CN102238411B

CN102238411B - 一种用于体视三维显示的图像显示方法

Info

Publication number: CN102238411B
Application number: CN 201110180789
Authority: CN
Inventors: 李海峰; 彭祎帆; 夏新星; 刘旭
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: CN102238411A

Abstract

本发明涉及一种用于体视三维显示的图像显示方法。配合视场拼接的显示原理获取三维显示系统的图像源。步骤包括：根据体视三维显示系统的显示空间和视场拼接原理，对输入的各个视角原始图像进行等分分割成若干图像区块；为使显示的图像都由三维物体不同视角图像分割和重组拼接而成，采用两种图像区块不同偏差程度的拼接法则对所有图像区块进行重组；根据体视三维显示装置设计参数和系统结构，对重组后的图像信息进行后续排布。本发明视具体的体视三维显示装置不同而采用灵活且操作性强的图像分割及拼接方法，其优点在于可用于各种体视三维显示方法中获取图像源。该方法可在较低的计算复杂度下获得高图像分辨率、高视角分辨率的拼接图像。

Description

一种用于体视三维显示的图像显示方法

技术领域

本发明涉及图像生成和显示方法，尤其涉及一种用于体视三维显示的图像显示方法。

背景技术

图像拼接技术一直是计算机视觉和图像处理领域的研究热点，而随着三维全景显示技术的高速发展，以三维方式设计的图像生成系统成为众多三维显示装置图像源获取采用的主要手段。以三维方式设计的图像生成系统是根据透视投影绘制方法，将三维图像信息再现在二维显示系统上。现有的体视三维显示装置大都依据在横向或者纵向通过视场拼接的方式提供足够多的观察视角，让观察者两只眼睛横跨不同的视角以获得细腻的三维感知。据此原理，二维显示系统上再现的图像信息与具体的三维显示装置视角设计参数有关，往往需要经过与所需呈现的视角信息相对应的图像处理过程。目前计算机图形学领域常用的处理思想是基于光场重建、像素点扫描的方式获取对应视角所需图像信息。该方法在计算机领域具有相当的普适性，并且所获取的各视角图像具有很高的分辨率与真实性，但由于算法上采用了点到点的扫描计算，需要借助于要求较高的数据计算系统，其原理和算法结构也较难以让非计算机领域人员理解并使用。

通常情况下，成功的三维显示装置需要综合考虑图像分辨率、三维显示效果、计算成本等诸多方面，目前已经开发出的体视三维显示装置受限于系统结构等因素对图像拼接的精度和真实性要求并不高，探求一种易于为非计算机领域人员所能理解并操作的图像生成方法更具实际应用价值。本发明的主要目的在于构建一种具备普适性的、可用于多种体视三维显示的图像显示方法，它包括具备较高拓展性的投影装置和具备较高灵活性和易操作性的图像生成方法，其初衷在于以非计算机领域的视角实现拼接视场体视三维显示的图像源的快速获取与处理，可广泛用于基于多投影显示或分时显示拼接原理的体视三维显示装置。其主体拼接规则可用具备普适性的简单公式归纳出，计算复杂度大大降低、整体操作简单灵活，拼接方法的可拓展性强。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术和图像生成方法的不足，提供一种用于体视三维显示的图像显示方法。

用于体视三维显示的图像显示方法是：采用投影显示装置，投影显示装置包括含有N*M个显示单元的图像显示阵列和定向散射屏，图像显示阵列设置于定向散射屏一侧并使图像显示阵列中的所有显示单元的图像投影到定向散射屏另一侧成像；图像显示方法的步骤如下：

1)获取所要呈现的三维物体横向第i、纵向第j个视角图像，并将横向第i、纵向第j个视角图像依次连接排列成N*M的一整幅原始图像，1≤i≤N、1≤j≤M；

2)将每一个视角图像等距切割，获取图像大小为d*d的横向第p、纵向第q块矩形图像，1≤p≤N、；

3)将切割后的横向第i、纵向第j个视角图像的N*M块矩形图像以横向间隔(N-2)*d、纵向间隔(M-2)*d宽度的方式等距展开，使所有块状图像等间隔排列，令各视角的图像等距切割后的块状图像为S_ij(p，q)，表示原横向第i、纵向第j个视角中的横向第p、纵向第q块矩形图像，再令重组后的投影图像为P(x，y)，表示拼接重组后整幅图像中横向第x、纵向第y矩形块位置的图像信息，根据如下任一种映射重组规则进行重新排布得拼接图像：

i.P(x，y)＝S_ij(p，q)，其中x＝(N-i)(N-2)+(N-1)(p-1)+1，y＝(M-j)(M-2)+(M-1)(q-1)+1；

ii.P(x，y)＝S_ij(p，q)，其中x＝(N-i)N+(N-1)(p-1)+1，y＝(M-j)M+(M-1)(q-1)+1；

4)根据投影显示装置参数及结构，将拼接重组的拼接图像从中心向外连续分割N*M个图像，每个图像大小为横向宽度N*d、纵向宽度M*d，将重新分割后的N*M个图像送入图像显示阵列中对应的显示单元。

