变形立体全息影像实现方法
【专利摘要】本发明提供的变形立体全息影像实现方法，包括以下步骤：(1)、获取全息投影或显示设备当前显示界面所显示的客观影像作为实际影像，获取观察者相对于全息投影或显示设备当前显示界面所显示的视觉上所意识到的主观影像为全息影像；(2)、计算实际影像需要被拉长的幅度，(3)、调整实际影像近处和远处的变形比例，(4)、调整左右眼实际影像的分别，限制观察者左眼和右眼分别所接收到的不同视觉影像；通过以上步骤，使得观察者可以看到竖立全息立体的3D视觉效果，突破传统3D成像中只局限于深或浅、远或近的视觉效果。
【专利说明】
变形立体全息影像实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及3D成像技术，尤其是结合3D投影或显示设备和经扭曲变形影像或图像而达至全息视觉效果的变形立体全息影像实现方法。
【【背景技术】】
[0002]目前被广泛使用的3D立体方法是利用一些特别处理的影像，即由2D图形动画模拟成3D图形，透过专门的设备，如3D电视配合3D眼镜，为观察者带来3D的视觉效果。而所谓的3D效果，如图1所示，就是观察者从平面的显示设备上(如电视，投影甚至印刷品)，在视觉上看见深或浅、远或近的视觉效果。但有关的方法就限于只能制造深和浅的视觉效果。
[0003]因此基于现有的3D影像处理方法，是无法制造出全息影像效果。由此可知，如何以光学原理产生全息影像，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明改变现有观众观察的立体感不强的问题，提供一种能够制造出深或浅、远或近的三维效果外，且可以制造出竖立全息立体的3D视觉效果的变形立体全息影像实现方法。
[0005]为达到上述发明目的，采用的技术方案如下:
[0006]变形立体全息影像实现方法，包括以下步骤:
[0007](1)、获取全息投影或显示设备当前显示界面所显示的客观影像作为实际影像，获取观察者相对于全息投影或显示设备当前显示界面所显示的视觉上所意识到的主观影像为全息影像；
[0008](2)、计算实际影像需要被拉长的幅度:
[0009]a、设定实际影像是投射于平面上，全息影像相对于平面的实际影像垂直90°的竖直起来；
[0010]b、设定全息影像的视觉高度为H，所述全息影像的视觉高度H不超出观察者的视觉范围；
[0011]c、确定观察者与全息影像的距离为D;
[0012]d、确定观察者眼睛距离实际影像的高度为Y;
[0013]e、确定实际影像的长度为X;
[0014]f、假设D、H和Y的数值是预设可测得的，根据三角形的等比公式即可计算出实际影像长度X所对应的数值，即实际影像所需要拉伸的长度；
[0015](3)、调整实际影像近处和远处的变形比例:
[0016]a、实际影像经拉长后，弥补因观察者和实际影像所形成的角度，而使全息影像的视觉高度H对应变化，造成实际影像相对观察者较近的部分，即近处的视觉效果上会较大；同时造成实际影像相对观察者较远的部分，即远处的视觉效果上会较小，实际影像的近处和远处相对观察者由于距离上的差别产生视觉效果上的失真；
[0017]b、计算实际影像近处和远处所需的变形比例，其变形比例公式为:
[0018]R = Lmin^Lmax,
[0019]R为实际影像视觉上最近处与最远处的大小变形比例，Lmin为观察者与实际影像最近处的距离，Lmax为观察者与实际影像最远处的距离；
[0020]C、需要把实际影像变形，通过影像处理软件，调整实际影像最远处设置成实际影像最近处的R倍，用来弥补实际影像由于其近处和远处的不同部分与观察者距离上的不同而造成视觉上的变形；
[0021 ] (4)、调整左右眼实际影像的分别
