專利名稱：液晶屏像素非常規(guī)排列時裸眼3d圖像生成方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明專利涉及一種多視點立體圖像的生成方法及系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)可用于立體電視、立體平面廣告等。屬于電視技術及其圖像顯示處理領域。
背景技術：
隨著立體顯示技術的發(fā)展，三維顯示在日常生活中越來越普及化。目前的立體顯示技術主要有眼鏡式、裸眼式、體顯示等，其中眼鏡式立體顯示技術已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，但由于存在諸多弊端，比如觀看3D節(jié)目時3D眼鏡會給面部器官帶來比較明顯的不舒適感，特別是對于近視患者更是嚴重，所以裸眼式立體顯示技術立即得到了極大的關注。由于裸眼式立體顯示技術擺脫了眼鏡的束縛，觀看舒適度高，容易被用戶接受，國內外著名的科研機構和企業(yè)都在進行相關的技術研究和產(chǎn)品開發(fā)。主流的裸眼立體顯示技術的基本原理是在液晶屏上顯示出具有視差的立體圖像，然后利用狹縫光柵或者柱狀透鏡作為視差分割器件，觀看者的左右眼會接收到具有視差的立體圖像，并在人腦合成，產(chǎn)生立體感覺。在這種顯示技術中，光柵設計完成后，通過軟件生成與之匹配的裸眼3D圖像，在液晶屏上顯示，產(chǎn)生立體效果。液晶屏的像素排列方式和順序是光柵設計和信號生成的基礎。目前已知的技術方案多是基于常規(guī)的RGB像素排列順序進行的，且生成的立體圖中從相同原始2D子圖中提取出的像素以豎直方向排列。這種排列方式雖然簡單易行但是容易使水平方向與豎直方向的分辨率變化失衡，當前面加上光柵后產(chǎn)生嚴重的摩爾條紋，從而影響圖像質量。同時考慮到某些液晶屏的子像素排列方式并非RGB順序，可能是BGR或者GBR排列，即實際生產(chǎn)工藝中，由于其它元部件位置的變動，必須符合整機結構設計標準等因素，RGB順序的液晶屏往往倒置使用，這時像素順序變成了 BGR。在這種情況下，如果仍然按照上述方式進行立體圖的合成，則立體圖片的顏色會異常，或者立體圖像顯示錯亂，無法獲得正確的立體感覺?；诖?，本案提出一種用于像素特殊排列的液晶屏的裸眼3D實現(xiàn)方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開了一種由2D圖片生成3D圖片的像素提取及合成方法，適用于像素非常規(guī)排列條件下的多視點裸眼立體液晶顯示器。同時介紹了在該方法下多視點立體顯示系統(tǒng)的基本結構。為解決某些液晶屏像素的非常規(guī)排列引起的顏色異常問題，本發(fā)明提供了一種生成立體圖片的方法。假設每幅2D子圖的分辨率為MXN，本發(fā)明在此都以紅、綠、藍子像素為基本單元進行取點操作，并將按一定視角順序生成的每幅2D子圖編號。首先，從編號為I的第一幅2D子圖提取物理地址為(i-1) X3N+(i+l) %n+nX j+1 (i = 1、2…M的整數(shù),j =0、1H/2_1的整數(shù)，n為視點數(shù)，％表示取余運算)子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第一幅3D子圖中；從編號為2的第二幅2D子圖提取物理地址為(i-1) X3N+i% n+nX j+l(i = 1、2…M的整數(shù)，j = 0、1、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù))個子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第二幅3D子圖中；從編號為3的第三幅2D子圖提取物理地址為(i-l)X3N+(i-l)%n+nXj+l(i = 1、2…M的整數(shù)，j = 