所述的图像显示阵列是为实现横向视差的N*1阵列，或为实现包括横向和纵向视差的N*M阵列，对应的横向显示单元数N和纵向显示单元数M是相等或不等的。

所述的三维物体视角图像是由计算机模拟拍摄虚拟三维模型各视角的图像，或由相机在对应视角实际拍摄三维物体的图像。

所述的图像显示阵列是多个投影机组成的阵列，或由二维显示器和镜头阵列组成。

本发明的主要优点在于可广泛用于基于多投影显示或分时显示拼接原理的体视三维显示装置，以非计算机领域的视角实现拼接视场体视三维显示的图像源的快速获取与处理。其主体拼接规则可用具备普适性的简单公式归纳出，计算复杂度大大降低、整体操作简单灵活，利用常规的程序语言就可以实现，拼接方法的可拓展性强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是用于体视三维显示的图像显示方法的装置基本结构示意图；

图2是用于体视三维显示的图像生成方法流程及示意图；

图3是横向5个视角三维显示装置基本结构示意图；

图4是横向5个视角三维显示装置对应的图像生成方法示意图；

图5是视点观看到中心视角图像的拼接说明；

图中，图像显示阵列1、定向散射屏2、原始图像3、矩形图像4、拼接图像5、横向视角图像6、拼接后图像序列7。

具体实施方式

如图1所示，用于体视三维显示的图像显示方法是：采用投影显示装置，投影显示装置包括含有N*M个显示单元的图像显示阵列1和定向散射屏2，图像显示阵列1设置于定向散射屏2一侧并使图像显示阵列1中的所有显示单元的图像投影到定向散射屏2另一侧成像；图像显示方法的步骤如下：

1)获取所要呈现的三维物体横向第i、纵向第j个视角图像，并将横向第i、纵向第j个视角图像依次连接排列成N*M的一整幅原始图像3，1≤i≤N、1≤j≤M；

2)将每一个视角图像等距切割，获取图像大小为d*d的横向第p、纵向第q块矩形图像4，1≤p≤N、1≤q≤M；

3)将切割后的横向第i、纵向第j个视角图像的N*M块矩形图像以横向间隔(N-2)*d、纵向间隔(M-2)*d宽度的方式等距展开，使所有块状图像等间隔排列，令各视角的图像等距切割后的块状图像为S_ij(p，q)，表示原横向第i、纵向第j个视角中的横向第p、纵向第q块矩形图像，再令重组后的投影图像为P(x，y)，表示拼接重组后整幅图像中横向第x、纵向第y矩形块位置的图像信息，根据如下任一种映射重组规则进行重新排布得拼接图像5：

iii.P(x，y)＝S_ij(p，q)，其中x＝(N-i)(N-2)+(N-1)(p-1)+1，y＝(M-j)(M-2)+(M-1)(q-1)+1；

iv.P(x，y)＝S_ij(p，q)，其中x＝(N-i)N+(N-1)(p-1)+1，y＝(M-j)M+(M-1)(q-1)+1；

4)根据投影显示装置参数及结构，将拼接重组的拼接图像5从中心向外连续分割N*M个图像，每个图像大小为横向宽度N*d、纵向宽度M*d，将重新分割后的N*M个图像送入图像显示阵列1中对应的显示单元。

所述的图像显示阵列1是为实现横向视差的N*1阵列，或为实现包括横向和纵向视差的N*M阵列，对应的横向显示单元数N和纵向显示单元数M是相等或不等的。所述的三维物体视角图像是由计算机模拟拍摄虚拟三维模型各视角的图像，或由相机在对应视角实际拍摄三维物体的图像。所述的图像显示阵列1是多个投影机组成的阵列，或由二维显示器和镜头阵列组成。

