專利名稱：裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置及其顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)立體成像顯示技術(shù)領(lǐng)域(Autostereoscopic Displas)，具體是指裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置及其顯示方法。
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(gè)照相機(jī)模仿人的左右眼對(duì)同一景物同時(shí)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(gè)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(huì)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。
立體成像的方法與原理有多種，例如人們用兩臺(tái)攝影機(jī)模仿人的左右眼對(duì)同一景物同時(shí)拍攝電影，然后把兩部電影同步放映在一個(gè)銀幕上，觀眾只要戴上特殊的偏振光眼鏡，就可以看到立體電影；在電視機(jī)或電腦的顯示器上令電子掃瞄線的奇數(shù)行顯示左眼圖，偶數(shù)行顯示右眼圖，觀眾戴上一個(gè)光閘眼鏡，讓左眼鏡片同步于奇數(shù)行打開，讓右眼鏡片同步于偶數(shù)行打開就可以看到立體圖像；還有一種讓觀看者戴上頭盔式的眼鏡，左右鏡片各是一個(gè)微型顯示器，左邊放映左眼圖，右邊放映右眼圖，因此會(huì)使人感覺如同進(jìn)入一個(gè)有立體感的虛擬環(huán)境之中。最近十幾年，還新出現(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(例如上述的眼鏡和頭盔)就可以觀看到立體圖像。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(gè)設(shè)定的位置上透過光柵，右眼正好能看到圖上的所有奇數(shù)行列，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(gè)立體圖像。
在Okoshi，T.1976.Three-dimensional imaging techniques.New YorkAcademic Press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(duì)景物進(jìn)行攝影或進(jìn)行透視投影得到一對(duì)或多對(duì)左右眼視差圖的基礎(chǔ)上，制作出各種類戴眼鏡和不用帶眼鏡就能看到的立體圖像，其存在著一個(gè)共同的致命缺點(diǎn)由于人體左右眼是分別觀看左眼圖、右眼圖，因此立體電影和立體圖像不能長時(shí)間觀看，否則會(huì)使眼睛產(chǎn)生生理性疲勞而受到傷害。

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，提供可以產(chǎn)生不用配戴特殊眼鏡或頭盔就可以觀看到浮現(xiàn)在屏幕上的立體圖像，觀看者可以自由移動(dòng)，從不同的方向上可以看到立體圖像的不同側(cè)面，不會(huì)引起眼睛疲勞的裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置。
本發(fā)明的目的還在于提供裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示方法。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置，包括PC主機(jī)、圖像屏，所述PC主機(jī)內(nèi)設(shè)置有雙屏卡，圖像屏前方設(shè)置有光篩屏，圖像屏和光篩屏分別與雙屏卡相連接。
為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述圖像屏是各種電視機(jī)顯示器或電腦的監(jiān)視器，包括CRT、LCD、PDP、ELD、FED，它們是自發(fā)光或具有光照明系統(tǒng)。
所述雙屏卡是電腦圖形處理卡，能同時(shí)把兩幀圖形分別顯示在兩臺(tái)顯示器或監(jiān)視器上。
所述光篩屏包括黑白液晶面板、光篩板，所述光篩板安裝在黑白液晶面板上，光篩板是設(shè)置有光篩孔的薄板，光篩孔成平面點(diǎn)陣排列，且與黑白液晶面板上的點(diǎn)素位置一一對(duì)應(yīng)，光篩孔以外的光篩板板面為黑色不透光板面。光線只能在光篩孔上透過，構(gòu)成一個(gè)液晶快門光篩屏。
