和可行性，进行两组实验验证，将本发明的显示效果与传统的集成成像--即无遮挡板3，无扩散屏4的集成成像的显示效果进行对比。

实验一

LED显示屏1为高密度小间距的LED显示屏，用于显示立体元图像阵列。LED显示屏1显示分辨率为384×384，像素尺寸为1.25mm，LED显示屏1的尺寸为480×480mm；透镜阵列2与LED显示屏1的距离为80mm；透镜阵列2是圆形透镜阵列，由24×24个透镜元组成，每个透镜元直径为20mm，焦距为60mm；LED显示屏1显示的立体元图像阵列共有24×24个立体元图像，每个立体元图像的分辨率为16×16。遮挡板3紧贴透镜阵列2放置，遮挡板3的尺寸为480×480mm，结构如图6(a)所示，每个孔洞为圆形，直径为8mm，遮挡板3将立体元图像阵列中相应位置的立体元图像遮挡，同时令孔洞相应位置的立体元图像的光线通过，从而减少相邻图像间的串扰。将扩散屏4置于距离透镜阵列2的s处，其中

经计算实验一中s＝240mm,透过遮挡板3的立体元图像的光线，经扩散屏4扩散后成像，扩散屏4的角度为:

经计算扩散屏4的扩散角度为4.29°，在实验一中选择扩散角度为5°的扩散屏4，显示结果如图8(a)所示。

进行实验一的对比实验，实验一的对比实验为传统的集成成像显示方法，即无遮挡板3无扩散屏4的集成成像显示方法，原理如图2所示，对比实验中使用的LED显示屏1和实验一中的LED显示屏1相同，LED显示屏1显示的立体元图像阵列与实验一中的立体元图像阵列相同，立体元图像的光线经过与实验一中相同的透镜阵列2重构，得到的立体显示图像如图7(a)所示。

实验二

使用的LED显示屏1为高密度小间距的LED显示屏，用于显示立体元图像阵列。LED显示屏1的显示分辨率为384×384，像素尺寸为1.25mm，LED显示屏1的尺寸为480×480mm。透镜阵列2与显示屏的间距为70mm。透镜阵列2是方形透镜阵列，由48×48个透镜元组成，每个透镜元直径为10mm，焦距60mm。LED显示屏1显示的立体元图像阵列共有48×48个立体元图像，每个立体元图像的分辨率为8×8。遮挡板3紧贴透镜阵列2放置，遮挡板3的尺寸为480×480mm，结构如图6(b)所示，每个孔洞为正方形，其边长为7.5mm，遮挡板3将立体元图像阵列中相应位置的立体元图像遮挡，同时令孔洞相应位置的立体元图像的光线通过，从而减少相邻图像间的串扰。将扩散屏4置于距离透镜阵列2的s处，其中

经计算实验一中s＝420mm,透过遮挡板3的立体元图像的光线经扩散屏4扩散后成像，扩散屏4的角度为

经计算扩散屏4的扩散角度为1.70°，在实验二中选择扩散角度为1°的扩散屏4，显示结果如图8(b)所示。

进行实验二的对比实验，实验二的对比实验为传统的集成成像显示方法，即无遮挡板3、无扩散屏4的集成成像显示方法，原理如图2所示，对比实验中使用的LED显示屏1和实验二中的LED显示屏相同，LED显示屏1显示的立体元图像阵列与实验二中的立体元图像阵列相同，立体元图像的光线经过与实验二中相同的透镜阵列2重构，得到的立体显示图像如图7(b)所示。

Claims (1)

1.一种LED全视差集成成像显示方法，其特征在于包括下列步骤：

1.1利用LED显示屏(1)显示生成的立体元图像阵列，立体元图像阵列中有m×n个立体元图像；

1.2利用透镜阵列(2)与遮挡板(3)，将立体元图像投射到扩散屏(4)上，包括下均列步骤：

1.2.1透镜阵列(2)中透镜元的数量和立体元图像阵列中立体元的数目相同，均为m×n个，其中：n为透镜阵列(2)中每一行透镜元的个数，m为透镜阵列(2)中每一列透镜元的个数，透镜元的直径为P₁，透镜阵列(2)和LED显示屏(1)位于同一水平面上，且透镜阵列(2)平行置于LED显示屏(1)的前面，透镜阵列(2)与LED显示屏(1)的垂直间距为g；

1.2.2所生成的立体元图像阵列中第i行、第j列的立体元图像的中心，对应于透镜阵列(2)中第i行、第j列的透镜元L_ij的中心位置，其中：i≤m，j≤n，i∈N⁺，j∈N⁺；

1.2.3将遮挡板(3)放在与透镜阵列(2)同一水平面上，遮挡板(3)紧贴于透镜阵列(2)前表面，当i＝2a+1，

a∈N⁺，j＝2b+1，

b∈N⁺和i＝2a，

a∈N⁺，j＝2b，

b∈N⁺时，利用遮挡板(3)将透镜元L_ij全部遮挡，其中：i＝2a+1，

a∈N⁺和j＝2b+1，

b∈N⁺表示奇数，a是取值范围为

的正整数，b是取值范围为

的正整数；i＝2a，

a∈N⁺和j＝2b，

b∈N⁺表示偶数，a是取值范围为

的正整数，b是取值范围为

的正整数，即遮挡板(3)将透镜阵列(2)奇数行中第奇数列的透镜元和偶数行中第偶数列的透镜元遮挡；在与其它i行、j列对应的透镜元L_ij前面的遮挡板(3)相对应的位置上设计孔洞，即在透镜阵列(2)奇数行中第偶数列的透镜元和偶数行中第奇数列的透镜元前面的遮挡板(3)相对应的位置上设计孔洞，孔洞的直径为P₂，孔洞的中心位置与透镜元的中心位置相同，孔洞的形状与透镜元形状相同；

1.3利用扩散屏(4)提供全视差立体效果的三维显示，包括下列步骤：

1.3.1将扩散屏(4)和透镜阵列(2)放在同一水平面上，且扩散屏(4)平行放置在透镜阵列(2)的前面，扩散屏(4)与透镜阵列(2)的垂直距离为s，并符合数学表达式：

其中：g为透镜阵列(2)与LED显示屏(1)的垂直间距；f为透镜阵列(2)中透镜元的焦距；

1.3.2扩散屏(4)将经过透镜阵列(2)和遮挡板(3)的光线以ω的角度进行扩散，得到连续的三维图像，其中：

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