0、1、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù))個子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第三幅3D子圖中；從編號為4的第四幅2D子圖提取物理地址為(i-1) X3N+(i+4) %n+nXj+l(i = 1、2…M的整數(shù)，j = 0、1、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù))個子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第四幅3D子圖中；從編號為5的第五幅2D子圖提取物理地址為(i-1) X3N+(i+3) % n+nX j+l(i = 1、2…M 的整數(shù)，j = 0、1U/2_1 的整數(shù)，n 為視點數(shù))個子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第五幅3D子圖中；從編號為6的第六幅2D子圖提取物理地址為(i-1) X3N+(i+2) % n+nX j+l(i = IU的整數(shù)，j =O、I、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù))個子像素的灰度值，放在物理地址相同的待生成的第六幅3D子圖中；以此類推，第k幅2D子圖所提取像素的物理地址應該為(i-l)X3N+(i+8k)%n+nX j+1 (i = 1、2…M的整數(shù),j = 0、1、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù)，％表示取余運算)。同時注意，所生成的3D子圖中未從2D子圖中讀取到的物理地址的灰度值為零。進一步地，按照順序，讀取每幅3D子圖中灰度值不為零的像素，將其放到物理地址相同的待生成的立體圖片中，即將n幅3D子圖合并，生成一幅n視點的立體圖片。進一步地，液晶屏像素驅動單元讀取立體圖片相應像素灰度值進行顯示。后經(jīng)屏幕前的柱鏡光柵進行分光，便可在空間產(chǎn)生具有n個視點的立體圖像觀看區(qū)。為此，本發(fā)明所提供的適用于液晶屏像素非常規(guī)排列的立體圖片顯示系統(tǒng)包括2D圖像儲存模塊，儲存由多鏡頭拍攝或者通過3D軟件模擬多個鏡頭得到的多幅2D子圖；對于光柵式(柱透鏡光柵或者狹縫光柵)顯示來說，多視點裸眼立體顯示首先需要準備多幅內容不同的2D子圖。這些2D子圖是模擬人在不同位置觀看到的同一場景，是采用多鏡頭拍攝或者通過3D軟件模擬多個鏡頭生成得到的。多幅2D子圖之間場景相同但顯示視角上稍有差異。通過合理架設鏡頭到拍攝場景的距離、鏡頭高度，以及鏡頭之間的角度，得到多幅2D子圖，相鄰兩幅2D子圖之間視差符合人眼生理特征，視差過大或者過小，都不會給觀看者產(chǎn)生舒服的立體感覺。鏡頭架設結構如圖2所示。2D子圖像素提取模塊，從各幅2D子圖中提取所需信息生成對應的3D子圖。并非每幅2D子圖的所有像素值對其都有貢獻。因此，需要對每幅2D子圖按照相應的算法提取所需像素的灰度值，舍棄對本算法無用的信息值。此外，還必須要求所有2D子圖與最終生成的3D圖像具有相同的分辨率。假設2D子圖的分辨率為M*N，那么合成的3D圖的分辨率也為M*N，如果觀看視點數(shù)為n，則每幅2D子圖中所要提取的像素數(shù)為M*N/n。如果要產(chǎn)生n視點立體圖像，則整幅立體圖像的內容來自于n幅2D子圖，每幅2D子圖中的像素順序按照行排列。提取法則是，第k幅2D子圖所提取像素的物理地址應該為(i-l)*3N+(i+8-k) % n+n*j+l(i = 1、2…M 的整數(shù)，j = 0、1、2…N/2-1 的整數(shù)，n 為視點數(shù)，％表示取余運算)。同時注意，所生成的3D子圖中未從2D子圖中讀取到的物理地址的灰度值為零。并保持所提取的像素在各幅立體子圖中的位置與其在原來2D子圖中的位置相對應。3D子圖合成模塊，在得到各幅立體子圖后，按照相應的物理地址將各幅立體子圖中的有用信息填充到同樣分辨率大小的一幅圖中，便得到合成的立體圖。