CN113077729B - 一种led球形屏幕的显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED球形屏幕显示方法，涉及LED球幕显示技术领域，以人眼视觉空间分辨力理论为基础，综合考虑LED灯珠尺寸、LED灯珠间距、LED灯珠排列方式以及显示球面尺寸大小等众多因素，并以此建立了一种数学关系，将每颗LED灯珠定义为待显示图像的一个像素，通过沿球面经纬线连续排布LED灯珠形成球面，使具有球面显示视频图像功能，再通过将整个球面按顶部、底部和侧面划分为多个区域，并根据每个区域视场角参数由图像生成装置生成视频图像，图形处理装置校正图像，LED驱动装置驱动图像等操作完成整个球面显示连续视频图像的功能。本方法使LED球形屏幕设计具备了理论依据，能使人眼获得更加舒适的显示效果。

Description

一种LED球形屏幕的显示方法
技术领域
本发明涉及屏幕显示方法技术领域，确切地说涉及一种LED球形屏幕显示方法。
背景技术
LED视景球幕显示***主要由LED显示***、视频处理***、视频传输***、机械结构组件和分布式电源等部分组成的具有显示功能的视景球幕。其中LED显示屏体主要由LED显示模组拼接而成，机械结构组件包括基于铝压铸结构设计的LED灯板承载体、基于复合材料设计的玻璃钢骨架和外壳装饰板等；球形屏幕视频处理***和视频传输***也是其重要组成部分，该***又由图形校正设备，视频发送设备，视频接收卡等组件组成，图形校正设备布置于视景计算机端，将视景计算机输出视频信号进行图形校正，通过视频传输***中的光传输设备，传输到球幕底部的视频发送设备，再通过视频发送设备转换为网络信号，通过千兆以太网传输到LED显示模组的视频接收卡，视频接收卡再对视频信号进行处理驱动LED灯板，实现LED显示。因此，球形屏幕视频处理和视频传输***是接收外部视景计算机生成的多通道图像，并能将其处理为球形LED显示屏幕上完整、连续和无变形的视景图像。
公开号为CN107481207A，公开日为2017年12月15日的中国专利文献公开了一种视频图像的几何校正方法，其包括：数码相机拍摄每台投影仪单独投影的图像；对所述图像进行处理和矩阵变换计算，得到每台投影仪在投影幕布上畸变后的投影区域；计算整个投影墙的外包围盒；根据所述外包围盒计算每台投影仪的投影区域在所述外包围盒中的相对位置，并得到所述相对位置的位置坐标；根据所述位置坐标将待显示视频图像映射到所述相对位置，投影出来的视频图像正确拼接。
该专利文献公开的视频图像的几何校正方法，能对视频图像进行几何校正，实现自动将投影出来的视频图像正确拼接。但是，投影拼接时在通道边缘处存在视频图像重叠部分，从而导致边缘区域显示图像的亮度和色彩皆与其它区域不同，因此，该方法不仅需要对图像做平面到球面的几何校正，还需要对重叠区域做图像融合处理及显示亮度与色彩的一致性校正处理；且由于公共带的存在，每个通道的像素利用率也降低，投影仪从不同方位投射出图像，还存在显示像素分布不均匀的问题，由此会造成图像变形及亮度色度不均匀，需要额外控制和二次校正处理，后期也会因为公共带的存在在每次维护时皆需要重新校正，维护成本高。
公开号为CN112702539A，公开日为2021年4月23日的中国专利文献公开了一种LED球形屏幕的驱动方法，涉及LED显示驱动技术领域，由如下步骤组成：步骤1.将显示球面划分为顶部显示区域、底部显示区域和多个侧面显示区域，并计算出每个显示区域的显示参数；步骤2.生成矩形视频图像；步骤3.对步骤2中的矩形视频图像进行平面到弧面的几何变形，变形后进行图像压缩处理；步骤4.对步骤3中压缩处理后的视频图像进行截取；步骤5.将步骤4中截取的视频图像分配到步骤1中划分的显示区域上，将各个显示区域分配得到的视频图像拼接成能连续显示的球形视频图像画面，该发明使得视频图像被有效地利用，各个显示区域之间的过渡显示效果流畅，显示区域之间无色差，扩大了被压缩图像的宽容度，增加了对图像的驱动效率。以上述专利文献为代表的现有技术，提出了主要针对LED球形屏幕的显示、驱动方法，其基本步骤均是在球形屏幕上划分多个显示区域，得到显示参数或视场角参数，根据显示参数或视场角参数生成矩形的视频图像，然后将矩形的视频图像进行从平面到曲面的几何变形，最后将变形后的视频图像通过压缩后分配到各个显示区域进行显示，显示区域中均采用了LED灯珠作为显示图像的一个基本像素。但是，在实际应用过程中，一个特定尺寸的球幕，应该采用多大尺寸的LED灯珠，各个LED灯珠之间应该以什么样的尺寸间距进行排列，LED灯珠在球幕上应该如何排列，才能与该特定球幕的尺寸相匹配，并达到最佳的显示效果，最终实现人眼舒适观看的技术效果。在现有技术的公开文献中，均未发现有相关报道。现有技术中没有给出一套完整的LED球形屏幕设计方法。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术所存在的LED球形屏幕设计缺乏理论依据的缺陷和不足，提供一种LED球形屏幕的显示方法，本发明提出了一种LED球形屏幕的显示方法，本方法提出了建立了一种LED灯珠尺寸、间距、排布方式以及球幕大小之间的数学关系，使LED球形屏幕设计具备了理论依据，能使人眼获得更加舒适的显示效果。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种LED球形屏幕的显示方法，其特征在于：