所述光篩板的小孔直徑為0.25～0.5mm。小孔成像時(shí)，小孔的直徑不能小于0.1mm，否則光線在透過小孔時(shí)發(fā)生衍射會(huì)使圖形變得模糊不清，相反小孔直徑太大就會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象也會(huì)使圖形變得模糊不清，實(shí)驗(yàn)證明小孔直徑在0.2～0.5mm效果最好。小型液晶面板的光點(diǎn)大小為0.264mm或0.297mm尚可利用，但是大型液晶面板(40inch以上)光點(diǎn)直徑都在1mm左右甚至更大，利用這樣大的光點(diǎn)來復(fù)現(xiàn)立體圖像效果將會(huì)很差。使用光篩板控制小孔直徑在0.25～0.5mm對(duì)于大型屏幕將會(huì)有良好的效果。
所述光篩板的厚度為0.1～1.0mm。使用比較厚的光篩板，令小孔成管狀，將會(huì)進(jìn)一步降低圖像的背景散射光，使圖像更加清晰。
本裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示方法，其步驟包括(1)通過三維物體掃描儀器或人工設(shè)計(jì)，獲取立體圖像的三維模型數(shù)據(jù)，并輸入PC主機(jī)中的雙屏卡，所述立體圖像的三維模型數(shù)據(jù)包括表示物體表面形狀的所有點(diǎn)的三維坐標(biāo)及其顏色、灰度；(2)在PC主機(jī)內(nèi)的雙屏卡中輸入光篩數(shù)據(jù)，所述光篩數(shù)據(jù)包括光篩點(diǎn)陣的密度、光篩點(diǎn)陣的相位，控制光篩屏打開相應(yīng)于所述光篩數(shù)據(jù)的光篩孔，得到光篩圖B，然后PC主機(jī)采用區(qū)域投影法，把上述立體圖像分區(qū)間計(jì)算并記錄下來，得到連續(xù)視差圖像數(shù)據(jù)，PC主機(jī)再對(duì)連續(xù)視差圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形處理后，得到連續(xù)視差圖W，所述光篩圖B和連續(xù)視差圖W組成所述立體圖像的記錄單元R；(3)PC主機(jī)通過雙屏卡同步地把記錄單元中的光篩圖和連續(xù)視差圖分別顯示在光篩屏和圖像屏上，當(dāng)圖像屏上的連續(xù)視差圖發(fā)出的光線透過光篩屏上的光篩孔映射出來時(shí)，觀看者在光篩屏前面就可以看到復(fù)現(xiàn)在空間的立體圖像。
為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述三維物體掃描儀器包括激光三維物體掃描器、醫(yī)療設(shè)備X-CT、RMI、B超聲波儀、工程測量儀器，所述人工設(shè)計(jì)是指使用圖形處理軟件包括3DS MAX、MAYA進(jìn)行立體圖像制作。
所述區(qū)域投影法就是相對(duì)光篩屏上打開的光篩孔，PC主機(jī)在圖像屏上劃分出記錄區(qū)間，在光篩屏前方劃分出相應(yīng)的攝影區(qū)間，所述記錄區(qū)間是以光篩屏上打開的光篩孔為中心，在圖像屏上以打開的相鄰光篩孔的間距為寬度劃定的矩形，所述攝影區(qū)間是指處在光篩屏上打開的光篩孔前方，以光篩孔為頂點(diǎn)的四方錐形空間，處于攝影區(qū)間內(nèi)的立體圖像的三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)都能透過光篩孔投影在相應(yīng)的記錄區(qū)間里，PC主機(jī)逐點(diǎn)計(jì)算每個(gè)三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)穿過光篩孔后在圖像屏的投影點(diǎn)參數(shù)，并記錄下投影點(diǎn)的座標(biāo)(Xb、Yb)及其對(duì)應(yīng)的顏色Col、灰度L，從而把上述立體圖像分區(qū)間記錄下來，得到連續(xù)視差圖像數(shù)據(jù)W[Xb，Yb，L，Col]。
所述投影點(diǎn)的座標(biāo)Xb為Xb＝Xi-(Xa-Xi)*ZO/(Za-ZO)，其中，Xa是三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)的X坐標(biāo)，Xi是編號(hào)i的光篩孔的X坐標(biāo)，Za是三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)到圖像屏的距離，ZO是光篩屏和圖像屏之間的距離，Xb是Xa在圖像屏上的X坐標(biāo)；所述投影點(diǎn)的座標(biāo)Yb為Yb＝Y(jié)i-(Ya-Yi)*ZO/(Za-ZO)，其中，Ya是三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)的Y坐標(biāo)，Yi是編號(hào)i的光篩孔的Y坐標(biāo)，Za是三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)到圖像屏的距離，ZO是光篩屏和圖像屏之間的距離，Yb是Ya在圖像屏上的Y坐標(biāo)。
