基于振动光栅的裸眼立体显示方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及裸眼三维立体显示【技术领域】，为满足大立体观看视区或无立体观看视区限的制与立体图像高分辨率显示的双重需求，本发明采取的技术方案是，采用基于振动光栅的裸眼立体显示方法，包括下列步骤：1)利用基于像素单元的立体图像合成方法制作双视点立体合成图像；2)制作光栅，并将其安置在2D显示屏幕的前面或后面；3)将步骤2)中得到的光栅结构按照一定的速度在水平方向、倾斜方向、垂直方向上振动，或者按照专门设计的振动曲线或以子像素，或以像素，或以多个像素，或以多个子像素为基本单位进行振动；4)双视点合成图像随振动光栅结构、振动方向和振动规律的变化而变化。本发明主要应用于裸眼三维立体显示。
【专利说明】基于振动光栅的裸眼立体显示方法与装置【技术领域】
[0001]本发明涉及裸眼三维立体显示【技术领域】，特别涉及在保持立体图像高分辨率的前提下，增大裸眼三维显示的立体观看视区的装置和原理。具体讲，涉及采用振动光栅的裸眼立体显示方法与装置。
技术背景
[0002]裸眼立体显示技术近些年有了迅猛的发展。立体显示由于具有信息量大、视觉效果好等特点受到人们的青睐，在3D电影、3D电视、工业探测、医学检查、航天技术、娱乐表演等方面均具有广泛的应用前景。
[0003]裸眼立体显示技术由于不需要观看者佩戴任何辅助视具，比那些传统的、需要佩戴辅助视具的立体显示技术，能够带给人们更多的自由和更好的视觉体验，尤其对幼儿以及患有近视眼的观众更是如此。
[0004]目前，光栅式裸眼立体显示技术是利用左、右眼之间的视差来实现立体成像。具体做法是:将特制的光栅贴装在二维平板显示器上，再利用光栅对左右眼图像的透过、遮挡特点以及人的立体视觉特性，将左眼视点图像投射到观看者的左眼，右眼视点图像投射到观看者的右眼，从而使观看者获得立体感觉。
[0005]光栅是指附 着在画面或屏幕内或外面、能够使人利用双眼视差融像原理看到立体图像或立体视频的一种采用印刷或压制技术所制成的材料。用于自由立体显示的光栅可以分为三大类:狭缝光栅(俗称黑光栅)、棱柱镜光栅(俗称白光栅)、点阵式光栅。
[0006]由于双视点裸眼立体显示存在立体观看视区小的缺点，所以通常用在较小尺寸的屏幕上，如用在仅供一个人观看的手机屏幕上。为了在大尺寸的屏幕前获得较大的立体观看视区，通常的做法是将双视点立体显示变为多视点立体显示，比如采用5、8或9个视点等等。当采用双视点立体显示时，立体图像(这里的“图像” 一词既包括静止图像，也包括视频图像，后面相同)由两幅图像，也就是两个视点图像构成，在习惯上将这两幅图像分别称为左眼图像和右眼图像。显示时，用显示器上的一半像素来显示左眼图像，用另一半像素来显示右眼图像。由于只有两个视点，观看的方向和位置都是固定的，能够使观看者形成立体感的区域(立体观看视区)非常狭小且不连续，一旦人的头部发生轻微移动，或改变了观看的位置，或改变了观看方向，立体感可能会立即消失，出现反视差的情况。
[0007]为了解决双视点自由立体显示技术对观看位置、观看角度以及观看人数的限制，在较大尺寸的裸眼立体显示设备上通常采用多视点自由立体显示技术。多视点裸眼立体显示兼顾了双目视差和运动视差，利用多个视点的拼接组合，可以使多个观看者同时从不同位置和角度，欣赏到具有立体感的图像；并可使一个观看者在有效可视区域中一定范围内移动时，仍能够欣赏到具有立体感的图像。然而，多视点裸眼立体显示技术会造成立体图像分辨率大幅下降，仍然存在立体观看视区不连续的问题。例如，采用8视点显示时，合成图像由8幅视差略有不同的图像合成，立体图像的分辨率为2D显示器分辨率的1/8。如果将光栅倾斜放置，可以将立体图像在水平方向的分辨率的损失分配到垂直方向，立体图像水平分辨率Wk为屏幕图像水平分辨率W的3/K，立体图像垂直分辨率Hk为屏幕图像垂直分辨
率H的1/3。当K = 8时，立体图像的水平分辨率力*垂直分辨率为，也就
是说屏幕图像中1/8的子像素显示8幅视点图像中的一幅，这使得立体图像的分辨率大幅度降低。相对于双视点裸眼立体显示，多视点裸眼立体显示是以牺牲立体图像的分辨率来换取更大的立体观看视区范围，也就是说目前的多视点裸眼立体显示技术无法兼顾高分辨率与大立体观看区域的需求。虽然多视点裸眼立体显示相对于双视点立体显示能给观看者提供了更大的观看自由度，但提供给观看者的立体观看区域仍然是不连续的，也就是说当观看者的位置移动时，会在某些区域看到伪立体图像。
【发明内容】
[0008]为克服现有多视点裸眼立体显示技术的不足，本发明的宗旨是:在保持立体图像分辨率与双视点裸眼立体图像分辨率相同的情况下，增大立体观看视区范围直至无观看视区的限制，满足大立体观看视区或无立体观看视区限的制与立体图像高分辨率显示的双重需求。为此，本发明采取的技术方案是，采用基于振动光栅的裸眼立体显示方法，包括下列步骤:
[0009]I)利用基于像素单元的立体图像合成方法制作双视点立体合成图像，双视点图像是由在水平方向上具有一定视差异的两个视点的图像构成，也就是由左、右眼图像组成；其中一个像素单元是一个子像素，或一个像素，或多个子像素，或多个像素；
[0010]2)制作光栅 ，并将其安置在2D显示屏幕的前面或后面，与合成的立体图像配套使用；
[0011]3)将步骤2)中得到的光栅结构按照一定的速度在水平方向、倾斜方向、垂直方向上振动，或者按照专门设计的振动曲线或以子像素，或以像素，或以多个像素，或以多个子像素为基本单位进行振动；
[0012]4)双视点合成图像随振动光栅结构、振动方向和振动规律的变化而变化，即2D显示器中交替显示与各个视点位置相对应的合成图像。
[0013]对于竖直光栅，双视点立体合成图像是将左、右眼图像的2D图像重新排列，方向为竖直方向，遵循交替排列的原则，交替周期与光栅交替周期相同；对于倾斜光栅，立体合成图像使用的源图像仍然是左、右眼图像，但排列的方向和角度与光栅的倾斜角度相同，图像重新排列遵循左、右视点交替排列的原则，交替周期与光栅交替周期相同。
[0014]将其安置在2D显示屏幕的前面或后面，与合成的立体图像配套使用具体是:
LnL
[0015]D =南:
OLy
[0_ LW=~^'
T 2QLp
_7] hKr
[0018]其中，L表示裸眼立体显示的观看距离，Q为相邻观看视点之间的距离，Lp为2D显示屏幕上的像素或者子像素的宽度。
[0019]振动光栅中灌注的材料是快速液晶。
[0020]基于振动光栅的裸眼立体显示装置，包括:
[0021]二维显示器，用于显示双视点图像或双视点视频图像；
[0022]在二维显示器屏幕前、后贴装光栅，光栅垂直放置或者倾斜放置；
[0023]光栅结构按照一定的速度或在水平方向、或在倾斜方向、或在垂直方向上振动，或者按照专门设计的振动曲线以子像素、像素点或像素单元为单位进行振动，这里的光栅振动是指光栅结构发生的变化。
[0024]在二维显示器屏幕前、后贴装光栅满足:
【权利要求】
1.一种基于振动光栅的裸眼立体显示方法，其特征是，包括下列步骤: 1)利用基于像素单元的立体图像合成方法制作双视点立体合成图像，双视点图像是由在水平方向上具有一定视差异的两个视点的图像构成，也就是由左、右眼图像组成；其中一个像素单元是一个子像素，或一个像素，或多个子像素，或多个像素； 2)制作光栅，并将其安置在2D显示屏幕的前面或后面，与合成的立体图像配套使用； 3)将步骤2)中得到的光栅结构按照一定的速度在水平方向、倾斜方向、垂直方向上振动，或者按照专门设计的振动曲线或以子像素，或以像素，或以多个像素，或以多个子像素为基本单位进行振动； 4)双视点合成图像随振动光栅结构、振动方向和振动规律的变化而变化，即2D显示器中交替显示与各个视点位置相对应的合成图像。
2.如权利要求1所述的基于振动光栅的裸眼立体显示方法，其特征是，对于竖直光栅，双视点立体合成图像是将左、右眼图像的2D图像重新排列，方向为竖直方向，遵循交替排列的原则，交替周期与光栅交替周期相同；对于倾斜光栅，立体合成图像使用的源图像仍然是左、右眼图像，但排列的方向和角度与光栅的倾斜角度相同，图像重新排列遵循左、右视点交替排列的原则，交替周期与光栅交替周期相同。
3.如权利要求1所述的基于振动光栅的裸眼立体显示方法，其特征是，将其安置在2D显示屏幕的前面或后面，与合成的立体图像配套使用具体是:
4.一种基于振动光栅的裸眼立体显示装置，其特征是，包括:。 二维显示器，用于显示双视点图像或双视点视频图像； 在二维显示器屏幕前、后贴装光栅，光栅垂直放置或者倾斜放置；光栅结构按照一定的速度或在水平方向、或在倾斜方向、或在垂直方向上振动，或者按照专门设计的振动曲线以子像素、像素点或像素单元为单位进行振动，这里的光栅振动是指光栅结构发生的变化。
5.如权利要求4所述的基于振动光栅的裸眼立体显示装置，其特征是，在二维显示器屏幕前、后贴装光栅满足:
6.如权利要求4所述的基于振动光栅的裸眼立体显示装置，其特征是，二维平板显示器屏幕上显示的双视点图像或双视点视频随振动光栅结构、振动方向和振动规律的变化而变化，即2D显示器中交替显示与各个视点位置相对应的合成图像。
7.如权利要求4所述的基于振动光栅的裸眼立体显示装置，其特征是，光栅是棱柱镜光栅，或者是狭缝光栅，或者是点阵式光栅。
【文档编号】H04N13/04GK103984108SQ201410186590
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】侯春萍, 王晓燕 申请人:天津大学