步骤1.建立满足人眼视觉空间分辨力的LED灯珠尺寸、间距、排布方式以及球幕大小之间的数学关系，具体如下：
定义A、B、C分别表示布置于LED显示球面的LED灯珠，每颗LED灯珠尺寸为d×d，d表 示LED灯珠的边长；d1表示沿LED显示球面纬线方向相邻两个LED灯珠A和B的中心弦长；d2表 示沿LED显示球面经线方向相邻两个LED灯珠B和C的中心弦长；O为LED球形屏幕的球心；R为 LED球形屏幕的半径，也等于球心到球面每颗LED灯珠的距离；r1和r2分别为球心到线段AB的 距离和球心到线段BC的距离，α=∠AOB和β=∠BOC定义为空间分辨角；根据空间分辨角得到 纬线方向空间分辨率
Figure 376736DEST_PATH_IMAGE001
和经线方向空间分辨率
Figure 589149DEST_PATH_IMAGE002
；最后得出空间分辨率与LED灯珠间距和 球幕半径的数学等式；
步骤2.将每颗LED灯珠映射为待显示图像的一个像素，并沿球面经纬线连续排布于球面内表面；
步骤3.将整个球面按顶部、底部和侧面划分为多个区域，每个区域皆可独立显示视频图像画面；
步骤4.图像生成装置根据顶部、底部和侧面区域在球面的视场角参数生成矩形视频图像；
步骤5.图形处理装置将矩形视频图像校正为弧形视频图像；
步骤6. LED驱动装置将弧形视频图像按像素映射到LED灯珠，实现整个球面显示连续的视频图像。
所述的人眼视觉空间分辨力指人眼对观察对象细节的辨别能力，采用空间分辨率来定量衡量人眼的视觉空间分辨力。
空间分辨率使用空间分辨角来衡量，定义为相邻两LED灯珠之间的空间分辨角的大小，单位为弧分每像素arcmin/pix，空间分辨率小于2arcmin/pix。该值越小越好，考虑到人眼感光细胞的分布以及自身的缺陷，当空间分辨率小于2arcmin/pix时，人眼观察的图像像素融为一体，即无法区分像素颗粒。
步骤1中，空间分辨角α、空间分辨角β采用下式计算：
Figure 165624DEST_PATH_IMAGE003
（1）。
步骤1中，根据空间分辨角得到纬线方向空间分辨率
Figure 623150DEST_PATH_IMAGE004
和经线方向空间分辨率
Figure 968681DEST_PATH_IMAGE005
为：
Figure 322302DEST_PATH_IMAGE006
（2）
上式中，
Figure 120493DEST_PATH_IMAGE007
与
Figure 617596DEST_PATH_IMAGE008
分别表示空间分辨角α与空间分辨角β对应的像素点数，若对应 两个相邻像素点，则
Figure 83213DEST_PATH_IMAGE009
。
步骤1中，相邻两颗LED灯珠之间预留间隙，即沿球面纬线方向相邻两个LED灯珠A和B的中心弦长d1＞LED灯珠的边长d，沿球面经线方向相邻两个LED灯珠B和C的中心弦长d2＞LED灯珠的边长d。
进一步的，设置
Figure 873314DEST_PATH_IMAGE010
。
步骤1中，最后得出空间分辨率与LED灯珠间距和球幕半径的数学等式是指：联立式（1）与（2），得出空间分辨率与LED灯珠间距（像素间距）和球幕半径（观看距离）的数学等式，如下：
Figure 158802DEST_PATH_IMAGE011
（3）。
步骤3将整个LED显示球面按顶部、底部和侧面划分为多个区域，具体如下：
划分顶部区域和底部区域为圆弧面，定义顶部区域水平视场等于垂直视场等于
Figure 426972DEST_PATH_IMAGE012
，底部区域水平视场等于垂直视场等于
Figure 481516DEST_PATH_IMAGE013
；
划分多个侧面区域，侧面区域由多个子区域拼接而成，所述子区域总数量n满足n为奇数或n/2为奇数；
侧面区域的每个子区域水平视场角为
Figure 941054DEST_PATH_IMAGE014
（i=1,2,3…n），垂直视场角中上视场角为
Figure 713838DEST_PATH_IMAGE015
，下视场角为
Figure 254540DEST_PATH_IMAGE016
；
所述侧面区域相对于赤道线上下对称，或所述侧面区域经线方向的中点高于赤道线，或所述侧面区域经线方向的中点低于赤道线。
所述图像生成装置在生成顶部图像与底部图像时，增加俯仰角参数进行区分，顶部区域俯仰角为90°，底部区域俯仰角为-90°，或顶部区域俯仰角为0°，底部区域俯仰角为-180°，或顶部区域俯仰角为180°，底部区域俯仰角为0°。
所述图像生成装置在生成侧面子区域图像时，增加偏航角参数以区分，以第一个 子区域为0度偏航角，则第i个子区域的偏航角为
Figure 429170DEST_PATH_IMAGE017
，（i=1,2,3…,n）。
所述顶部区域和底部区域的LED灯珠分布以北极点或南极点为中心向外辐射状展开。
所述侧面区域的LED灯珠沿球面经线等间距分布或沿球面纬线方向等间距排布或沿经纬线方向等间距排布，或所述侧面区域的LED灯珠沿球面经线非等间距分布或沿球面纬线方向非等间距排布或沿经纬线方向非等间距排布。