所述光篩點(diǎn)陣的密度用G(M，N)來表示，其中，M表示點(diǎn)陣在X方向上的點(diǎn)間相隔的點(diǎn)素?cái)?shù)目，N表示點(diǎn)陣在Y方向上的點(diǎn)間相隔的點(diǎn)素?cái)?shù)目，光篩點(diǎn)陣的密度不同，光篩圖也就不相同，依據(jù)不同光篩點(diǎn)陣的密度，光篩圖計(jì)算出來的連續(xù)視差圖也就不相同；所述光篩點(diǎn)陣的相位用PH(I，J)來表示，其中，I表示點(diǎn)陣在X方向上的點(diǎn)陣整體被平移的距離，J表示點(diǎn)陣在Y方向上的點(diǎn)陣被整體平移的距離。平移距離是用點(diǎn)素?cái)?shù)目表示，例如點(diǎn)陣整體向X方向平移了5個(gè)點(diǎn)素的距離時(shí)，I＝5，點(diǎn)陣整體向Y方向平移了5個(gè)點(diǎn)素的距離時(shí)，J＝5。
如果僅使用一個(gè)記錄單元來復(fù)現(xiàn)的立體圖像，觀看者只能看到由一個(gè)光篩點(diǎn)陣形成的一個(gè)立體圖像，立體圖像的精度在很大程度上為光篩點(diǎn)陣的密度所制約。例如，面對(duì)密度G(5，0)的光篩屏，對(duì)精度1024×768的LCD而言，我們只能看到一幅畫面水平精度為205線(1024/5＝205)的立體圖像。顯然這是不能令人滿意。
為了提高立體圖像的精度，所述步驟(2)和(3)中，運(yùn)用多組記錄顯示法顯示立體圖像，所述多組記錄顯示法是指用m個(gè)記錄單元R組成一個(gè)畫面HR，每個(gè)記錄單元R的光篩點(diǎn)陣相位互不同，且m個(gè)不同相位的光篩點(diǎn)陣重合時(shí)，其光篩點(diǎn)正好能布滿光篩屏上所有光篩孔，PC主機(jī)通過雙屏卡將一個(gè)畫面HR中m個(gè)記錄單元R按照排列序號(hào)高速顯示，即m個(gè)記錄單元R的光篩圖B和連續(xù)視差圖W按照排列序號(hào)同步地分別高速顯示在光篩屏和圖像屏上，觀看者在光篩屏前面就可以看到的高精度的立體圖像。
畫面HR為多個(gè)且各不相同時(shí)，PC主機(jī)通過雙屏卡將各個(gè)畫面HR中m個(gè)記錄單元R按照排列序號(hào)高速顯示，即m個(gè)記錄單元R的光篩圖B和連續(xù)視差圖W按照排列序號(hào)同步地分別高速顯示在光篩屏和圖像屏上，觀看者在光篩屏前面就可以看到高精度的動(dòng)態(tài)立體圖像。
利用人眼睛的殘留視覺效應(yīng)，要求所述每一個(gè)畫面HR高速顯示的時(shí)間≤0.1秒，也就是所述每個(gè)記錄單元R高速顯示的時(shí)間≤0.1/m秒，人們才會(huì)感覺立體圖像是完整清晰的。
例如，對(duì)于精度為1024×768的LCD而言，僅利用1個(gè)記錄單元R(其光篩點(diǎn)陣的密度G(5，0)、光篩點(diǎn)陣的相位PH(0，0)，只能看到一幅畫面精度為205×768(1024/5＝205)的立體圖像；如果一個(gè)畫面HR中有m＝5個(gè)記錄單元R，其光篩點(diǎn)陣的密度都為G(5，0)，光篩點(diǎn)陣的相位卻分別為PH(0，0)、PH(1，0)、PH(2，0)、PH(3，0)、PH(4，0)、PH(5，0)，當(dāng)每個(gè)記錄單元R高速顯示的時(shí)間≤0.02(0.1/5)秒時(shí)，則5個(gè)光篩圖B和5個(gè)連續(xù)視差圖W相互補(bǔ)充，觀看者在光篩屏前面就可以看到一個(gè)精度被提高了的5倍立體圖像，其立體圖像的精度將從205×768提高到1024×768。
所述記錄單元R為多個(gè)且各個(gè)記錄單元R的光篩點(diǎn)陣的相位不同時(shí)，需把各個(gè)記錄單元R的排列序號(hào)進(jìn)行隨機(jī)無序排列，并按隨機(jī)無序排列后的新排列序號(hào)來顯示各個(gè)記錄單元R，從而克服由于眼睛錯(cuò)覺產(chǎn)生的畫面出現(xiàn)斜紋干擾現(xiàn)象。
所述光篩圖可以是只有垂直線列的光柵圖，其通過控制光篩屏按垂直線列打開光篩孔而得到?？紤]到人們的眼睛主要是依靠水平方向的視覺差異來產(chǎn)生立體視覺，可以僅考慮圖像在水平方向上的轉(zhuǎn)換，而不處理垂直方向上轉(zhuǎn)換，從而可以成倍地減少圖像數(shù)據(jù)處理的工作量。
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)本裝置產(chǎn)生的立體圖像是一種具有闊視野、無需戴特殊眼鏡、可以多人同時(shí)觀看、具有高解像度的立體圖像；(2)本裝置產(chǎn)生的立體圖像是一種觀看者從不同的角度上可以看到不同側(cè)面形象的圖像；(3)本裝置產(chǎn)生的立體圖像能讓觀看者在觀看時(shí)如同觀看實(shí)物一樣，眼睛的會(huì)聚角和焦距是自然配合的，不會(huì)引起眼睛疲勞和帶來不舒服的感覺；(4)本裝置所顯示的立體圖像可以制成一種多人共同參與，人機(jī)互動(dòng)協(xié)同操作的顯示場景，可以制成一種布景讓演員和觀眾共處的虛擬真實(shí)環(huán)境；(5)本裝置可以應(yīng)用于廣告和娛樂場所