本發(fā)明屬于計算機科學、圖像處理及光電技術的交叉技術領域，涉及一種基于柱透鏡光柵裸眼3D視區(qū)幾何建模方法，可廣泛應用于廣告、傳媒、教育等領域。

背景技術：

裸眼立體顯示技術是一種不需要佩戴任何輔助設備就得到立體顯示效果的顯示技術，由于其避免了輔助設備給人造成的不適感，使得人們可以獲得更舒適的觀看體驗，因而在顯示領域?qū)Υ说难芯吭絹碓蕉?，隨著研究的不斷深入，目前已經(jīng)具備一定的理論基礎和實踐經(jīng)驗，也取得了一系列成果。

目前，基于柱透鏡光柵的裸眼3D顯示技術以其顯示效果的優(yōu)越性和相對低廉的成本成為研究重點，然而由于柱透鏡光柵的裸眼3D顯示技術成像原理的限制，使得觀察者在觀看時無可避免的受到串擾的影響。在理想情況下，顯示器圖像中的每一個像素信息，經(jīng)過柱透鏡分像后分離，人的左眼只接收屏幕上提供的左圖像信息，而人的右眼只接收屏幕上提供的右圖像信，然而實際情況更加復雜，經(jīng)過柱透鏡分像的光線并沒有立即分離，因此在某些觀察點會出現(xiàn)這樣的情形：本該進入觀察者左眼的圖像信息進入到觀察者的右眼，而本該進入觀察者右眼的圖像信息進入了觀察者左眼，使得在大腦中是無法融合成立體圖像，這樣形成的圖像是偽立體圖像，這也導致了裸眼三維顯示系統(tǒng)只在某個特定的觀測區(qū)域能夠觀察到正確的立體圖像信息，除此之外過遠或者過近的觀測點都會受到串擾的影響，這個特定的合適觀測區(qū)域即為視區(qū)。且對于雙視點裸眼3D顯示系統(tǒng)而言，它的觀察視區(qū)很小，而視點數(shù)越多，獲取到正確立體圖像的概率也就越大，觀看角度也越廣，能支持多人同時觀看，但是對硬件的要求也越高。

為了保證裸眼3D顯示的顯示效果，必須保證串擾的影響被降低到一定范圍內(nèi)。如果在對成品的實際測量中發(fā)現(xiàn)成品串擾影響過大則必須重新設計與制造，這無疑增加了自由立體顯示器的設計與制造成本，因此，在顯示最合適觀察距離給出的情況下，建立視區(qū)幾何模型，可以根據(jù)不同的最適觀察距離來調(diào)整不同的顯示器參數(shù)減少串擾影響，從而能指導顯示器的設計與制造。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為自由立體顯示器的最優(yōu)設計和具體實現(xiàn)提供基礎和依據(jù)，建立視區(qū)幾何模型得出適宜觀看范圍的數(shù)學表達式。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種基于柱透鏡光柵裸眼3D視區(qū)幾何建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：針對為柱狀透鏡，取垂直于顯示面板的方向為Z軸，建立柱透鏡光柵裸眼3D視區(qū)的數(shù)學幾何模型；

步驟2：利用柱透鏡光傳輸特性以及幾何原理得出觀看距離與顯示器參數(shù)之間的關系。

本發(fā)明的優(yōu)點是：在基于柱透鏡光柵技術的自由立體顯示器設計制造前，根據(jù)設計要求，通過幾何理論模型指導其參數(shù)的選擇，從一定程度上能夠避免不必要的重新制造，從而能夠降低成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的裸眼3D顯示視區(qū)形成模型圖。

圖2是本發(fā)明實施例的視區(qū)幾何模型圖。

圖3是本發(fā)明實施例的單個柱透鏡光線傳輸圖。

具體實施方式

為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發(fā)明，下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供的一種基于柱透鏡光柵裸眼3D視區(qū)幾何建模方法，包括以下步驟：

