基于空域心理视觉的图像信息显示系统及方法与流程

本发明涉及的是一种信号和图像处理
技术领域：
的系统，具体是一种基于空域的心理视觉调制信息显示技术。
背景技术：
：随着显示技术的飞速发展，如今显示设备拥有非常高的像素密度。例如主流的液晶显示屏支持1920*1080的分辨率；新兴提出的视网膜显示屏、4K超高清电视等支持更高的分辨率。然而，人眼在一定观看距离下的分辨能力有限。研究显示，在普通观看距离下，人眼的分辨极限是300像素点每英寸(PPI)。在一般情况下更高的像素密度将造成冗余。因此，单个显示装置可以利用这种冗余，同时为多个用户提供各自独立的视觉信号。同样，在时域上也存在相似的心理视觉冗余。现代光电显示设备可以提供120Hz甚至更高的刷新频率，而人眼视觉系统无法分辨超过临界闪烁频率(约60Hz)的光学信号。为了挖掘现代高速显示设备在时域上的冗余，近期武筱林、翟广涛提出了基于时域心理视觉调制的信息显示技术：WO2012175039A1，公开日2012-12-27，“Image/informationdisplaysystemandmethodbasedontemporalpsycho-visualmodulation”(基于时域心理视觉调制的图像/信息显示系统及方法)。该方法利用辅助观看装置通过调节从高速显示装置的显示面到人眼的光强传递率实现对高速显示装置播出的构图基序列的时域幅度调制，从而使一个或多个用户通过该辅助观看装置或无辅助观看装置看到显示设备播放不同的信息/图像。然而现有的技术并未利用基于空域的心理视觉冗余。技术实现要素：本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于空域心理视觉调制的信息/图像显示系统及方法，通过空域调制的方式充分利用了高分辨率显示设备的视觉冗余和显示信息内容的统计相关性。如图1所示，本发明涉及一种基于空域心理视觉调制的信息/图像显示系统，该系统包括一个高分辨率的显示装置和与之匹配且可根据用户需求定制的辅助观看装置。在本发明中，我们将一组构图基以特定的空间排列在一个高分辨率显示设备上播出。不同于简单的空域复用显示方式中在屏幕上同时显示多个完整图像，任一区域所播放的SPVM的构图基只是多副图像的共有的组成部分或一副图像的组成部分。对于裸眼用户，所述构图基组直接进入人眼，并融合成有意义的图像。对于有辅助观看装置的，显示设备所播放的构图基组辅助观看装置进行空域幅度调制，调制后的信息最终通过用户人眼视觉系统在人脑中融合成其所需的图像。由于对同一系列构图基组不同的空域幅度调制可以形成不同的画面，多个用户可以通过各自的辅助观看装置对这些构图基组做不同调制再通过自己的人眼视觉系统融合成所需图像。SPVM显示不仅能够用同一显示装置为多个用户显示多画面，还能解决传统空域复用显示技术中单纯依靠辅助观看装置进行调制的局限，提供有意义的裸眼视图。所述的辅助观看装置位于高分辨率显示设备和人眼之间，通过调节显示面与人眼之间的光强传递率实现对显示设备不同构图基的空域幅度调制。根据不同用户需求与构图基组，可以为一个或多个用户定制不同辅助观看装置，从而实现对高分辨率显示装置播放的不同构图基进行空域幅度调制，使不同用户可以从同一显示设备上观看到不同的内容。所述的辅助观看装置以像素或像素块为单位，各单位之间独立地对构图基组进行空域幅度调制。进一步地，该辅助观看装置通过对显示面到人眼的光线从全阻隔、半透明到全通过，即0至1之间任意调节的加权，实现对构图基组的幅度调制。更进一步地，对于每一个特定辅助观看装置视图，对构图基组的不同构图基可以有不同的调制权值。优选地，该辅助观看装置可为光强调节装置，例如两片分别对应左右眼的偏振玻璃，同时对与之匹配的显示装置不同像素或像素块发出的光进行不同方向的偏振。该光强调节装置通过改变与显示装置发出光的偏振方向所成的角度，根据需要的调制权重，在全阻隔到全通过之间任意调节其透光率。本发明涉及一种全新的基于空域心理视觉调制(SPVM)的信息/图像显示方法，显示设备通过以某空域排列播出构图基组X1，X2，…，XM，M为一个正整数，这些构图基组经过空域调制或直接进入人眼，融合成信息/图像。