所述侧面区域的上边缘LED灯珠与顶部区域最外圈LED灯珠沿球面经线方向对齐或等间距或非等间距排布，所述侧面区域的下边缘LED灯珠与底部区域最外圈LED灯珠沿球面经线方向对齐或等间距或非等间距排布。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
1、本发明采用“建立满足人眼视觉空间分辨力的LED灯珠尺寸、间距、排布方式以及球幕大小之间的数学关系”，在此基础上提出了一种LED球形屏幕的显示方法，使LED球形屏幕设计具备了理论依据，使LED显示屏的设计更加严谨合理，并经过实施例部分的验证实例的数据验证，实现了整个球面的视频图像显示连续性较好，能使人眼获得更加舒适的显示效果。
2、本发明采用“将整个球面按顶部、底部和侧面划分为多个区域”具体而特定的划分方式，参见实施例部分的验证实例的数据验证，达到了使驱动的视频通道数更少，每个显示区域对驱动的视频图像的像素利用率更高的技术效果。
3、本发明中，采用“人眼视觉空间分辨力指人眼对观察对象细节的辨别能力，采用空间分辨率来定量衡量人眼的视觉空间分辨力，空间分辨率使用空间分辨角来衡量，定义为相邻两LED灯珠之间的空间分辨角的大小，单位为弧分每像素arcmin/pix，空间分辨率小于2arcmin/pix”这样的技术方案，创造性地提出了空间分辨角、空间分辨率和视觉空间分辨力的概念并进行具体定义，确定了空间分辨率小于2arcmin/pix这一具体数值，使得人眼观察的LED球形屏幕图像像素融为一体，完全无法区分像素颗粒，人眼感官效果达到最佳。
4、本发明中，采用“相邻两颗LED灯珠之间预留间隙，即沿球面纬线方向相邻两个 LED灯珠A和B的中心弦长d1＞LED灯珠的边长d，沿球面经线方向相邻两个LED灯珠B和C的中 心弦长d2＞LED灯珠的边长d，并且设置
Figure 295495DEST_PATH_IMAGE018
”的技术方案，是充 分考虑到LED显示面首先都是在平面基础上进行加工，然后再变形拼接成球面，因此提前预 留了足够的变形间隙，并且经过实际效果验证，设置
Figure 555575DEST_PATH_IMAGE019
能达到最 佳的技术效果。
5、本发明中，采用的公式（1）、（2）、（3）最终得到了空间分辨率与LED灯珠间距（像素间距）和球幕半径（观看距离）的数学等式，该公式具有极强的通用性，创造性的为LED球形屏幕设计提供了一条新的设计思路和理论依据，并经实施例部分的验证实例的数据验证取得了较佳的显示技术效果。
6、本发明将每颗LED灯珠定义为待显示图像的一个像素，建立了LED灯珠与视频图像像素的映射关系，使得LED球形显示屏的显示驱动可按照视频图像的生成、图形校正以及多通道视频图像的传输、裁剪和拼接等图形学处理方式进行处理。
7、本发明按照顶部区域、侧面区域和底部区域的方式划分球幕主体，可使整个球面按照多个视频图像通道的方式进行生产、传输和驱动，同时，本发明的划分方式可使显示驱动的通道数量少且通道画面像素利用率高。划分区域间的一致性设计还可使显示驱动的通道参数可复用，图像处理过程简单。
8、本发明按照顶部区域、侧面区域和底部区域的方式划分球幕主体，有利于对球幕主体显示画面的裁剪，可根据垂直视场角要求裁剪底部区域或顶部区域或侧面区域的上下边缘，可根据水平视场角要求裁剪整个侧面区域的子区域或者子区域的一部分。所有裁剪是对显示面物理像素的裁剪，无需改变驱动程序及驱动参数。
9、本发明有利于观察者的眼点处于一个子区域的中央而非两个区域的拼接处，使观察者获得最佳观察效果。同时，观察者正前方为一整区域，有利于在单一区域内进行视频图像处理，如图像叠加、融合、缩放和旋转等。
10、本发明顶部和底部区域LED灯珠以极点为圆心向外辐射状排布，侧面区域LED灯珠沿经纬线等间距排布，有利于顶部和底部区域与侧面区域显示像素的连续，即图像连续处理，有利于对区域进行进一步细分从而设计能够生产的LED单元灯板。也有利于后期LED单元灯板的驱动和拼接。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明实施步骤示意图；
图2为本发明空间分辨率计算示意图；
图3为本发明通道划分示意图；
图4为本发明通道划分平面展开示意图；
图5为本发明通道垂直视角示意图；
图6为本发明通道水平视角示意图；
图7为本发明LED灯珠分布示意图。
图中标记：
1、顶部区域，101、北极点，2、底部区域，201、南极点，3、侧面区域，31、第一子区域，32、第二子区域，33、第三子区域，34、第四子区域，3i、第i子区域，40、赤道线，5、LED显示球面，501、LED灯珠。
具体实施方式
实施例1
作为本发明的一较佳实施方式，本发明采用LED显示技术替代原有的投影仪显示技术，由图像生成装置、图形处理装置以及LED显示屏三大模块组成。通常情况，一种LED显示屏的LED灯珠501尺寸以及LED灯珠501间距通常都是凭经验进行设计，缺乏较为严谨的理论支撑，尤其对于球形LED显示屏这种异形屏而言，需要考虑更多的因素。本发明以人眼视觉空间分辨力理论为基础，综合考虑LED灯珠501尺寸、LED灯珠501间距、LED灯珠501排列方式以及显示球面尺寸大小等众多因素，并以此建立了一种数学关系，使LED显示屏设计具备了理论支撑；本发明将每颗LED灯珠501定义为待显示图像的一个像素，通过沿球面经纬线连续排布LED灯珠501形成球面，使具有球面显示视频图像功能，再通过将整个球面按顶部、底部和侧面划分为多个区域，并根据每个区域视场角参数由图像生成装置生成视频图像，图形处理装置校正图像，LED驱动装置驱动图像等操作完成整个球面显示连续视频图像的功能。所述每个区域皆由独立的视频通道进行传输和驱动，本发明的区域划分方式可使驱动的视频通道数更少，每个显示区域对驱动的视频图像的像素利用率也更高。步骤如下：