合成的立體圖信息如圖8所示。注意，在合成立體 圖時，將這些立體子圖的內容按照原2D子圖中的物理地址的順序依次填入待生成的立體圖中，這樣就形成了一幅包含有n幅2D子圖信息的立體圖片。顯示屏，將立體圖片在像素排列為BGR的液晶屏上的顯示。我們知道，顯示常用的液晶屏像素為豎條形排列，每個像素內包含RGB三個子像素，RGB三個子像素從左到右依次排列，且三個子像素構成一個正方形的像素。設每個子像素大小為P*3p，則一個完整像素的大小為3p*3p，液晶像素結構如圖2所示。對于BGR排列的非常規(guī)的液晶屏，其像素排列如圖9所示。由于仍然按照水平方向RGB三個像素為一個單元尋址并顯示，且每個子像素是按照對應的位置予以賦值，即圖像中的R值會賦給液晶屏上R地址的位置，所以，圖8所示的合成立體圖在BGR排列的液晶屏上顯示時，會得到如圖9所示的圖像。在圖9所示的圖像中，經(jīng)過上述處理后，最初的6幅2D圖中的有用像素在液晶屏上按照從左到右的順序依次顯示，與初始拍攝或者通過軟件工具架設的鏡頭順序完全一致，在輔以柱鏡光柵或者狹縫光柵的導光作用，觀看者的左右眼可以獲得符合人眼生理要求的具有一定視差的圖像，進而產(chǎn)生立體感覺。


圖I為子像素以BGR方式排列的非常規(guī)液晶屏2為三個紅綠藍子像素構成個像素3為拍攝多幅具有特定視差2D子圖的鏡頭架設結構4為本發(fā)明系統(tǒng)結構示意5為本發(fā)明系統(tǒng)的整體流程6為本發(fā)明中第k幅2D子圖各像素點提取過程流程7為實施例中6視點2D子圖像素的提取8為實施例中6視點立體圖像合成9為實施例中6視點液晶屏對立體圖像的讀取及顯示面說明401 2D子圖儲存模塊；402 2D子圖像素提取模塊；403 3D子圖生成模塊；404 3D子圖合成模塊；405立體圖像儲存模塊；406液晶屏；407柱鏡光柵；圖7(1)第一幅2D子圖；圖7(2)第一幅3D子圖；圖中數(shù)字“ I”表示從第一幅圖中提取的像素點；圖7(3)第二幅2D子圖；圖7(4)第二幅3D子圖；圖中數(shù)字“2”表示從第二幅圖中提取的像素點；圖7(5)第三幅2D子圖；圖7(6)第三幅3D子圖；圖中數(shù)字“3”表示從第三幅圖中提取的像素點；圖7(7)第四幅2D子圖；圖7(8)第四幅3D子圖；圖中數(shù)字“4”表示從第四幅圖中提取的像素點；圖7(9)第五幅2D子圖；圖7(10)第五幅3D子圖；圖中數(shù)字“5”表示從第五幅圖中提取的像素點；圖7(11)第六幅2D子圖；圖7(12)第六幅3D子圖；圖中數(shù)字“6”表示從第六幅圖中提取的像素點；“R”表示紅色子像素；“G”表示綠色子像素；“B”表示藍色子像素
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明，但并不是限制本發(fā)明。
將由多鏡頭拍攝或者通過3D軟件模擬多個鏡頭得到的多幅2D子圖儲存在2D圖像儲存模塊中。2D子圖像素提取模塊依據(jù)從第k幅2D子圖所提取像素的物理地址為(i-l)*3N+(i+8-k) % n+n*j+l(i = 1、2…M 的整數(shù)，j = 0、1、2…N/2-1 的整數(shù)，n 為視點數(shù)，％表示取余運算)的法則(其中k取值為I到n)，從各幅2D子圖中提取所需像素生成對應的3D子圖，未取到的物理地址對應在3D子圖中的灰度值為零。從第一幅2D子圖提取物理地址為(i-1) X3N+(i+l) % n+nX j+l(i = 1、2…M 的整數(shù)，j =0、1U/2_1 的整數(shù)，n為視點數(shù)，％表示取余運算)子像素的灰度值；從第二幅2D子圖提取物理地址為(i-l)*3N+i% n+n*j+l(i = 1、2…M的整數(shù)，j = 0、1、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù))個子像素的灰度值；從第三幅2D子圖提取物理地址為(i-l)*3N+(i-l) % n+n*j+l(i = 1、2…M的整數(shù)，j =0、1、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù))個子像素的灰度值；從第四幅2D子圖提取物理地址為(i-l)*3N+(i+4) % n+n*j+l(i = 1、2…M的整數(shù)，j = 0、1、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù))個子像素的灰度值；從第五幅2D子圖提取物理地址為(i_l)*3N+(i+3) %n+n*j+l(i = 1、2…M的整數(shù)，j = 0、1、2夂~2_1的整數(shù)，n為視點數(shù))個子像素的灰度值；從第六幅2D子圖提取物理地址為(i-l)*3N+(i+2) % n+n*j+l(i = 1、2…M的整數(shù)，j = O、 1、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù))個子像素的灰度值。3D子圖合成模塊依次讀取各個3D子圖中灰度值不為零的物理地址及其灰度值的大小，在保持物理地址不變的情況下，將灰度值填充在待生成的立體圖片中，并將此立體圖片保存在立體圖像儲存模塊中。液晶屏像素驅動單元讀取立體圖片相應像素灰度值進行顯示。后經(jīng)屏幕前的柱鏡光柵進行分光，便可在空間產(chǎn)生具有n個視點的立體圖像觀看區(qū)。其中光柵距顯示屏幕的距離等于光柵的焦距，每個柱鏡的直徑等于一個子像素的寬度與視點數(shù)的乘積；每個柱鏡的軸平行于從同一2D子圖中所提取像素的子像素的排列方向，即按照與同一像素中三個子像素相同的傾角放置，可以是(arctg3)° 或者(arctg4. 5)° 等。下面將結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細的說明，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互合成。實施例本實施例以6視點的裸眼立體圖像合成及顯示為例進行說明，2D子圖像素提取法則如圖7所示，合成的整幅立體圖像的內容來自于六幅2D子圖，其中，從第一幅2D子圖中周期性的提取第3、9、15、21、27……個子像素的灰度值生成第一幅立體子圖，從第二幅2D子圖中周期性的提取第2、8、14、20、26……個子像素的灰度值生成第二幅立體子圖，從第三幅2D子圖中周期性的提取第1、7、13、19、25……個子像素的灰度值生成第二幅立體子圖，從第四幅2D子圖中周期性的提取第6、12、18、24、30……個子像素的灰度值生成第四幅立體子圖，從第五幅2D子圖中周期性的提取第5、11、17、23、29……個子像素的灰度值生成第五幅立體子圖，從第六幅2D子圖中周期性的提取第4、10、16、22、28……個子像素的灰度值生成第六幅立體子圖。3D子圖合成模塊將圖7所示的6幅3D子圖合成后，儲存在立體圖像儲存模塊中，由液晶屏像素驅動單元讀取立體圖片相應像素灰度值進行顯示。在顯示屏前方適當位置平行放置柱鏡光柵膜進行分光，便可在空間產(chǎn)生具有6個視點的立體圖像觀看區(qū)。其中光柵距顯示屏幕的距離等于光柵的焦距，在本實施例中每個柱鏡的直徑等于6個子像素的寬度，柱鏡光柵與豎直方向的傾斜角度為(arctg3)°。
本發(fā)明巧妙改變像素提取法則可以生成2、4、6、8、9等多種實施例的多視場立體圖片。熟悉本領域的技術人員可根據(jù)本發(fā)明適當改變此法則，但凡在傾斜法提取像素的基 礎上所作的相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種液晶屏像素非常規(guī)排列時裸眼3D圖像生成方法和顯示系統(tǒng)，其特征在于顯示系統(tǒng)由2D子圖儲存模塊(401)、2D子圖像素提取模塊(402)、3D子圖生成模塊(403)、3D子圖合成模塊(404)、立體圖像儲存模塊(405)、液晶屏(406)、柱鏡光柵(407)組成；2D子圖像素提取模塊(402)從2D子圖儲存模塊(401)中讀取2D子圖后，利用規(guī)定的像素提取方法從中提取所需像素的物理地址及灰度值，生成相應的3D子圖并保存，由3D子圖合成模塊(404)讀取并生成立體圖片，保存在立體圖像存儲模塊(405)中，液晶屏(406)對立體圖片顯示后由柱鏡光柵(407)進行分光。