[0022]a、经过步骤(2)和(3)的计算和处理，已把实际影像变形，弥补因实际影像与观察者所形成的角度和距离所造成视觉上的影像变形；但因观察者会经一双眼和大脑处理影像，分辨出影像相对眼球的距离，而析破影像非真的竖立起来；需经过最后一步的影像处理，欺骗观察者的大脑，使其误以为影像最近处和最远处相对观察者距离是相等，因而造成影像投射入观察者的眼中为竖立的全息影像;具体为，通过3D影像显示设备，使观察者的左眼和右眼分别看到不同的影像，从而欺骗观察者的大脑，造成视觉错觉形成实际影像的最近处和最远处相对眼球的距离是相等的视觉效果:如把实际影像较远的部分造成视觉上比实际近，或把实际影像较近的部分造成视觉上比实际远;或把实际影像较远的部分和较近的部分同时处理，即把实际影像较远的部分造成视觉上比实际近的同时，也把实际影像较近的部分造成视觉上比实际远。
[0023]本发明的优点:
[0024]本发明基于传统3D的基本方法原理，即透过一些3D视觉效果设备，如3D电视配合3D眼镜，影像或图像按照既定计算或估算结果处理即可产生预期的视觉效果，其计算精确度要求不高，然后通过限制观察者左眼和右眼分别所接收到的不同视觉影像，而产生特定的全息视觉效果。
[0025]但和传统3D成像方法不同之处在于，本发明突破传统3D成像中只局限于深或浅、远或近的视觉效果，使得影像显示表面相对观察者无论从任何垂直角度，均可以制造出竖立全息立体的3D视觉效果。
【【附图说明】】
[0026]图1是现有技术中的3D视觉效果图；
[0027]图2是现有技术中变形处理立体画的效果图；
[0028]图3是本发明实际影像投射于水平面上的示意图；
[0029]图4是图3中投射影像待拉长的示意图；
[0030]图5是全息影像相对于观察者的视觉范围示意图；
[0031 ]图6是本发明全息影像及实际影像相对于观察者的位置关系示意图；
[0032]图7是本发明计算实际影像需要被拉长幅度的换算关系示意图；
[0033]图8是本发明模拟观察者相对显示器不同角度观看实际影像所产生的效果示意图；
[0034]图9是本发明实际影像拉长后实际影像的变形示意图；
[0035]图10是本发明调整实际影变形比例来模拟观察者观看实际影像所产生的效果示意图；
[0036]图11是本发明实际影像相对于观察者的左右眼倾斜所产生的效果示意图；
[0037]图12是本发明左右眼影像调整幅度的原理示意图；
[0038]图13是本发明在现场环境中制造出耸立的全息立体效果图。
【【具体实施方式】】
[0039]下面通过具体实例对本发明的内容作进一步的说明。
[0040]变形立体全息影像实现方法，包括以下步骤:
[0041](1)、获取全息投影或显示设备当前显示界面所显示的客观影像作为实际影像，获取观察者相对于全息投影或显示设备当前显示界面所显示的视觉上所意识到的主观影像为全息影像；
[0042](2)、计算实际影像需要被拉长的幅度:
[0043]a、如图3所示，设定实际影像是投射于水平面上，如图4所示，全息影像相对于水平面的实际影像垂直90°的竖直起来；
[0044]b、要计算拉长的幅度，先要设定全息影像的视觉高度为H，如图5和图6所示，所述全息影像的视觉高度H不超出观察者的视觉范围；其中，全息影像的视觉高度H和实际影像的长度是相对的，换言之，也可先预设实际影像的长度而得出全息影像的视觉高度；
[0045]c、如图6所示，确定观察者与全息影像的距离为D;
[0046]d、如图6所示，确定观察者眼睛距离实际影像的高度为Y;
[0047]e、如图6所示，确定实际影像的长度为X;
[0048]f、假设D、H和Y的数值是预设可测得的，根据三角形的等比公式即可计算出实际影像长度X所对应的数值，即实际影像所需要拉伸的长度；
[0049]例如，观察者与全息影像的距离D为2米，全息影像的视觉高度H从显示平面(如地面)90度垂直竖起，且视觉高度H为I米，估算观察者眼睛距离显示平面(如地面)约为1.7米，即观察者眼睛距离实际影像的高度Y为1.7米。
[0050]如图7 所示，Α = 2.625
[0051]tan(a) = 1.7/2
[0052]/.a = 40.365°
[0053]b = 180°-a = 180°-40.365° =139.635°
[0054]c = 90° -a = 90° -40.365° =49.635°