步骤1.建立满足人眼视觉空间分辨力的LED灯珠501尺寸、间距、排布方式以及球幕大小之间的数学关系，具体如下：
定义A、B、C分别表示布置于LED显示球面5的LED灯珠501，每颗LED灯珠501尺寸为d ×d，d表示LED灯珠501的边长；d1表示沿LED显示球面5纬线方向相邻两个LED灯珠501A和B 的中心弦长；d2表示沿LED显示球面5经线方向相邻两个LED灯珠501B和C的中心弦长；O为 LED球形屏幕的球心；R为LED球形屏幕的半径，也等于球心到球面每颗LED灯珠501的距离； r1和r2分别为球心到线段AB的距离和球心到线段BC的距离，α=∠AOB和β=∠BOC定义为空间 分辨角；根据空间分辨角得到纬线方向空间分辨率
Figure 431127DEST_PATH_IMAGE020
和经线方向空间分辨率
Figure 725842DEST_PATH_IMAGE021
；最后得 出空间分辨率与LED灯珠501间距和球幕半径的数学等式；
步骤2.将每颗LED灯珠501映射为待显示图像的一个像素，并沿球面经纬线连续排布于球面内表面；
步骤3.将整个球面按顶部、底部和侧面划分为多个区域，每个区域皆可独立显示视频图像画面；
步骤4.图像生成装置根据顶部、底部和侧面区域3在球面的视场角参数生成矩形视频图像；
步骤5.图形处理装置将矩形视频图像校正为弧形视频图像；
步骤6. LED驱动装置将弧形视频图像按像素映射到LED灯珠501，实现整个球面显示连续的视频图像。
本例中，所采用的图像生成装置、图形处理装置和LED驱动装置等均为公开号为CN112702539A、CN112233048A、CN112259047A等专利文献为代表的现有技术中公开的图像生成装置、图形处理装置和LED驱动装置，为现有技术。
实施例2
在实施例1的基础上，作为本发明的最佳实施方式，步骤1中的数学关系如图2所示：
定义A、B、C分别表示布置于LED显示球面5的LED灯珠501，每颗LED灯珠501尺寸为d×d ，d1表示沿球面纬线方向相邻两个LED灯珠501A和B的中心弦长，d2表示沿球面经线方向相邻两个LED灯珠501B和C的中心弦长，O为球心，R为球幕半径，也等于球心到球面每颗LED灯珠501的距离，r1和r2分别为球心到线段AB的距离和球心到线段BC的距离，其中，α=∠AOB和β=∠BOC定义为空间分辨角。
人眼的视觉空间分辨力指人眼对观察对象细节的辨别能力，用分辨出两个点或者两条线的能力来量化，具体的可以使用空间分辨角来衡量。本发明将每颗LED灯珠501定义为待显示图像像素，为了使观察者观察显示图像时没有明显的像素颗粒感，即人眼无法区分每颗LED灯珠501，本发明采用空间分辨率来定量衡量人眼的视觉空间分辨能力，其定义为空间相邻两像素之间的空间分辨角的大小，单位为弧分每像素（arcmin/pix），该值越小越好，考虑到人眼感光细胞的分布以及自身的缺陷，当空间分辨率小于2arcmin/pix时，人眼观察的图像像素融为一体，即无法区分像素颗粒。
实际应用中，球幕半径都远远大于相邻两颗LED灯珠501间距，因此，可以d1近似表示AB两颗灯珠中心点弧长，以d2近似表示BC两颗灯珠中心点弧长，可先计算出空间分辨角α和β。
Figure 795691DEST_PATH_IMAGE022
（1）
从而得到纬线方向空间分辨率
Figure 277488DEST_PATH_IMAGE023
和经线方向空间分辨率
Figure 956731DEST_PATH_IMAGE024
为：
Figure 105953DEST_PATH_IMAGE025
（2）
上式中，
Figure 110818DEST_PATH_IMAGE026
与
Figure 844025DEST_PATH_IMAGE027
分别表示空间分辨角α与β对应的像素点数，若对应两个相邻 像素点，则
Figure 61380DEST_PATH_IMAGE028
。
考虑到LED显示面首先都是在平面基础上进行加工，然后再变形拼接成球面，因此 相邻两颗LED灯珠501之间必须预留间隙，即d1＞d，d2＞d，实际应用中，设置
Figure 330687DEST_PATH_IMAGE029
可获得较好效果。
联立式（1）与（2），即可得出空间分辨率与LED灯珠501间距（像素间距）和球幕半径（观看距离）的数学等式，如下：
Figure 975295DEST_PATH_IMAGE030
（3）
在实际应用中，通常球幕半径（观看距离）可最先确定，空间分辨率可按照2arcmin/pix进行预设计，其空间分辨率与LED灯珠501间距成正比，若需更好的观看效果，可以通过降低LED灯珠501间距来降低空间分辨率，当LED灯珠501间距确定后也就确定了LED灯珠501尺寸。设计举例如下：