、電子游戲機(jī)和立體電視，還可以用于科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)觀察、工程探測等廣泛領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示液晶快門光篩屏的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(a)、(b)、(c)、(d)是液晶快門光篩屏工作原理圖；圖4(a)、(b)是區(qū)域投影法的原理圖；圖5是投影點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算原理圖；圖6是區(qū)域投影法的算法流程圖；圖7是復(fù)現(xiàn)立體圖像的原理圖；
圖8是產(chǎn)生多個(gè)記錄單元的算法流程圖；圖9(a)、(b)、(c)、(d)是分別4個(gè)記錄單元的光篩圖和連續(xù)視差圖，(e)是高速交替顯示的視覺效果示意圖；圖10是把多個(gè)記錄單元轉(zhuǎn)換成立體圖像且消除斜紋干擾的算法流程圖；圖11由光篩轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈻诺氖疽鈭D。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例一如圖1所示，本裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置，包括PC主機(jī)1、圖像屏2，PC主機(jī)1內(nèi)設(shè)置有雙屏卡，圖像屏2前方設(shè)置有光篩屏3，圖像屏2和光篩屏3分別與雙屏卡相連接；圖像屏2是各種電視機(jī)顯示器或電腦的監(jiān)視器，包括CRT、LCD、PDP、ELD、FED，它們是自發(fā)光或具有光照明系統(tǒng)；雙屏卡是通用的電腦圖形處理卡，能同時(shí)把兩幀圖形分別顯示在光篩屏和圖像屏上。
如圖2所示，光篩屏3包括黑白液晶面板4、光篩板5，光篩板5安裝在黑白液晶面板4上，光篩板5是設(shè)置有光篩孔的薄板，光篩孔成平面點(diǎn)陣排列，且與黑白液晶面板上的點(diǎn)素位置一一對(duì)應(yīng)，也就是如果黑白液晶屏上的點(diǎn)素是1024×768時(shí)，光篩屏上的小孔也是1024×768互相一一對(duì)正。光篩孔以外的光篩板板面為黑色不透光板面，光線只能在光篩孔上透過，可以控制黑白液晶面板上的點(diǎn)素透光、或不透光來控制光篩板上的小孔透光或不透光，構(gòu)成一個(gè)液晶快門光篩屏。光篩板的小孔直徑為0.25～0.5mm，光篩板的厚度為0.1～1.0mm。
實(shí)施例二本裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置的立體圖像顯示方法，其步驟包括(1)通過三維物體掃描儀器或人工設(shè)計(jì)，獲取立體圖像的三維模型數(shù)據(jù)，并輸入PC主機(jī)中的雙屏卡，三維物體掃描儀器包括激光三維物體掃描器、醫(yī)療設(shè)備X-CT、RMI、B超聲波儀、工程測量儀器，人工設(shè)計(jì)是指使用圖形處理軟件包括3DS MAX、MAYA進(jìn)行立體圖像制作，立體圖像的三維模型數(shù)據(jù)包括表示物體表面形狀的所有點(diǎn)的三維坐標(biāo)及其顏色、灰度；
(2)在PC主機(jī)內(nèi)的雙屏卡中輸入光篩數(shù)據(jù)B[G(M，N)，PH(I，J)]，控制液晶快門光篩屏打開相應(yīng)于光篩數(shù)據(jù)的光篩孔，得到光篩圖B，然后PC主機(jī)采用區(qū)域投影法，把上述立體圖像分區(qū)間計(jì)算并記錄下來，得到連續(xù)視差圖像數(shù)據(jù)W[Xb，Yb，L，Col]，PC主機(jī)再對(duì)連續(xù)視差圖像數(shù)據(jù)W[Xb，Yb，L，Col]進(jìn)行圖形處理后，得到連續(xù)視差圖W，光篩圖B和連續(xù)視差圖W組成立體圖像的記錄單元R，記為R{W[Xb，Yb，L，Col]、B[G(M，N)、PH(I，J)]}；光篩數(shù)據(jù)B[G(M，N)，PH(I，J)]包括光篩點(diǎn)陣的密度G(M，N)、光篩點(diǎn)陣的相位PH(I，J)，其中，M表示點(diǎn)陣在X方向上的點(diǎn)間相隔的點(diǎn)素?cái)?shù)目，N表示點(diǎn)陣在Y方向上的點(diǎn)間相隔的點(diǎn)素?cái)?shù)目，I表示在X方向上點(diǎn)陣整體被平移的點(diǎn)素?cái)?shù)目，J表示在Y方向上點(diǎn)陣被整體平移的點(diǎn)素?cái)?shù)目。
