[发明专利]基于振动光栅的裸眼立体显示方法与装置

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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。

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为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

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：

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多个子像素；

2)制作光栅，并将光栅安置在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或倾斜方向或垂直方向上振动，或者按照专门设计的振动曲线或以子像素或以多个子像素为基本单位进行振动；