已知球幕半径R=3500mm，LED灯珠501沿经纬线等间距均匀排布，即d1=d2，同时取
Figure 962843DEST_PATH_IMAGE031
，由公式（3）可计算出
Figure 750933DEST_PATH_IMAGE032
，此时选用
Figure 609167DEST_PATH_IMAGE033
尺寸的LED灯珠501即可。若需要更好的显示效果，降低空间分 辨率，取
Figure 424677DEST_PATH_IMAGE034
，由公式（3）可计算出
Figure 633941DEST_PATH_IMAGE035
， 此时则需选用
Figure 724257DEST_PATH_IMAGE036
尺寸的LED灯珠501。
将每颗LED灯珠501映射为待显示图像的一个像素，LED灯珠501排列于整个球面以显示图像时整个球面图像将拥有很大的分辨率，如此大的分辨率会给图像生成装置以及图像传输带来很大压力，为解决此问题，本发明首先对整个球面图像按顶部、侧面和底部进行区域划分，划分好的每个区域在球面上会拥有唯一的视场角参数，图像生成装置根据每个区域的视场角参数生成相应的矩形视频图像，并以多通道视频图像方式输出，图形处理装置也根据每个区域的视场角参数对每个通道的矩形视频图像进行实时校正成弧形，最后每个区域的LED驱动装置将对应通道校正好的弧形视频图像按像素映射到每颗LED灯珠501，实现全球面的视频图像显示。
如图3、图4、图5、图6和图7所示，所述区域划分按照顶部区域1、底部区域2和侧面 区域3进行划分，具体如下：所述顶部区域1和底部区域2为圆弧面，因此顶部区域1水平视场 等于垂直视场等于
Figure 201112DEST_PATH_IMAGE037
，底部区域2水平视场等于垂直视场等于
Figure 921944DEST_PATH_IMAGE038
。
所述图像生成装置在生成顶部图像与底部图像时，增加俯仰角参数进行区分，顶部区域1俯仰角为90°，底部区域2俯仰角为-90°，或顶部区域1俯仰角为0°，底部区域2俯仰角为-180°，或顶部区域1俯仰角为180°，底部区域2俯仰角为0°等。
所述顶部区域1、底部区域2形状大小相同或不同，即
Figure 352925DEST_PATH_IMAGE039
或
Figure 246932DEST_PATH_IMAGE040
。
所述侧面区域3又由多个子区域：31、第一子区域，32、第二子区域，33、第三子区域，34、第四子区域……第i子区域3i拼接而成，子区域总数量n满足n%2=1或n/2%2=1（n对2求余等于1或者n的一半对2求余等于1）。即子区域n为奇数或n/2为奇数，如n=1,3,5,6,7,9,10。
所述侧面区域3的每个子区域水平视场角为
Figure 814179DEST_PATH_IMAGE041
（i=1,2,3…n），垂直视场角中上视 场角为
Figure 971491DEST_PATH_IMAGE042
，下视场角为
Figure 656812DEST_PATH_IMAGE043
。
所述多个子区域水平视场角可以一致或者也可不同，所述多个子区域上视场角与下视场角可以相等也可不等。
所述侧面区域3相对于赤道线40上下对称，即
Figure 88931DEST_PATH_IMAGE044
，或所述侧面区域3经线方 向的中点高于赤道线40，即
Figure 510685DEST_PATH_IMAGE045
，或所述侧面区域3经线方向的中点低于赤道线40，即
Figure 104477DEST_PATH_IMAGE046
。
所述图像生成装置在生成侧面子区域图像时，增加偏航角参数以区分，以第一子 区域31为0度偏航角，则第i子区域3i的偏航角为
Figure 244472DEST_PATH_IMAGE047
，（i=1,2,3…,n）。
所述顶部区域1和底部区域2的LED灯珠501分布以北极点101或南极点201为中心向外辐射状展开。
所述侧面区域3的LED灯珠501沿球面经线等间距分布或沿球面纬线方向等间距排布或沿经纬线方向等间距排布，或所述侧面区域3的LED灯珠501沿球面经线非等间距分布或沿球面纬线方向非等间距排布或沿经纬线方向非等间距排布，
所述侧面区域3的上边缘LED灯珠501与顶部区域1最外圈LED灯珠501沿球面经线方向对齐或等间距或非等间距排布，所述侧面区域3的下边缘LED灯珠501与底部区域2最外圈LED灯珠501沿球面经线方向对齐或等间距或非等间距排布。
验证实例1：
如图1至图7所示，图中标记：1、顶部区域，101、北极点，2、底部区域，201、南极点，3、侧面区域，31、第一子区域，32、第二子区域，33、第三子区域，34、第四子区域，3i、第i子区域，40、赤道线，5、LED显示球面，501、LED灯珠。
1）球幕半径为3500mm。
2）根据数学公式，已知球幕半径R=3500mm，LED灯珠沿经纬线等间距均匀排布，即
Figure 949122DEST_PATH_IMAGE048
，同时取
Figure 255077DEST_PATH_IMAGE049
，由公式（3）可计算出
Figure 19770DEST_PATH_IMAGE050
， 此时选用
Figure 912640DEST_PATH_IMAGE051
尺寸的LED灯珠即可。
