本發(fā)明涉及的是一種信號(hào)和圖像處理
技術(shù)領(lǐng)域：
的系統(tǒng)，具體是一種基于空域的心理視覺(jué)調(diào)制信息顯示技術(shù)。
背景技術(shù)：
：隨著顯示技術(shù)的飛速發(fā)展，如今顯示設(shè)備擁有非常高的像素密度。例如主流的液晶顯示屏支持1920*1080的分辨率；新興提出的視網(wǎng)膜顯示屏、4K超高清電視等支持更高的分辨率。然而，人眼在一定觀看距離下的分辨能力有限。研究顯示，在普通觀看距離下，人眼的分辨極限是300像素點(diǎn)每英寸(PPI)。在一般情況下更高的像素密度將造成冗余。因此，單個(gè)顯示裝置可以利用這種冗余，同時(shí)為多個(gè)用戶提供各自獨(dú)立的視覺(jué)信號(hào)。同樣，在時(shí)域上也存在相似的心理視覺(jué)冗余?，F(xiàn)代光電顯示設(shè)備可以提供120Hz甚至更高的刷新頻率，而人眼視覺(jué)系統(tǒng)無(wú)法分辨超過(guò)臨界閃爍頻率(約60Hz)的光學(xué)信號(hào)。為了挖掘現(xiàn)代高速顯示設(shè)備在時(shí)域上的冗余，近期武筱林、翟廣濤提出了基于時(shí)域心理視覺(jué)調(diào)制的信息顯示技術(shù)：WO2012175039A1，公開(kāi)日2012-12-27，“Image/informationdisplaysystemandmethodbasedontemporalpsycho-visualmodulation”(基于時(shí)域心理視覺(jué)調(diào)制的圖像/信息顯示系統(tǒng)及方法)。該方法利用輔助觀看裝置通過(guò)調(diào)節(jié)從高速顯示裝置的顯示面到人眼的光強(qiáng)傳遞率實(shí)現(xiàn)對(duì)高速顯示裝置播出的構(gòu)圖基序列的時(shí)域幅度調(diào)制，從而使一個(gè)或多個(gè)用戶通過(guò)該輔助觀看裝置或無(wú)輔助觀看裝置看到顯示設(shè)備播放不同的信息/圖像。然而現(xiàn)有的技術(shù)并未利用基于空域的心理視覺(jué)冗余。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于空域心理視覺(jué)調(diào)制的信息/圖像顯示系統(tǒng)及方法，通過(guò)空域調(diào)制的方式充分利用了高分辨率顯示設(shè)備的視覺(jué)冗余和顯示信息內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。如圖1所示，本發(fā)明涉及一種基于空域心理視覺(jué)調(diào)制的信息/圖像顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)高分辨率的顯示裝置和與之匹配且可根據(jù)用戶需求定制的輔助觀看裝置。在本發(fā)明中，我們將一組構(gòu)圖基以特定的空間排列在一個(gè)高分辨率顯示設(shè)備上播出。不同于簡(jiǎn)單的空域復(fù)用顯示方式中在屏幕上同時(shí)顯示多個(gè)完整圖像，任一區(qū)域所播放的SPVM的構(gòu)圖基只是多副圖像的共有的組成部分或一副圖像的組成部分。對(duì)于裸眼用戶，所述構(gòu)圖基組直接進(jìn)入人眼，并融合成有意義的圖像。對(duì)于有輔助觀看裝置的，顯示設(shè)備所播放的構(gòu)圖基組輔助觀看裝置進(jìn)行空域幅度調(diào)制，調(diào)制后的信息最終通過(guò)用戶人眼視覺(jué)系統(tǒng)在人腦中融合成其所需的圖像。由于對(duì)同一系列構(gòu)圖基組不同的空域幅度調(diào)制可以形成不同的畫(huà)面，多個(gè)用戶可以通過(guò)各自的輔助觀看裝置對(duì)這些構(gòu)圖基組做不同調(diào)制再通過(guò)自己的人眼視覺(jué)系統(tǒng)融合成所需圖像。SPVM顯示不僅能夠用同一顯示裝置為多個(gè)用戶顯示多畫(huà)面，還能解決傳統(tǒng)空域復(fù)用顯示技術(shù)中單純依靠輔助觀看裝置進(jìn)行調(diào)制的局限，提供有意義的裸眼視圖。