实施例

用于体视三维显示的图像显示方法可用于基于多投影显示或分时显示拼接原理的体视三维显示装置，下面结合具体实施例附图明本发明的工作过程如下：这里以实现5个横向视角视差的视场拼接体视三维显示装置为例，图像显示阵列1包括横向排布的5个投影机，分别记为PA-PE，定向散射屏2在纵向散射光线，在横向不散射光线。5个投影机均向纵向散射屏2的同一位置投影图像并经由纵向散射屏2在纵向展开，以在另一侧获得足够的纵向观察视角。之所以叫做视场拼接体视三维显示，首先在于该方法仍属于视差型三维显示，其次在于通过该显示方法获得的任一观察视角图像都是由一系列竖条图像拼接而成。

图像生成部分，首先通过计算机模拟拍摄三维物体获取横向5个视角的图像6，分别记为A-E，拍摄视角间隔和参数与显示系统参数相同。将视角图像A-E分别都切割成图像宽度为d的5个竖条图像，记为A1-A5，B、C、D、E视角图像亦进行同样处理。将每一个视角的5条竖条图像以间隔3×d宽度的方式等距展开，令各视角分割后的竖条图像为S_i(p)，表示第i横向视角中的第p竖条图像，再令重组后的投影图像为P(x)，表示拼接重组后整幅图像中的第x竖条位置的图像信息，根据拼接法则P(x)＝S_i(p)，其中x＝(5-i)*5+4*(p-1)+1重新排布得到拼接后图像序列7。

为使视场拼接体视三维显示系统能够在合适的视角范围内重现对应视角图像，将拼接后的图像序列按照每5条竖条图像宽度切割为5个图像区块，如图4所示，记为图像A’-E’，分别送入投影机PA-PE作为投影显示图像源。

于是在定向散射屏2的另一侧便可观察到三维物体5个视角图像，任一视角图像都是由分别来自5台投影机投影的5条竖条图像拼接组成，如图5所示，视点V处观看到的中心视角图像由分别来自于5台投影机的竖条图像C1-C5拼接构成，其他视角情况类似。

虽然这里是通过示意和举例的方式对本发明进行进一步描述的，但应该认识到，本发明并不局限于上述实施方式和实施例，前文的描述只被认为是说明性的，而非限制性的，本领域技术人员可以做出多种变换或修改，只要没有离开所附权利要求中所确立的范围和精神实质，均视为在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于体视三维显示的图像显示方法，采用投影显示装置，投影显示装置包括含有N*M个显示单元的图像显示阵列（1）和定向散射屏（2），图像显示阵列（1）设置于定向散射屏（2）一侧并使图像显示阵列（1）中的所有显示单元的图像投影到定向散射屏（2）另一侧成像；特征在于图像显示方法的步骤如下：

1)获取所要呈现的三维物体横向第i、纵向第j个视角图像，并将横向第i、纵向第j个视角图像依次连接排列成N*M的一整幅原始图像（3），1≤i≤N、1≤j≤M；

2)将每一个视角图像等距切割，获取图像大小为d*d的横向第p、纵向第q块矩形图像（4），1≤p≤N、1≤q≤M；

3)将切割后的横向第i、纵向第j个视角图像的N*M块矩形图像以横向间隔(N-2)*d、纵向间隔(M-2)*d宽度的方式等距展开，使所有块状图像等间隔排列，令各视角的图像等距切割后的块状图像为S_ij(p，q)，表示原横向第i、纵向第j个视角中的横向第p、纵向第q块矩形图像，再令重组后的投影图像为P(x，y)，表示拼接重组后整幅图像中横向第x、纵向第y矩形块位置的图像信息，根据如下任一种映射重组规则进行重新排布得拼接图像（5）：

P(x，y)=S_ij(p，q)，其中x=(N-i)(N-2)+(N-1)(p-1)+1，y=(M-j)(M-2)+(M-1)(q-1)+1；

P(x，y)=S_ij(p，q)，其中x=(N-i)N+(N-1)(p-1)+1，y=(M-j)M+(M-1)(q-1)+1；

4)根据投影显示装置参数及结构，将拼接重组的拼接图像（5）从中心向外连续分割N*M个图像，每个图像大小为横向宽度N*d、纵向宽度M*d，将重新分割后的N*M个图像送入图像显示阵列（1）中对应的显示单元。

2.根据权利要求1所述的一种用于体视三维显示的图像显示方法，其特征在于所述的图像显示阵列（1）是为实现横向视差的N*1阵列，或为实现包括横向和纵向视差的N*M阵列，对应的横向显示单元数N和纵向显示单元数M是相等或不等的。

3.根据权利要求1所述的一种用于体视三维显示的图像显示方法，其特征在于所述的图像显示阵列（1）是多个投影机组成的阵列，或由二维显示器和镜头阵列组成。