3）划分顶部、底部和侧面区域，其中侧面按照相同的水平视场角划分为6个区域， 则每个区域水平视场角
Figure 889823DEST_PATH_IMAGE052
。
4）设计顶部和底部区域的视场角为40°，侧面区域所有垂直视场角相等，即等于140°。
5）设计侧面区域关于赤道对称，则上视场角和下视场角相等，
Figure 551749DEST_PATH_IMAGE053
。
6）因此，图像生成装置需要生成8个通道的视频图像，分别为顶部1个、底部1个和侧面6个区域，图像生成时只需要两套参数，即1套为顶部与底部相同的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。其中，顶部图像俯仰角为90°，底部图像俯仰角为-90°。侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，60°，120°，180°，240°，300°。
7）图形处理装置也需要处理8个通道的视频图像，分别为顶部1个、底部1个和侧面6个区域，图形处理也只需要两套参数，即1套为顶部与底部相同的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。其中，顶部图像俯仰角为90°，底部图像俯仰角为-90°。侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，60°，120°，180°，240°，300°。
8）每个区域皆有一套LED驱动装置，其按传输来的通道视频图像分别独立驱动LED灯珠，最终实现整个球面显示连续的视频图像。
验证实例2：
1）球幕半径为3500mm。
2）根据数学公式，已知球幕半径R=3500mm，LED灯珠沿经纬线等间距均匀排布，即
Figure 221764DEST_PATH_IMAGE054
，为了更好的显示效果，降低空间分辨率，取
Figure 70772DEST_PATH_IMAGE055
，由 公式（3）可计算出
Figure 618690DEST_PATH_IMAGE056
，此时则需选用
Figure 869543DEST_PATH_IMAGE057
尺寸的LED 灯珠。
3）划分顶部、底部和侧面区域，其中侧面按照相同的水平视场角划分为6个区域， 则每个区域水平视场角
Figure 976039DEST_PATH_IMAGE058
。
4）设计顶部和底部区域的视场角为40°，侧面区域所有垂直视场角相等，即等于140°。
5）设计侧面区域关于赤道对称，则上视场角和下视场角相等，
Figure 577922DEST_PATH_IMAGE059
。
6）因此，图像生成装置需要生成8个通道的视频图像，分别为顶部1个、底部1个和侧面6个区域，图像生成时只需要两套参数，即1套为顶部与底部相同的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。其中，顶部图像俯仰角为90°，底部图像俯仰角为-90°。侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，60°，120°，180°，240°，300°。
7）图形处理装置也需要处理8个通道的视频图像，分别为顶部1个、底部1个和侧面6个区域，图形处理也只需要两套参数，即1套为顶部与底部相同的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。其中，顶部图像俯仰角为90°，底部图像俯仰角为-90°。侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，60°，120°，180°，240°，300°。
8）每个区域皆有一套LED驱动装置，其按传输来的通道视频图像分别独立驱动LED灯珠，最终实现整个球面显示连续的视频图像。
验证实例3：
1）球幕半径为3500mm。
2）根据数学公式，已知球幕半径R=3500mm，LED灯珠沿经纬线等间距均匀排布，即
Figure 162487DEST_PATH_IMAGE060
，为了更好的显示效果，降低空间分辨率，取
Figure 533425DEST_PATH_IMAGE061
，由 公式（3）可计算出
Figure 545244DEST_PATH_IMAGE062
，此时则需选用
Figure 368843DEST_PATH_IMAGE063
尺寸的 LED灯珠。
3）为了更少的驱动通道数量，划分顶部、底部和侧面区域，其中侧面按照相同的水 平视场角划分为5个区域，则每个区域水平视场角
Figure 255634DEST_PATH_IMAGE064
。
4）设计顶部和底部区域的视场角为40°，侧面区域所有垂直视场角相等，即等于140°。
5）设计侧面区域关于赤道对称，则上视场角和下视场角相等，
Figure 746659DEST_PATH_IMAGE065
。
6）因此，图像生成装置需要生成7个通道的视频图像，分别为顶部1个、底部1个和侧面5个区域，图像生成时只需要两套参数，即1套为顶部与底部相同的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。其中，顶部图像俯仰角为90°，底部图像俯仰角为-90°。侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，72°，144°，216°，288°。