所述的輔助觀看裝置位于高分辨率顯示設(shè)備和人眼之間，通過(guò)調(diào)節(jié)顯示面與人眼之間的光強(qiáng)傳遞率實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示設(shè)備不同構(gòu)圖基的空域幅度調(diào)制。根據(jù)不同用戶需求與構(gòu)圖基組，可以為一個(gè)或多個(gè)用戶定制不同輔助觀看裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高分辨率顯示裝置播放的不同構(gòu)圖基進(jìn)行空域幅度調(diào)制，使不同用戶可以從同一顯示設(shè)備上觀看到不同的內(nèi)容。所述的輔助觀看裝置以像素或像素塊為單位，各單位之間獨(dú)立地對(duì)構(gòu)圖基組進(jìn)行空域幅度調(diào)制。進(jìn)一步地，該輔助觀看裝置通過(guò)對(duì)顯示面到人眼的光線從全阻隔、半透明到全通過(guò)，即0至1之間任意調(diào)節(jié)的加權(quán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)圖基組的幅度調(diào)制。更進(jìn)一步地，對(duì)于每一個(gè)特定輔助觀看裝置視圖，對(duì)構(gòu)圖基組的不同構(gòu)圖基可以有不同的調(diào)制權(quán)值。優(yōu)選地，該輔助觀看裝置可為光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置，例如兩片分別對(duì)應(yīng)左右眼的偏振玻璃，同時(shí)對(duì)與之匹配的顯示裝置不同像素或像素塊發(fā)出的光進(jìn)行不同方向的偏振。該光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置通過(guò)改變與顯示裝置發(fā)出光的偏振方向所成的角度，根據(jù)需要的調(diào)制權(quán)重，在全阻隔到全通過(guò)之間任意調(diào)節(jié)其透光率。本發(fā)明涉及一種全新的基于空域心理視覺(jué)調(diào)制(SPVM)的信息/圖像顯示方法，顯示設(shè)備通過(guò)以某空域排列播出構(gòu)圖基組X1，X2，…，XM，M為一個(gè)正整數(shù)，這些構(gòu)圖基組經(jīng)過(guò)空域調(diào)制或直接進(jìn)入人眼，融合成信息/圖像。所述合成圖像具體是指：不同用戶通過(guò)不同的空域調(diào)制權(quán)重向量對(duì)顯示裝置呈現(xiàn)的同一構(gòu)圖基組作不同的空域幅度調(diào)制與融合來(lái)獲取自己需要的圖像，或通過(guò)裸眼觀看的用戶在不進(jìn)行調(diào)制的情況下直接融合成圖像。所述的構(gòu)圖基組X1，X2，…，XM，M是大于或等于2的正整數(shù)，與之對(duì)應(yīng)地，構(gòu)圖基組經(jīng)過(guò)輔助觀看裝置不同權(quán)重的空域調(diào)制后生成的圖像Y1，Y2，…，YN，N是的正整數(shù)。而對(duì)于裸眼用戶，未經(jīng)調(diào)制的空域信號(hào)融合成的圖像為Y0。上述能夠同時(shí)為使用和不使用輔助觀看裝置的用戶提供不同圖像內(nèi)容是SPVM技術(shù)的最具代表性獨(dú)特功能。為了實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能，可以通過(guò)調(diào)整空域調(diào)制權(quán)重向量W和構(gòu)圖基組X1，X2，…，XM來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述調(diào)制權(quán)重向量W，其為N行M列，由M×N個(gè)權(quán)值組成，其中M和N分別對(duì)應(yīng)與構(gòu)圖基組數(shù)量與不同輔助觀看裝置的數(shù)量。進(jìn)一步地，對(duì)于每一個(gè)最終生成的圖像Yi，都由構(gòu)圖基組內(nèi)的所有元素經(jīng)過(guò)不同的空域調(diào)制后的在人眼中融合而成。