圖3(a)表示黑白液晶面板全部打開時(shí)光篩屏的情形，此時(shí)小孔全部透光，透光點(diǎn)間的距離左右上下都是d，取d＝1mm，其光篩點(diǎn)陣的密度為G(1，1)，光篩點(diǎn)陣的相位為PH(0，0)；圖3(b)表示黑白液晶面板每隔3個(gè)點(diǎn)打開時(shí)光篩屏的情形，此時(shí)只有1/16的小孔透光，透光點(diǎn)間的距離左右上下都是4mm，其光篩點(diǎn)陣的密度為G(3，3)，光篩點(diǎn)陣的相位為PH(0，0)；圖3(c)表示黑白液晶面板也是每隔3個(gè)點(diǎn)打開時(shí)光篩屏的情形，透光點(diǎn)間的距離左右上下都是3mm，但是透光點(diǎn)陣被整體向右方平移了距離1mm，光篩點(diǎn)陣的密度為G(3，3)，光篩點(diǎn)陣的相位為PH(1，0)；圖3(d)表示黑白液晶面板也是每隔3個(gè)點(diǎn)打開時(shí)光篩屏的情形，透光點(diǎn)間的距離左右上下都是3mm，但是透光點(diǎn)陣被整體向右方平移了距離1mm和向下方平移了1mm，光篩點(diǎn)陣的密度表示為G(3，3)，光篩點(diǎn)陣的相位為PH(0，1)。
如圖4(a)所示，把一個(gè)立體圖像6透過光篩屏5的一個(gè)光篩孔投影到圖像屏2上，類似照相法，光篩屏5上每個(gè)光篩孔類似一個(gè)照相機(jī)鏡頭，普通照相是面對(duì)著物體來攝取，而區(qū)域投影法則是從背面來攝取。但是如果不加限制地把立體圖像對(duì)著每個(gè)光篩孔進(jìn)行投影，投影圖將會(huì)在圖像屏2上互相重疊，不能產(chǎn)生正確的圖像。
如圖4(b)所示，區(qū)域投影法就是相對(duì)光篩屏上打開的光篩孔，PC主機(jī)在圖像屏2上劃分出記錄區(qū)間a、b、c、d、e、f……，在光篩屏5前方劃分出相應(yīng)的攝影區(qū)間A、B、C、D、E、F……，記錄區(qū)間是以光篩屏上打開的光篩孔為中心，在圖像屏上以打開的相鄰光篩孔的間距為寬度劃定的矩形，攝影區(qū)間是指處在光篩屏上打開的光篩孔前方，以光篩孔為頂點(diǎn)的四方錐形空間，處于攝影區(qū)間內(nèi)的立體圖像6的三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)都能透過光篩孔投影在相應(yīng)的記錄區(qū)間里，PC主機(jī)逐點(diǎn)計(jì)算每個(gè)三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)穿過光篩孔后在圖像屏2的投影點(diǎn)參數(shù)，并記錄下投影點(diǎn)的座標(biāo)(Xb、Yb)及其對(duì)應(yīng)的顏色Col、灰度L，從而把上述立體圖像分區(qū)間記錄下來，得到連續(xù)視差圖像數(shù)據(jù)W[Xb，Yb，L，Col]。
如圖5中的(a)、(b)所示，是投影點(diǎn)的座標(biāo)(Xb、Yb)的計(jì)算原理為首先假定空間中有一個(gè)光點(diǎn)A，A光點(diǎn)產(chǎn)生在圖像屏上的投影點(diǎn)的Xb值可以由下方程式表示Xb＝X3-(Xa-X3)*ZO/(Za-ZO)，其中Xa點(diǎn)A的X坐標(biāo)；X3編號(hào)3的小孔的X坐標(biāo)；Za點(diǎn)A到圖像屏的距離；ZO光篩屏和圖像屏之間的距離；XbXa在圖像屏上的X坐標(biāo)。
同理，A光點(diǎn)產(chǎn)生在圖像屏上的投影點(diǎn)的Yb值可以由下方程式表示Yb＝Y(jié)3-(Ya-Y3)*ZO/(Za-ZO)Ya點(diǎn)A的Y坐標(biāo)；Y3編號(hào)3的小孔的Y坐標(biāo)；Za點(diǎn)A到圖像屏的距離；ZO光篩屏和圖像屏之間的距離；YbYa在圖像屏上的Y坐標(biāo)。
圖6是區(qū)域投影法的算法流程圖。一個(gè)立體圖像的表面可以用很多代表點(diǎn)來表示，把每個(gè)點(diǎn)依照圖6的計(jì)算方法計(jì)算出記錄區(qū)上的投影點(diǎn)坐標(biāo)(Xb、Yb)和計(jì)算這個(gè)點(diǎn)的灰度L、顏色Col，最后得到一組關(guān)于整個(gè)立體圖像的連續(xù)視差圖像數(shù)據(jù)W[Xb，Yb，L，Col]，從而記錄單元R記為R{W[Xb，Yb，L，Col]、B[G(M，N)、PH(I，J)]}(3)如圖7所示，把一個(gè)記錄單元R輸入PC主機(jī)，通過雙屏卡把記錄單元R中的連續(xù)視差圖像數(shù)據(jù)W轉(zhuǎn)為出一幅連續(xù)視差圖W顯示在圖像屏2上，把記錄單元中光篩數(shù)據(jù)B轉(zhuǎn)變?yōu)橐环夂Y圖B顯示在光篩屏3上，圖像屏2的光源7把記錄區(qū)a、b、c、d、e、f的圖像透過光篩屏3上的光篩孔映射到光篩屏前的空間中，觀看者8在光篩屏前面就可以看到一個(gè)復(fù)現(xiàn)在空間的立體圖像6。
一個(gè)記錄單元R所能顯示的立體圖像的精度主要決定于光篩點(diǎn)陣的密度，G(M，N)中的數(shù)字M和N越大，光篩點(diǎn)陣的密度就越小，復(fù)現(xiàn)的立體圖像的精度越差。相反則反之。