[0055]...tan(d) =sin(c) + (A-cos(c)) =sin(49.635。)+ (2.625_cos(49.635。))
[0056]/.(1 = 21.073°
[0057]e = 180°-b-d = 19.292°
[0058]...tan(e) =tan( 19.292。) = 1 +X
[0059]ΛΧ = 2.857
[0060]即在这个实施例中形成I米高的全息影像，实际影像的长度为2.857米。
[0061](3)、调整实际影像近处和远处的变形比例:
[0062]a、实际影像经拉长后，如图8所示，弥补因观察者和实际影像所形成的角度，而使全息影像的视觉高度H对应变化，造成实际影像相对观察者较近的部分，即近处的视觉效果上会较大；同时造成实际影像相对观察者较远的部分，即远处的视觉效果上会较小，实际影像的近处和远处相对观察者由于距离上的差别产生视觉效果上的失真；
[0063]如图9所示，需要把实际影像变形，弥补因影像不同部分与观察者有不同距离，而造成视觉上的影像的变形;例如，把影像距离观察者较远的部分拉阔，即放大；
[0064]b、计算实际影像近处和远处所需的变形比例，其变形比例公式为:
[0065]R = Lmin +Lmax，
[0066]R为实际影像视觉上最近处与最远处的大小变形比例，Lmin为观察者与实际影像最近处的距离，Lmax为观察者与实际影像最远处的距离；
[0067]C、需要把实际影像变形，通过影像处理软件，调整实际影像最远处设置成实际影像最近处的R倍，用来弥补实际影像由于其近处和远处的不同部分与观察者距离上的不同而造成视觉上的变形；
[0068]如图10所示，假设影像最近处离观察者距离Lmin为I米，影像最远处离观察者距离Lmax为2米，Lmin = I，Lmax = 2，所以R=0.5;所以实际影像最近处的视觉大小(阔度)相对「实际影像」最远处的视觉大小(阔度)比例就是2:1，所以需把实际影像变形，使实际影像最远处设成实际影像最近处的2倍。
[0069](4)、调整左右眼实际影像的分别
[0070]a、经过步骤(2)和(3)的计算和处理，已把实际影像变形，弥补因实际影像与观察者所形成的角度和距离所造成视觉上的影像变形；但因观察者会经一双眼和大脑处理影像，分辨出影像相对眼球的距离，如图11所示，而析破影像非真的竖立起来;需经过最后一步的影像处理，欺骗观察者的大脑，使其误以为影像最近处和最远处相对观察者距离是相等，即全息影像如果为90度直立，因而造成影像投射入观察者的眼中为竖立的全息影像;具体为，通过3D显示设备，把实际影像较远的部分造成视觉上比实际近，或把实际影像较近的部分造成视觉上比实际远;或把实际影像较远的部分和较近的部分同时处理，即把实际影像较远的部分造成视觉上比实际近的同时，也把实际影像较近的部分造成视觉上比实际远，使观察者的左眼和右眼分别看到不用的影像，从而欺骗观察者的大脑，造成视觉错觉形成实际影像的最近处和最远处相对眼球的距离是相等的视觉效果。
[0071]如图12所示，左右眼影像的调整幅度，由要把远处影像部分拉至多近决定、或将近处影像部分推至多远决定、或者同时把远处影像部分拉至多近和将近处影像部分推至多远共同决定。
[0072]本发明计算或估算观察者相对影像产生地点的位置和距离，进行计算或估算，并按结果把影像进行扭曲变形处理，造成视觉假象;所谓的扭曲变形处理，其实就如图2所示的变形处理立体画(anamorphic illus1n)的原理。但在实际环境下(而非相片上)，因为人类以双眼可以判断眼前影像的距离;所以单单经过变形处理的影像，在现实中是不能欺骗观察者的大脑以为影像是耸立或竖立的效果。因此，需要进一步计算，把影像再处理，使进入观察者的左眼和右眼的影像有所区别，制造出现场全息视觉效果。