由于對(duì)于顯示裝置，播放的構(gòu)圖基光強(qiáng)不可能為負(fù)值，即必須滿足X非負(fù)。同時(shí)對(duì)于輔助觀看裝置，若選用非自發(fā)光式，其透光率非負(fù)且無(wú)法增強(qiáng)原有光強(qiáng)，即調(diào)制系數(shù)只能在0和1之間。上述過(guò)程具體可表示為：Yi=Σj=1MXjWji]]>其中1≤i≤N；0≤Xj≤255對(duì)于無(wú)輔助觀看裝置的裸眼用戶，其視圖為所有未調(diào)制的構(gòu)圖基組的疊加，即：Y0=Σj=1MXj]]>其中0≤X≤255故對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，為使不同用戶通過(guò)各自的輔助觀看裝置看到各自所需圖像，需求解如下矩陣非負(fù)分解問(wèn)題：minX·W||sY-XW||F]]>其中0≤W≤1；0≤X≤255通過(guò)求得上述問(wèn)題的最優(yōu)解，根據(jù)給定的需求圖像Y，求解構(gòu)圖基組X和與之對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量W，最終使等式得到充分滿足。然而，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，不同顯示設(shè)備的亮度曲線不同(即相同灰度值所顯示的亮度值不同)，從而造成了顯示效果的差異。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，上述兩種系統(tǒng)在顯示器像素密度較低時(shí)，在下采樣的過(guò)程中會(huì)發(fā)生混疊，造成失真。為了提升系統(tǒng)在不同顯示設(shè)備上的顯示效果，我們提出了兩種針對(duì)基于時(shí)域、空域心理視覺(jué)調(diào)制的圖像信息顯示系統(tǒng)顯示效果優(yōu)化方法。針對(duì)不同顯示設(shè)備的亮度響應(yīng)曲線不同而造成的顯示效果差異，我們提出了將原有針對(duì)灰度值的疊加運(yùn)算映射到亮度域的方法。心理視覺(jué)調(diào)制技術(shù)的核心是對(duì)視覺(jué)信號(hào)的分解與融合，所謂融合是利用人眼視覺(jué)系統(tǒng)的感知特性，對(duì)所播放的構(gòu)圖基進(jìn)行融合并最終形成目標(biāo)圖像。在人眼視覺(jué)系統(tǒng)中，融合是在亮度域上進(jìn)行的，即視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)感知人眼視網(wǎng)膜上成像的亮度來(lái)分辨色彩等信息。然而多數(shù)顯示設(shè)備的像素灰度值與實(shí)際顯示的亮度并非線性，原有的基于時(shí)域、空域心理視覺(jué)調(diào)制的信息顯示理論只是簡(jiǎn)單的利用像素灰度值進(jìn)行疊加求解，并未考慮顯示器的特性，故針對(duì)不同顯示設(shè)備，可能造成顯示效果較差。故為了使系統(tǒng)在不同顯示設(shè)備上得相似的顯示效果，即裸眼用戶和佩戴輔助觀看裝置的用戶同時(shí)觀看到其所需要的畫(huà)面，需要在原有時(shí)Yi=Σj=1MXjWji]]>其中1≤i≤N；0≤Xj≤255域與空域調(diào)制表達(dá)式中，將灰度值Xj首先映射到亮度域。具體的映射方法為：首先利用亮度計(jì)對(duì)顯示設(shè)備三通道的灰度值對(duì)應(yīng)的亮度曲線分別進(jìn)行測(cè)量，共得到256*3＝768個(gè)值。在具體實(shí)施例中我們利用MinoltaDisplayColorAnalyzerCA-210型號(hào)的亮度計(jì)，對(duì)型號(hào)為L(zhǎng)GD2792PB的顯示器進(jìn)行亮度相應(yīng)曲線進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的灰度-亮度值映射曲線如下圖2所示。