為提高立體圖像的精度，需運(yùn)用多組記錄顯示法顯示立體圖像。如圖8所示，在PC主機(jī)中的雙屏卡中，通過設(shè)定m個(gè)相位不同的光篩點(diǎn)陣而產(chǎn)生m個(gè)記錄單元R，例如取m＝4產(chǎn)生4個(gè)記錄單元R，各個(gè)光篩點(diǎn)陣的密度是相同的，分別是G1(2，2)G2(2，2)G3(2，2)G4(2，2)但是各個(gè)光篩點(diǎn)陣的相位是不相同，分別為PH1(2，2)PH2(1，2)PH3(1，1)PH4(2，1)從而得出4個(gè)相位不同光篩圖BB1[G1(2，2)、PH1(2，2)]B2[G2(2，2)、PH2(1，2)]B3[G3(2，2)、PH3(1，1)]B4[G4(2，2)、PH4(2，1)]對(duì)應(yīng)4個(gè)光篩圖得出4個(gè)相應(yīng)的連續(xù)視差圖WW1[X，Y，L，Col]W2[X，Y，L，Col]W3[X，Y，L，Col]W4[X，Y，L，Col]如圖9中的(a)、(b)、(c)、(d)所示，4個(gè)光篩圖B和4個(gè)連續(xù)視差圖W分別組成4個(gè)記錄單元R，4個(gè)記錄單元R組成1個(gè)畫面記錄HR，其包括記錄R1{W1[X，Y，L，Col]、B1[G1(2，2)、PH1(2，2)]}記錄R2{W2[X，Y，L，Col]、B2[G2(2，2)、PH2(1，2)]}記錄R3{W3[X，Y，L，Col]、B3[G3(2，2)、PH3(1，1)]}記錄R4{W4[X，Y，L，Col]、B4[G4(2，2)、PH4(2，1)]}如圖9中的(e)所示，PC主機(jī)通過雙屏卡將畫面HR中4個(gè)記錄單元R按照排列序號(hào)高速顯示，即4個(gè)記錄單元R的光篩圖B和連續(xù)視差圖W按照排列序號(hào)同步地分別高速顯示在光篩屏和圖像屏上，當(dāng)每個(gè)記錄單元R高速顯示的時(shí)間≤0.025(0.1/4)秒時(shí)，利用眼睛的殘留視覺效應(yīng)，4個(gè)記錄單元R生成的立體圖像互相補(bǔ)充，觀看者就可以在光篩屏前面看到精度提高4倍的立體圖像。
若畫面HR為多個(gè)，PC主機(jī)通過雙屏卡將各個(gè)畫面HR中的m個(gè)記錄單元R按照排列序號(hào)高速顯示，即m個(gè)記錄單元R的光篩圖B和連續(xù)視差圖W按照排列序號(hào)同步地分別高速顯示在光篩屏和圖像屏上，高速顯示的時(shí)間≤0.1/m秒時(shí)，利用人眼睛的殘留視覺效應(yīng)，觀看者在光篩屏前面就可以看到高精度的動(dòng)態(tài)立體圖像。
在產(chǎn)生光篩相位不同的多個(gè)記錄單元R時(shí)，為設(shè)計(jì)方便起見，總是把它們之間的相位按方陣來排列。例如使用16個(gè)不同相位的光篩點(diǎn)陣時(shí)，它們的相位方陣和排列序號(hào)P排列成如下1 PH(0，0) 2 PH(0，1) 3 PH(0，2) 4 PH(0，3)5 PH(1，0) 6 PH(1，1) 7 PH(1，2) 8 PH(1，3)9 PH(2，0) 10 PH(2，1) 11 PH(2，2) 12 PH(2，3)13 PH(3，0) 14 PH(3，1) 15 PH(3，2) 16 PH(3，3)當(dāng)把光篩圖B和連續(xù)視差圖W按照排列序號(hào)同步地分別高速顯示在光篩屏和圖像屏上，16個(gè)記錄單元R按排列序號(hào)P從1到16轉(zhuǎn)換成立體圖像的時(shí)候，就會(huì)在光篩屏上會(huì)出現(xiàn)眼睛錯(cuò)覺引起的由左上方向右下方進(jìn)動(dòng)的斜形斑紋。
為了克服這種干擾現(xiàn)象，如圖10所示，要把記錄單元R的排列序號(hào)P進(jìn)行隨機(jī)無序排列顯示序號(hào) N1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516原排列序號(hào)P1 12 2 11 3 10 4 9 5 16 6 15 7 10 89把隨機(jī)無序排列后的16個(gè)記錄單元R中的光篩圖B和連續(xù)視差圖W按顯示順序N同步地分別高速顯示在光篩屏和圖像屏上時(shí)，就可以克服眼睛錯(cuò)覺產(chǎn)生的斜紋干擾現(xiàn)象。
如圖11所示，光篩圖是通過控制光篩屏按垂直線列打開光篩孔而得到的只有垂直線列的光柵圖。當(dāng)考慮到人們的眼睛主要是依靠水平方向的視覺差異來產(chǎn)生立體視覺時(shí)，可以在圖5的投影計(jì)算中僅考慮圖像在X方向上的轉(zhuǎn)換，而不計(jì)算和記錄Y方向上轉(zhuǎn)換，從而可以成倍地減少計(jì)算工作量。
例如取m＝5產(chǎn)生5個(gè)記錄單元，且后一個(gè)光柵和前一個(gè)光柵相比，光柵線整體被向右水平移動(dòng)了1個(gè)光篩孔的距離。