所述合成图像具体是指：不同用户通过不同的空域调制权重向量对显示装置呈现的同一构图基组作不同的空域幅度调制与融合来获取自己需要的图像，或通过裸眼观看的用户在不进行调制的情况下直接融合成图像。所述的构图基组X1，X2，…，XM，M是大于或等于2的正整数，与之对应地，构图基组经过辅助观看装置不同权重的空域调制后生成的图像Y1，Y2，…，YN，N是的正整数。而对于裸眼用户，未经调制的空域信号融合成的图像为Y0。上述能够同时为使用和不使用辅助观看装置的用户提供不同图像内容是SPVM技术的最具代表性独特功能。为了实现此项功能，可以通过调整空域调制权重向量W和构图基组X1，X2，…，XM来实现。所述调制权重向量W，其为N行M列，由M×N个权值组成，其中M和N分别对应与构图基组数量与不同辅助观看装置的数量。进一步地，对于每一个最终生成的图像Yi，都由构图基组内的所有元素经过不同的空域调制后的在人眼中融合而成。由于对于显示装置，播放的构图基光强不可能为负值，即必须满足X非负。同时对于辅助观看装置，若选用非自发光式，其透光率非负且无法增强原有光强，即调制系数只能在0和1之间。上述过程具体可表示为：Yi=Σj=1MXjWji]]>其中1≤i≤N；0≤Xj≤255对于无辅助观看装置的裸眼用户，其视图为所有未调制的构图基组的叠加，即：Y0=Σj=1MXj]]>其中0≤X≤255故对于整个系统，为使不同用户通过各自的辅助观看装置看到各自所需图像，需求解如下矩阵非负分解问题：minX·W||sY-XW||F]]>其中0≤W≤1；0≤X≤255通过求得上述问题的最优解，根据给定的需求图像Y，求解构图基组X和与之对应的权重向量W，最终使等式得到充分满足。然而，在实际实验中，不同显示设备的亮度曲线不同(即相同灰度值所显示的亮度值不同)，从而造成了显示效果的差异。同时我们发现，上述两种系统在显示器像素密度较低时，在下采样的过程中会发生混叠，造成失真。为了提升系统在不同显示设备上的显示效果，我们提出了两种针对基于时域、空域心理视觉调制的图像信息显示系统显示效果优化方法。针对不同显示设备的亮度响应曲线不同而造成的显示效果差异，我们提出了将原有针对灰度值的叠加运算映射到亮度域的方法。心理视觉调制技术的核心是对视觉信号的分解与融合，所谓融合是利用人眼视觉系统的感知特性，对所播放的构图基进行融合并最终形成目标图像。在人眼视觉系统中，融合是在亮度域上进行的，即视觉系统通过感知人眼视网膜上成像的亮度来分辨色彩等信息。然而多数显示设备的像素灰度值与实际显示的亮度并非线性，原有的基于时域、空域心理视觉调制的信息显示理论只是简单的利用像素灰度值进行叠加求解，并未考虑显示器的特性，故针对不同显示设备，可能造成显示效果较差。故为了使系统在不同显示设备上得相似的显示效果，即裸眼用户和佩戴辅助观看装置的用户同时观看到其所需要的画面，需要在原有时Yi=Σj=1MXjWji]]>其中1≤i≤N；0≤Xj≤255域与空域调制表达式中，将灰度值Xj首先映射到亮度域。具体的映射方法为：首先利用亮度计对显示设备三通道的灰度值对应的亮度曲线分别进行测量，共得到256*3＝768个值。在具体实施例中我们利用MinoltaDisplayColorAnalyzerCA-210型号的亮度计，对型号为LGD2792PB的显示器进行亮度相应曲线进行测量。测量数据所对应的灰度-亮度值映射曲线如下图2所示。在获得亮度值与灰度值的对应关系后，我们可以将亮度值进行归一化，故可将Xj映射到(0，1)的区间内。故原有的矩阵非负分解问题可变为：minX·W||sY-XW||F]]>其中0≤W≤1；0≤X≤1其中X∈(0，1)为归一化后的亮度值。通过按原有的基于时域、空域心理视觉调制的信息显示理论所提供的方式进行求解，最终得到构图基组矩阵X＝(X1，X2，…，XM)。最终，将所要播放的构图基组矩阵X根据亮度曲线的对应关系映射到灰度域上，从而最终得到需要显示的像素灰度值。在具体的实施例中，我们利用基于空域的心理视觉调制系统实现了裸眼看到对于LGD2792PB显示器不进行上述优化步骤的效果如图3所示，而经过上述优化步骤的显示效果如图4所示。可以看出，经过优化后的融合效果较好。针对像素密度较低的显示设备，我们提出对视觉信号进行预处理以防止直接下采样产生的混叠现象。