在獲得亮度值與灰度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，我們可以將亮度值進(jìn)行歸一化，故可將Xj映射到(0，1)的區(qū)間內(nèi)。故原有的矩陣非負(fù)分解問(wèn)題可變?yōu)椋簃inX·W||sY-XW||F]]>其中0≤W≤1；0≤X≤1其中X∈(0，1)為歸一化后的亮度值。通過(guò)按原有的基于時(shí)域、空域心理視覺(jué)調(diào)制的信息顯示理論所提供的方式進(jìn)行求解，最終得到構(gòu)圖基組矩陣X＝(X1，X2，…，XM)。最終，將所要播放的構(gòu)圖基組矩陣X根據(jù)亮度曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系映射到灰度域上，從而最終得到需要顯示的像素灰度值。在具體的實(shí)施例中，我們利用基于空域的心理視覺(jué)調(diào)制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了裸眼看到對(duì)于LGD2792PB顯示器不進(jìn)行上述優(yōu)化步驟的效果如圖3所示，而經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化步驟的顯示效果如圖4所示?？梢钥闯觯?jīng)過(guò)優(yōu)化后的融合效果較好。針對(duì)像素密度較低的顯示設(shè)備，我們提出對(duì)視覺(jué)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理以防止直接下采樣產(chǎn)生的混疊現(xiàn)象。在基于空域的心理視覺(jué)調(diào)制的雙畫(huà)面顯示系統(tǒng)中，裸眼用戶和佩戴匹配觀看眼鏡的用戶可以同時(shí)分別看到不同的畫(huà)面。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，令X1播放戴眼鏡視圖，同時(shí)播放構(gòu)圖基X2＝Y(jié)0-X1。為了避免X2＜0，我們可以將Y0、X1分別映射到區(qū)間[128，255]和[0，127]。通過(guò)這種方式可以實(shí)現(xiàn)一屏雙顯。然而，這種實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)弊端是將原有視頻信息的分辨率直接減半。在實(shí)際使用場(chǎng)景中，當(dāng)我們希望在低像素密度顯示設(shè)備上播放實(shí)際尺寸較小的文字時(shí)，其像素大小也被限制。在這種情況下直接進(jìn)行下采樣會(huì)造成嚴(yán)重的混疊現(xiàn)象，對(duì)于英文字母如e和c將難以區(qū)分，而一些自然圖像出現(xiàn)了偽輪廓。這將影響觀看者的使用體驗(yàn)，甚至?xí)茐脑械膱D像內(nèi)容信息。故對(duì)于上述情況，我們?cè)谙到y(tǒng)對(duì)信號(hào)降采樣之前首先對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行高斯濾波處理。所使用濾波器表達(dá)式為：H(u,v)=e-D2(u,v)/2σ2]]>式中D(u，v)為點(diǎn)到頻域矩形中心的距離。在具體實(shí)施例中，我們使用了市場(chǎng)上現(xiàn)有的被動(dòng)式3D顯示器，采用了隔行偏振的方式將屏幕分為兩個(gè)區(qū)域，播放不同的構(gòu)圖基。故在此系統(tǒng)中，圖像在豎直方向被降采樣，故僅需要做一維高斯濾波。由于是對(duì)源圖像進(jìn)行隔行降采樣，故我們將濾波模版設(shè)置為2*1，并且設(shè)置σ2＝3從而獲得最佳顯示效果。附圖說(shuō)明通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1是本發(fā)明一實(shí)施例原理圖。圖2是顯示器測(cè)量數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的灰度-亮度值映射曲線。圖3是顯示器不進(jìn)行本發(fā)明所述優(yōu)化步驟后的隱藏效果圖。圖4是經(jīng)過(guò)本發(fā)明所述優(yōu)化步驟后的隱藏效果圖。