第1個(gè)光柵點(diǎn)陣的相位PH1(0，0)，計(jì)算得到連續(xù)視差圖W1、光篩圖B1、得到記錄單元R1；第2個(gè)光柵點(diǎn)陣的相位PH2(1，0)，計(jì)算得到連續(xù)視差圖W2、光篩圖B2、得到記錄單元R2；第3個(gè)光柵點(diǎn)陣的相位PH3(2，0)，計(jì)算得到連續(xù)視差圖W3、光篩圖B3、得到記錄單元R3；第4個(gè)光柵點(diǎn)陣的相位PH4(3，0)，計(jì)算得到連續(xù)視差圖W4、光篩圖B4、得到記錄單元R4；第5個(gè)光柵點(diǎn)陣的相位PH5(4，0)，計(jì)算得到連續(xù)視差圖W5、光篩圖B5、得到記錄單元R5；從而得到組成1個(gè)畫面HR的5個(gè)記錄單元，PC主機(jī)通過雙屏卡將畫面HR中5個(gè)記錄單元R按照排列序號(hào)高速顯示，即5個(gè)記錄單元R的光篩圖B和連續(xù)視差圖W按照排列序號(hào)同步地分別高速顯示在光篩屏和圖像屏上，當(dāng)每個(gè)記錄單元R高速顯示的時(shí)間≤0.02(0.1/5)秒時(shí)，利用眼睛的殘留視覺效應(yīng)，5個(gè)記錄單元R生成的立體圖像互相補(bǔ)充，觀看者就可以在光篩屏前面看到精度提高5倍的立體圖像。
如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置，包括PC主機(jī)、圖像屏，其特征在于所述PC主機(jī)內(nèi)設(shè)置有雙屏卡，圖像屏前方設(shè)置有光篩屏，圖像屏和光篩屏分別與雙屏卡相連接。
2.按權(quán)利要求1所述裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置，其特征在于所述圖像屏是各種電視機(jī)顯示器或電腦的監(jiān)視器，包括CRT、LCD、PDP、ELD、FED。
3.按權(quán)利要求1所述裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置，其特征在于所述光篩屏包括黑白液晶面板、光篩板，所述光篩板安裝在黑白液晶面板上，光篩板是設(shè)置有光篩孔的薄板，光篩孔成平面點(diǎn)陣排列，且與黑白液晶面板上的點(diǎn)素位置一一對(duì)應(yīng)，光篩孔以外的光篩板板面為黑色不透光板面。
4.采用權(quán)利要求1所述裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置的裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示方法，其特征在于包括如下步驟(1)通過三維物體掃描儀器或人工設(shè)計(jì)，獲取立體圖像的三維模型數(shù)據(jù)，并輸入PC主機(jī)中的雙屏卡，所述立體圖像的三維模型數(shù)據(jù)包括表示物體表面形狀的所有點(diǎn)的三維坐標(biāo)及其顏色、灰度；(2)在PC主機(jī)內(nèi)的雙屏卡中輸入光篩數(shù)據(jù)，所述光篩數(shù)據(jù)包括光篩點(diǎn)陣的密度、光篩點(diǎn)陣的相位，控制光篩屏打開相應(yīng)于所述光篩數(shù)據(jù)的光篩孔，得到光篩圖B，然后PC主機(jī)采用區(qū)域投影法，把上述立體圖像分區(qū)間計(jì)算并記錄下來，得到視差圖像數(shù)據(jù)，PC主機(jī)再對(duì)視差圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形處理后，得到連續(xù)視差圖W，所述光篩圖B和連續(xù)視差圖W組成所述立體圖像的記錄單元R；(3)PC主機(jī)通過雙屏卡同步地把記錄單元中的光篩圖和連續(xù)視差圖分別顯示在光篩屏和圖像屏上，當(dāng)圖像屏上的連續(xù)視差圖發(fā)出的光線透過光篩屏上的光篩孔映射出來時(shí)，觀看者在光篩屏前面就可以看到復(fù)現(xiàn)在空間的立體圖像。
5.按權(quán)利要求4所述裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示方法，其特征在于所述三維物體掃描儀器包括激光三維物體掃描器、醫(yī)療設(shè)備X-CT、RMI、B超聲波儀、工程測量儀器，所述人工設(shè)計(jì)是指使用圖形處理軟件包括3DS MAX、MAYA進(jìn)行立體圖像制作。
6.按權(quán)利要求4所述裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示方法，其特征在于所述區(qū)域投影法就是相對(duì)光篩屏上打開的光篩孔，PC主機(jī)在圖像屏上劃分出記錄區(qū)間，在光篩屏前方劃分出相應(yīng)的攝影區(qū)間，所述記錄區(qū)間是以光篩屏上打開的光篩孔為中心，在圖像屏上以打開的相鄰光篩孔的間距為寬度劃定的矩形，所述攝影區(qū)間是指處在光篩屏上打開的光篩孔前方，以光篩孔為頂點(diǎn)的四方錐形空間，處于攝影區(qū)間內(nèi)的立體圖像的三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)都能透過光篩孔投影在相應(yīng)的記錄區(qū)間里，PC主機(jī)逐點(diǎn)計(jì)算每個(gè)三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)穿過光篩孔后在圖像屏的投影點(diǎn)參數(shù)，并記錄下投影點(diǎn)的座標(biāo)(Xb，Yb)及其對(duì)應(yīng)的顏色Col、灰度L，從而把上述立體圖像分區(qū)間記錄下來，得到視差圖像數(shù)據(jù)W[Xb，Yb，L，Col]。