7）图形处理装置也需要处理7个通道的视频图像，分别为顶部1个、底部1个和侧面5个区域，图形处理也只需要两套参数，即1套为顶部与底部相同的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。其中，顶部图像俯仰角为90°，底部图像俯仰角为-90°。侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，72°，144°，216°，288°。
8）每个区域皆有一套LED驱动装置，其按传输来的通道视频图像分别独立驱动LED灯珠，最终实现整个球面显示连续的视频图像。
验证实例4：
1）球幕半径为3500mm。
2）根据数学公式，已知球幕半径R=3500mm，LED灯珠沿经纬线等间距均匀排布，即
Figure 663799DEST_PATH_IMAGE066
，为了更好的显示效果，降低空间分辨率，取
Figure 505853DEST_PATH_IMAGE067
，由公 式（3）可计算出
Figure 697800DEST_PATH_IMAGE068
，此时则需选用
Figure 43331DEST_PATH_IMAGE069
尺寸的LED 灯珠。
3）为了更少的驱动通道数量，划分顶部、底部和侧面区域，其中侧面按照相同的水 平视场角划分为5个区域，则每个区域水平视场角
Figure 396952DEST_PATH_IMAGE070
。
4）设计顶部区域的视场角为30°，取消底部显示区域，侧面区域所有垂直视场角相等，且等于150°。
5）设计侧面区域上视场角大于下视场角，
Figure 962187DEST_PATH_IMAGE071
。
6）因此，图像生成装置需要生成6个通道的视频图像，分别为顶部1个和侧面5个区域，图像生成时只需要两套参数，即1套为顶部的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，72°，144°，216°，288°。
7）图形处理装置也需要处理6个通道的视频图像，分别为顶部1个和侧面5个区域，图形处理也只需要两套参数，即1套为顶部的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。其中，侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，72°，144°，216°，288°。
8）每个区域皆有一套LED驱动装置，其按传输来的通道视频图像分别独立驱动LED灯珠，最终实现整个球面显示连续的视频图像。
验证实例5：
1）球幕半径为3500mm。
2）根据数学公式，已知球幕半径R=3500mm，LED灯珠沿经纬线等间距均匀排布，即
Figure 957825DEST_PATH_IMAGE072
，为了更好的显示效果，降低空间分辨率，取
Figure 157862DEST_PATH_IMAGE073
，由公 式（3）可计算出
Figure 682385DEST_PATH_IMAGE074
，此时则需选用
Figure 233452DEST_PATH_IMAGE075
尺寸的LED 灯珠。
3）为了更少的驱动通道数量，划分顶部、底部和侧面区域，其中侧面按照相同的水 平视场角划分为5个区域，则每个区域水平视场角
Figure 501622DEST_PATH_IMAGE076
。
4）设计顶部区域的视场角为50°，取消底部显示区域，侧面区域所有垂直视场角相等，且等于150°。
5）设计侧面区域上视场角小于下视场角，
Figure 556166DEST_PATH_IMAGE077
。
6）因此，图像生成装置需要生成6个通道的视频图像，分别为顶部1个和侧面5个区域，图像生成时只需要两套参数，即1套为顶部的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，72°，144°，216°，288°。
7）图形处理装置也需要处理6个通道的视频图像，分别为顶部1个和侧面5个区域，图形处理也只需要两套参数，即1套为顶部的视场角参数，1套为适用所有侧面区域的视场角参数。其中，侧面子区域3i图像的偏航角分别为0°，72°，144°，216°，288°。
8）每个区域皆有一套LED驱动装置，其按传输来的通道视频图像分别独立驱动LED灯珠，最终实现整个球面显示连续的视频图像。

Claims (7)

1.一种LED球形屏幕的显示方法，其特征在于步骤如下：
步骤1.建立满足人眼视觉空间分辨力的LED灯珠（501）尺寸、间距、排布方式以及球幕大小之间的数学关系，具体如下：
定义A、B、C分别表示布置于LED显示球面（5）的LED灯珠（501），每颗LED灯珠（501）尺寸为d×d，d表示LED灯珠（501）的边长；d1表示沿LED显示球面（5）纬线方向相邻两个LED灯珠（501）A和B的中心弦长；d2表示沿LED显示球面（5）经线方向相邻两个LED灯珠（501）B和C的中心弦长；O为LED球形屏幕的球心；R为LED球形屏幕的半径，也等于球心到球面每颗LED灯珠（501）的距离；r1和r2分别为球心到线段AB的距离和球心到线段BC的距离，α=∠AOB和β=∠BOC定义为空间分辨角；根据空间分辨角得到纬线方向空间分辨率