[0073]因此，经过计算或估算、影像或图像变形处理，再配合一些3D影像显示设备，如图13所示，本发明就可以在现场环境中制造出耸立(全息)的立体错觉；其可以在水平面、斜面、曲面或任何角度的表面上应用(影像显示的表面)；视觉影像(假像)可以伸出或深入影像显示的表面，而竖立的视觉影像(全息影像)可按需要调整竖立的角度，即不需限定为垂直90°;而用于制作有关立体影像的原始影像可以是平面、立体硬照，或者平面、立体动画，或者平面、立体录像视频;而经处理的3D影像也可输出成硬照、动画或录像视频。本发明的应用可以扩大观察者的3D视觉体验，同时可以应用于和传统3D立体方法不同的环境和应用面上。
[0074]以上就是本发明的范例和原理，必需强调的是，以上的计算是在实际应用中的范例，计算方式和处理方式会因应不同效果需要或环境因素的变化而做出相对应的调整;例如，当影像不是以水平方式显示(如斜面)、或全息影像不是设定90°直立、影像为电脑3D立体影像(非平面影像)、全息影像陷入或处于水平面以下的显示媒体中(而非凸出)等，我们都要在计算或处理上作适当调整;但计算和处理方式的基础都是基于本发明实现方法的原理对应的数学调整即可。
[0075]以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围；除了具体实施例中列举的情况外，凡依本发明之原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
【主权项】
1.变形立体全息影像实现方法，其特征是，包括以下步骤: (1)、获取全息投影或显示设备当前显示界面所显示的客观影像作为实际影像，获取观察者相对于全息投影或显示设备当前显示界面所显示的视觉上所意识到的主观影像为全息影像； (2)、计算实际影像需要被拉长的幅度: a、设定实际影像是投射于平面上，全息影像相对于平面的实际影像垂直90°的竖直起来； b、设定全息影像的视觉高度为H，所述全息影像的视觉高度H不超出观察者的视觉范围； c、确定观察者与全息影像的距离为D; d、确定观察者眼睛距离实际影像的高度为Y; e、确定实际影像的长度为X; f、假设D、H和Y的数值是预设可测得的，根据三角形的等比公式即可计算出实际影像长度X所对应的数值，即实际影像所需要拉伸的长度； (3)、调整实际影像近处和远处的变形比例: a、实际影像经拉长后，弥补因观察者和实际影像所形成的角度，而使全息影像的视觉高度H对应变化，造成实际影像相对观察者较近的部分，即近处的视觉效果上会较大；同时造成实际影像相对观察者较远的部分，即远处的视觉效果上会较小，实际影像的近处和远处相对观察者由于距离上的差别产生视觉效果上的失真； b、计算实际影像近处和远处所需的变形比例，其变形比例公式为: R — Lmin 丁 Lmax， R为实际影像视觉上最近处与最远处的大小变形比例，Lmin为观察者与实际影像最近处的距离，Lmax为观察者与实际影像最远处的距离； c、需要把实际影像变形，通过影像处理软件，调整实际影像最远处设置成实际影像最近处的R倍，用来弥补实际影像由于其近处和远处的不同部分与观察者距离上的不同而造成视觉上的变形； (4)、调整左右眼实际影像的分别 a、通过3D影像显示设备，使观察者的左眼和右眼分别看到不同的影像，从而欺骗观察者的大脑，造成视觉错觉形成实际影像的最近处和最远处相对眼球的距离是相等的视觉效果:如把实际影像较远的部分造成视觉上比实际近，或把实际影像较近的部分造成视觉上比实际远;或把实际影像较远的部分和较近的部分同时处理，即把实际影像较远的部分造成视觉上比实际近的同时，也把实际影像较近的部分造成视觉上比实际远。
【文档编号】H04N13/00GK106067967SQ201610509011
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月29日 公开号201610509011.1, CN 106067967 A, CN 106067967A, CN 201610509011, CN-A-106067967, CN106067967 A, CN106067967A, CN201610509011, CN201610509011.1
【发明人】何聪贤
【申请人】汇意设计有限公司