具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例：基于空域心理視覺(jué)調(diào)制的多用戶顯示系統(tǒng)通過(guò)SPVM信息顯示技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)觀看同一屏幕所播放不同內(nèi)容的系統(tǒng)實(shí)例。根據(jù)上述SPVM技術(shù)，一屏多顯功能可以通過(guò)根據(jù)需求設(shè)定的Y0，Y1，Y2，...，YN，求解以下矩陣非負(fù)分解問(wèn)題minX·W||sY-XW||F]]>subjectto0≤W≤1；0≤X≤255通過(guò)計(jì)算確定構(gòu)圖基組矩陣X＝(X1，X2，…，XM)以及對(duì)應(yīng)每個(gè)輔助觀看裝置的調(diào)制權(quán)重矩陣Wi=W1iW2i···WMi]]>中所有元素的值。利用特定的高分辨率顯示設(shè)備的不同像素塊分別播放不同構(gòu)圖基，可以使通過(guò)不同用戶通過(guò)其對(duì)應(yīng)的輔助觀看裝置Wi可以觀察到相應(yīng)的所需圖像Yi。特別地，現(xiàn)有的主流被動(dòng)式3D顯示設(shè)備，其原理是將屏幕隔行分成兩個(gè)部分，分別對(duì)應(yīng)左、右眼畫(huà)面，并對(duì)兩個(gè)部分發(fā)出的光進(jìn)行方向相互正交的線偏振。與之匹配的輔助觀看眼鏡左、右眼鏡片分別為與屏幕相應(yīng)區(qū)域偏振方向相同的偏振膜。該顯示設(shè)備及其輔助觀看眼鏡可以實(shí)現(xiàn)基于SPVM的一屏多顯系統(tǒng)。對(duì)于該系統(tǒng)，令屏幕隔行播放構(gòu)圖基組X1，X2，而原輔助觀看眼鏡左眼鏡片對(duì)應(yīng)的調(diào)制權(quán)重矩陣即對(duì)X1全通過(guò)而X2全阻隔；右眼鏡片對(duì)應(yīng)的調(diào)制權(quán)重矩陣即對(duì)X1全阻隔而X2全通過(guò)。若需要讓裸眼用戶看到畫(huà)面U1，同時(shí)佩戴輔助觀看眼鏡的用戶可以看到U2畫(huà)面，可以直接令X1＝U1，X2＝U2-U1。為避免出現(xiàn)U2-U1＜0的情況，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中先將U2畫(huà)面灰度值從原來(lái)[0，255]范圍映射到[128，255]區(qū)間，即U′2＝U2/2+128，同時(shí)將U1畫(huà)面映射到[0，127]的灰度值區(qū)間，即U′1＝U1/2。實(shí)驗(yàn)表明，映射前后圖像的畫(huà)面質(zhì)量變化不大。通過(guò)上述方法，在顯示裝置上隔行播放構(gòu)圖基X1＝U′1＝U1/2與X2＝U′2-U′1＝U2/2+128-U1/2，裸眼用戶可以直接觀看到Y(jié)0＝X1+X2＝U′2畫(huà)面，而佩戴左右眼鏡片調(diào)制權(quán)重均為W左的輔助觀看眼鏡的用戶，可以看到Y(jié)1＝X1＝U′1畫(huà)面。最終實(shí)現(xiàn)一屏多顯。本發(fā)明的此類一屏多顯實(shí)例可以有多種不同的應(yīng)用場(chǎng)合。在展會(huì)等場(chǎng)所中，可以令上述U1為介紹視頻，同時(shí)令U2為其它資料。對(duì)于普通觀眾，可以直接用裸眼看到視頻信息。而對(duì)于需要了解其他資料的用戶可以通過(guò)佩戴對(duì)應(yīng)的輔助觀看眼鏡看到更多介紹信息。對(duì)于商場(chǎng)等，可以將原有的玻璃幕墻做成與顯示面對(duì)應(yīng)的輔助觀看裝置，這樣對(duì)于商場(chǎng)外的行人，可以透過(guò)輔助觀看玻璃看到商場(chǎng)內(nèi)顯示裝置播放的宣傳海報(bào)，而進(jìn)入商場(chǎng)后，用戶將不透過(guò)輔助觀看玻璃，用裸眼看到關(guān)于商品的詳細(xì)信息。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3