在基于空域的心理视觉调制的双画面显示系统中，裸眼用户和佩戴匹配观看眼镜的用户可以同时分别看到不同的画面。在实现过程中，令X1播放戴眼镜视图，同时播放构图基X2＝Y0-X1。为了避免X2＜0，我们可以将Y0、X1分别映射到区间[128，255]和[0，127]。通过这种方式可以实现一屏双显。然而，这种实现方式的一个弊端是将原有视频信息的分辨率直接减半。在实际使用场景中，当我们希望在低像素密度显示设备上播放实际尺寸较小的文字时，其像素大小也被限制。在这种情况下直接进行下采样会造成严重的混叠现象，对于英文字母如e和c将难以区分，而一些自然图像出现了伪轮廓。这将影响观看者的使用体验，甚至会破坏原有的图像内容信息。故对于上述情况，我们在系统对信号降采样之前首先对原始信号进行高斯滤波处理。所使用滤波器表达式为：H(u,v)=e-D2(u,v)/2σ2]]>式中D(u，v)为点到频域矩形中心的距离。在具体实施例中，我们使用了市场上现有的被动式3D显示器，采用了隔行偏振的方式将屏幕分为两个区域，播放不同的构图基。故在此系统中，图像在竖直方向被降采样，故仅需要做一维高斯滤波。由于是对源图像进行隔行降采样，故我们将滤波模版设置为2*1，并且设置σ2＝3从而获得最佳显示效果。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本发明一实施例原理图。图2是显示器测量数据所对应的灰度-亮度值映射曲线。图3是显示器不进行本发明所述优化步骤后的隐藏效果图。图4是经过本发明所述优化步骤后的隐藏效果图。具体实施方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例：基于空域心理视觉调制的多用户显示系统通过SPVM信息显示技术，可以实现多用户同时观看同一屏幕所播放不同内容的系统实例。根据上述SPVM技术，一屏多显功能可以通过根据需求设定的Y0，Y1，Y2，...，YN，求解以下矩阵非负分解问题minX·W||sY-XW||F]]>subjectto0≤W≤1；0≤X≤255通过计算确定构图基组矩阵X＝(X1，X2，…，XM)以及对应每个辅助观看装置的调制权重矩阵Wi=W1iW2i···WMi]]>中所有元素的值。利用特定的高分辨率显示设备的不同像素块分别播放不同构图基，可以使通过不同用户通过其对应的辅助观看装置Wi可以观察到相应的所需图像Yi。特别地，现有的主流被动式3D显示设备，其原理是将屏幕隔行分成两个部分，分别对应左、右眼画面，并对两个部分发出的光进行方向相互正交的线偏振。与之匹配的辅助观看眼镜左、右眼镜片分别为与屏幕相应区域偏振方向相同的偏振膜。该显示设备及其辅助观看眼镜可以实现基于SPVM的一屏多显系统。对于该系统，令屏幕隔行播放构图基组X1，X2，而原辅助观看眼镜左眼镜片对应的调制权重矩阵即对X1全通过而X2全阻隔；右眼镜片对应的调制权重矩阵即对X1全阻隔而X2全通过。若需要让裸眼用户看到画面U1，同时佩戴辅助观看眼镜的用户可以看到U2画面，可以直接令X1＝U1，X2＝U2-U1。为避免出现U2-U1＜0的情况，在实际实现中先将U2画面灰度值从原来[0，255]范围映射到[128，255]区间，即U′2＝U2/2+128，同时将U1画面映射到[0，127]的灰度值区间，即U′1＝U1/2。实验表明，映射前后图像的画面质量变化不大。通过上述方法，在显示装置上隔行播放构图基X1＝U′1＝U1/2与X2＝U′2-U′1＝U2/2+128-U1/2，裸眼用户可以直接观看到Y0＝X1+X2＝U′2画面，而佩戴左右眼镜片调制权重均为W左的辅助观看眼镜的用户，可以看到Y1＝X1＝U′1画面。最终实现一屏多显。本发明的此类一屏多显实例可以有多种不同的应用场合。在展会等场所中，可以令上述U1为介绍视频，同时令U2为其它资料。对于普通观众，可以直接用裸眼看到视频信息。而对于需要了解其他资料的用户可以通过佩戴对应的辅助观看眼镜看到更多介绍信息。对于商场等，可以将原有的玻璃幕墙做成与显示面对应的辅助观看装置，这样对于商场外的行人，可以透过辅助观看玻璃看到商场内显示装置播放的宣传海报，而进入商场后，用户将不透过辅助观看玻璃，用裸眼看到关于商品的详细信息。当前第1页1 2 3