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和经线方向空间分辨率
Figure 589367DEST_PATH_IMAGE002
；最后得出空间分辨率与LED灯珠（501）间距和球幕半径的数学等式；
步骤2.将每颗LED灯珠（501）映射为待显示图像的一个像素，并沿球面经纬线连续排布于球面内表面；
步骤3.将整个球面按顶部、底部和侧面划分为多个区域；
步骤4.图像生成装置根据顶部、底部和侧面区域（3）在球面的视场角参数生成矩形视频图像；
步骤5.图形处理装置将矩形视频图像校正为弧形视频图像；
步骤6.LED驱动装置将弧形视频图像按像素映射到LED灯珠（501），实现整个球面显示连续的视频图像；
步骤1中，空间分辨角α、空间分辨角β采用下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（1）；
步骤1中，根据空间分辨角得到纬线方向空间分辨率
Figure 83671DEST_PATH_IMAGE004
和经线方向空间分辨率
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为：
Figure 850026DEST_PATH_IMAGE006
（2）
上式中，
Figure 651760DEST_PATH_IMAGE007
与
Figure 590766DEST_PATH_IMAGE008
分别表示空间分辨角α与空间分辨角β对应的像素点数，若对应两个相邻像素点，则
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
步骤1中，最后得出空间分辨率与LED灯珠（501）间距和球幕半径的数学等式是指：联立式（1）与（2），得出空间分辨率与LED灯珠（501）间距和球幕半径的数学等式，如下：
Figure 665426DEST_PATH_IMAGE010
（3）。
2.根据权利要求1所述的一种LED球形屏幕的显示方法，其特征在于：所述的人眼视觉空间分辨力指人眼对观察对象细节的辨别能力，采用空间分辨率来定量衡量人眼的视觉空间分辨力。
3.根据权利要求2所述的一种LED球形屏幕的显示方法，其特征在于：空间分辨率使用空间分辨角来衡量，定义为相邻两LED灯珠（501）之间的空间分辨角的大小，单位为弧分每像素arcmin/pix，空间分辨率小于2arcmin/pix。
4.根据权利要求3所述的一种LED球形屏幕的显示方法，其特征在于：步骤1中，相邻两颗LED灯珠（501）之间预留间隙，沿球面纬线方向相邻两个LED灯珠（501）A和B的中心弦长d1＞LED灯珠（501）的边长d，沿球面经线方向相邻两个LED灯珠（501）B和C的中心弦长d2＞LED灯珠（501）的边长d。
5.根据权利要求4所述的一种LED球形屏幕的显示方法，其特征在于：设置
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。
6.根据权利要求1所述的一种LED球形屏幕的显示方法，其特征在于：步骤3将整个LED显示球面（5）按顶部、底部和侧面划分为多个区域，具体如下：
划分顶部区域（1）和底部区域（2）为圆弧面，定义顶部区域（1）水平视场等于垂直视场等于
Figure 40782DEST_PATH_IMAGE012
，底部区域（2）水平视场等于垂直视场等于
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
划分多个侧面区域（3），侧面区域（3）由多个子区域拼接而成，所述子区域总数量n满足n为奇数或n/2为奇数；
侧面区域（3）的每个子区域水平视场角为
Figure 695141DEST_PATH_IMAGE014
（i=1,2,3…n），垂直视场角中上视场角为
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，下视场角为
Figure 878867DEST_PATH_IMAGE016
；
所述侧面区域（3）相对于赤道线上下对称，或所述侧面区域（3）经线方向的中点高于赤道线，或所述侧面区域（3）经线方向的中点低于赤道线。
7.根据权利要求1所述的一种LED球形屏幕的显示方法，其特征在于：所述图像生成装置在生成顶部图像与底部图像时，增加俯仰角参数进行区分，顶部区域（1）俯仰角为90°，底部区域（2）俯仰角为-90°，或顶部区域（1）俯仰角为0°，底部区域（2）俯仰角为-180°，或顶部区域（1）俯仰角为180°，底部区域（2）俯仰角为0°；所述图像生成装置在生成侧面子区域图像时，增加偏航角参数以区分，以第一个子区域为0度偏航角，则第i个子区域的偏航角为
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，（i=1,2,3…,n）。
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