步驟1：針對為柱狀透鏡，取垂直于顯示面板的方向為Z軸，建立柱透鏡光柵裸眼3D視區(qū)的數(shù)學幾何模型；

附圖1為柱狀透鏡裸眼3D顯示視區(qū)形成的示意圖，主觀察視區(qū)用CVZ表示，在CVZ內(nèi)，只能看到單個視圖的信息，而在其他視區(qū)，能同時接收到多幅視圖的圖像信息，形成的立體視覺受到嚴重影響。在最佳觀察距離處，4個子視區(qū)的寬度總和構成了主觀察視區(qū)的寬度。

以四視點裸眼3D自由立體顯示為例建立幾何模型，取垂直于顯示面板的方向為Z軸，建立幾何模型，如圖2所示。

步驟2：利用柱透鏡光傳輸特性以及幾何原理得出觀看距離與顯示器參數(shù)之間的關系；

步驟2.1：計算最遠觀察距離Dmax和最近觀察距離Dmin；

在最佳觀察距離處，4個子視區(qū)的寬度總和構成了觀察視區(qū)的寬度，且觀察視區(qū)形成的是閉合四邊形。圖1中：t表示子像素寬度；W表示顯示屏寬度；Vw表示觀察視區(qū)的寬度；q表示節(jié)點到像平面的距離Dopt表示最佳觀察距離；Dmax表示最遠觀察距離；Dmin表示最近觀察距離。由于t、q、r與Dmin、Dopt、Dmax相比值很小，所以忽略不計。

步驟2.2：計算第j列子視區(qū)到顯示屏的距離D_j，第j列子視區(qū)的寬度SV_wj，第j列子視區(qū)在Z軸的深度Hj；

其中，j代表第j列觀察視區(qū)。j的取值為0，±1，±2…±4。D_j表示第j列子視區(qū)到顯示屏的距離，SV_wj表示第j列子視區(qū)的寬度，Hj表示第j列子視區(qū)在Z軸的深度。假設SV_w為第0列子視區(qū)寬度，SV_w＝V_w/4。

隨著D_j的增大，子視區(qū)的寬度也增大，為了讓左、右眼分別處在不同的子視區(qū)內(nèi)，子視區(qū)寬度需滿足不超過兩眼間距，即SW_wj≤e，瞳距取值為65mm，因此得到：

從式(6)中可以看出，j_max的取值和D_opt處的子視區(qū)寬度SV_w成反比例關系，和顯示屏寬度W成正比例關系。本發(fā)明分析的是4視點顯示，所以j_max≤4。與j_max相對應的D_jmax可由式(3)和(6)得出：

D_jmax是第j_max列視區(qū)到顯示屏的最遠距離，其與D_opt成正比例關系，與SV_w成反比例關系，不受顯示器寬度W的影響。

步驟2.3：圖3所示為單個柱狀透鏡光線傳輸示意圖，其中，2a為雙眼瞳距，X為一個柱透鏡包含的子像素個數(shù)，p/X為一個子像素寬度t，θ₁為入射光線角度，θ₂為出射光線角度，單個子像素的最大視角依據(jù)柱透鏡光傳輸特性以及相似三角形原理可以得出如下關系：

綜合分析后可得出SV_wj、H_j、D_j、Q_j與各參數(shù)之間的關系。

最佳觀察距離D_opt由設計給出，觀察視區(qū)范圍和焦距f、子像素寬度t、顯示屏寬度W有關。

由公式(14)、(15)、(16)、(17)可以看出：

(1)當f、t一定時，顯示屏寬度W越大，主觀察視區(qū)到顯示屏的距離D_j越小，子觀察視區(qū)寬度SV_wj越小，子觀察視區(qū)深度H_j越小，子觀察視區(qū)內(nèi)的質(zhì)量因子Q_j越大；

(2)當f、W一定時，子像素寬度t越大，主觀察視區(qū)到顯示屏的距離D_j越大，子觀察視區(qū)寬度SV_wj越大，子觀察視區(qū)深度H_j越大，子視區(qū)內(nèi)的質(zhì)量因子Q_j越大；

(3)當t、W一定時，焦距f越大，主觀察視區(qū)到顯示屏的距離D_j越小，子觀察視區(qū)寬度SV_wj越小，子觀察視區(qū)深度H_j越小，子視區(qū)內(nèi)的質(zhì)量因子Q_j越小。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術。

應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應以所附權利要求為準。