7.按權(quán)利要求6所述裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示方法，其特征在于所述投影點(diǎn)的座標(biāo)Xb為Xb＝Xi-(Xa-Xi)*ZO/(Za-ZO)，其中，Xa是三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)的X坐標(biāo)，Xi是編號(hào)i的光篩孔的X坐標(biāo)，Za是三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)到圖像屏的距離，ZO是光篩屏和圖像屏之間的距離，Xb是Xa在圖像屏上的X坐標(biāo)；所述投影點(diǎn)的座標(biāo)Yb為Yb＝Y(jié)i-(Ya-Yi)*ZO/(Za-ZO)，其中，Ya是三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)的Y坐標(biāo)，Yi是編號(hào)i的光篩孔的Y坐標(biāo)，Za是三維模型數(shù)據(jù)點(diǎn)到圖像屏的距離，ZO是光篩屏和圖像屏之間的距離，Yb是Ya在圖像屏上的Y坐標(biāo)。
8.按權(quán)利要求4所述裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示方法，其特征在于所述步驟(2)和(3)中，運(yùn)用多組記錄顯示法顯示立體圖像，所述多組記錄顯示法是指用m個(gè)記錄單元R組成一個(gè)畫面HR，每個(gè)記錄單元R的光篩點(diǎn)陣相位互不同，且m個(gè)不同相位的光篩點(diǎn)陣重合時(shí)，其光篩點(diǎn)正好能布滿光篩屏上所有光篩孔，PC主機(jī)通過雙屏卡將一個(gè)畫面HR中m個(gè)記錄單元R按照排列序號(hào)高速顯示，即m個(gè)記錄單元R的光篩圖B和連續(xù)視差圖W按照排列序號(hào)同步地分別高速顯示在光篩屏和圖像屏上，觀看者在光篩屏前面就可以看到的高精度的立體圖像；畫面HR為多個(gè)且各不相同時(shí)，PC主機(jī)通過雙屏卡將各個(gè)畫面HR中m個(gè)記錄單元R按照排列序號(hào)高速顯示，即m個(gè)記錄單元R的光篩圖B和連續(xù)視差圖W按照排列序號(hào)同步地分別高速顯示在光篩屏和圖像屏上，觀看者在光篩屏前面就可以看到高精度的動(dòng)態(tài)立體圖像；所述每個(gè)記錄單元R高速顯示的時(shí)間≤0.1/m秒。
9.按權(quán)利要求4～8任一項(xiàng)所述裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示方法，其特征在于所述記錄單元R為多個(gè)且各個(gè)記錄單元R的光篩點(diǎn)陣的相位不同時(shí)，把各個(gè)記錄單元R的排列序號(hào)進(jìn)行隨機(jī)無序排列，并按隨機(jī)無序排列后的新排列序號(hào)來顯示各個(gè)記錄單元R。
10.按權(quán)利要求4～9任一項(xiàng)所述裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示方法，其特征在于所述光篩圖是通過控制光篩屏按垂直線列打開光篩孔而得到的只有垂直線列的光柵圖。
全文摘要
本發(fā)明提供裸眼可視液晶快門光篩立體圖像顯示裝置，包括PC主機(jī)、圖像屏，PC主機(jī)內(nèi)設(shè)置有雙屏卡，圖像屏前方設(shè)置有液晶快門光篩屏，圖像屏和液晶快門光篩屏分別與雙屏卡相連接。將立體圖像的三維模型數(shù)據(jù)輸入PC主機(jī)中的雙屏卡；設(shè)定光篩數(shù)據(jù)，控制光篩屏打開相應(yīng)的光篩孔得到光篩圖，然后采用區(qū)域投影法，把立體圖像分區(qū)間記錄下來得到視差圖像數(shù)據(jù)，再進(jìn)行圖形處理后得到連續(xù)視差圖，光篩圖和連續(xù)視差圖組成立體圖像的記錄單元；雙屏卡把光篩圖和連續(xù)視差圖同步分別顯示在光篩屏和圖像屏上，即可看到立體圖像。本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域廣，觀看立體圖像不用配戴特殊眼鏡或頭盔，且可自由移動(dòng)從不同方向觀看立體圖像不同側(cè)面，不會(huì)引起眼睛疲勞。
文檔編號(hào)G06T17/00GK1808210SQ20061003334
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月27日
發(fā)明者張凱明, 張昭虹, 孫偉 申請人:張凱明