2.根據(jù)權利要求I所述的液晶屏像素非常規(guī)排列時裸眼3D圖像生成方法，其特征在于2D子圖像素提取模塊(402)所遵循的方法是，從分辨率為MXN的第k幅2D子圖所提取像素的物理地址應該為(i-1) X3N+(i+8-k) % n+nX j+1，其中i = I、2…M的整數(shù)，j =0、1、2…N/2-1的整數(shù)，η為視點數(shù)，％表示取余運算。
3.根據(jù)權利要求I與2所述的液晶屏像素非常規(guī)排列的裸眼3D圖像生成方法，其特征在于該公式從同一幅2D子圖中所提取像素，是相鄰每行上下錯開一列，與豎直方向以向右或者向左傾斜(arctg3)° ;則顯示系統(tǒng)中柱鏡光柵(407)必須以相同的傾角放置。
4.根據(jù)權利要求2所述的液晶屏像素非常規(guī)排列時裸眼3D圖像生成方法，其特征在于該公式從同一幅2D子圖中所提取像素，可以是每各一行上下錯開一列，與豎直方向以向右或者向左傾斜(arctg4. 5)° ;所以顯示系統(tǒng)中柱鏡光柵(407)傾斜角度取決于同一像素中子像素的錯開程度。
5.根據(jù)權利要求3與4所述的液晶屏像素非常規(guī)排列時裸眼3D圖像生成方法，其特征在于所生成的立體圖片中同一像素的三個子像素以相應的傾角傾斜排列。
6.根據(jù)權利要求2所述的液晶屏像素非常規(guī)排列時裸眼3D圖像生成方法，其特征在于從多幅2D子圖中讀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間的位置關系。
7.根據(jù)權利要求I所述的一種非常規(guī)像素排列的裸眼3D圖像生成方法，其特征在于生成的每幅3D子圖都與2D子圖——對應，相應的3D和2D子圖中相同物理地址處儲存從2D子圖中提取的像素灰度值；不同的物理地址處不儲存任何內容，灰度值設為零。
8.根據(jù)權利要求I所述的一種非常規(guī)像素排列的裸眼3D圖像生成方法和顯示系統(tǒng)，其特征在于光柵距顯示屏幕的距離等于光柵的焦距，柱鏡光柵中每個柱鏡的直徑等于子像素的寬度與視點數(shù)的乘積。
9.根據(jù)權利要求I所述的一種非常規(guī)像素排列的裸眼3D圖像生成方法，其特征在于此方法適用于像素以B、G、R非常規(guī)方式排列的液晶顯示屏幕。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液晶屏像素非常規(guī)排列時裸眼3D圖像生成方法和系統(tǒng)，可從多幅分辨率為M×N，且有視差的圖片中按照從第k幅2D子圖所提取像素的物理地址應該為(i-1)×3N+(i+8-k)％n+n×j+1(i＝1、2…M的整數(shù)，j＝0、1、2…N/2-1的整數(shù)，n為視點數(shù)，％表示取余運算)的方法提取相應的像素，從而合成一幅立體圖片。所述方法包括從每幅2D子圖中按照相應的公式有選擇的提取所需子像素的物理地址與灰度值，使同一副2D子圖像素的子像素變成按照一定角度的傾斜排列，在保持以上所取兩個變量不變的情況下，合成3D子圖。借助顯示系統(tǒng)中柱鏡光柵與所取像素傾角相同的原則進行分光顯示，便可在空間產(chǎn)生多個視點的裸眼圖像顯示區(qū)。此種方法解決了液晶屏像素的子像素排列順序為BGR排列時所遇到的圖像顯示混亂問題，方法操作簡單易行。
文檔編號H04N13/02GK102621702SQ201210048719
公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權日2012年2月20日
發(fā)明者劉維慧, 周強, 張魯殷, 李鵬, 王學水, 費繼揚, 鄧立苗 申請人:山東科技大學