一种三维光场显示系统的成像方法及装置与流程

本发明涉及三维光场显示技术领域，特别涉及一种三维光场显示系统的成像方法及装置。

背景技术：

随着当今科学技术的飞速发展，传统的二维平面显示技术已经远远无法满足目前各个行业领域对于深度数据与空间立体感的需求。越来越多的应用领域，如医学成像、科学研究、外太空探索、重要远程会议和军事等，要求能够实现三维场景的真实重建，从而使得观看者可以更加精确的捕获相关信息，准确的进行现场判断。自由立体显示技术可以使观看者通过肉眼直接体验三维视觉，使三维图像更加逼真显示真实图像。

光场显示作为自由立体显示技术的一种，代表是集成成像三维显示，由Lippmann提出的IP(integral photography，集成摄影)技术发展而来，该技术可以为观众提供全视差的自由立体效果。图1为现有技术的集成成像的原理图，采集子系统101利用透镜阵列和感光元件捕获空间中的三维光场，重建子系统102将编码图像加载到显示设备上，并通过透镜阵列显示，可以再现记录的三维场景。现有技术的集成成像在重建三维场景时会出现深度翻转的现象。针对解决深度翻转的现象的方案，实现方式复杂，且具有较大的成像误差。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种三维光场显示系统的成像方法及装置，能够实现结构简单且误差小的无深度翻转现象的三维光场显示。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种三维光场显示系统的成像方法，包括：

获取并根据光场显示信息，通过第一预设关系，确定光场显示系统的采集信息，其中，所述光场显示信息至少包括：每个透镜下覆盖的像素数目，所述第一预设关系为所述光场显示信息与所述采集信息的关系；

根据所述光场显示信息及所述采集信息，设置所述三维光场显示系统；

在所述三维光场显示系统中，采集得到视差图像阵列，其中，所述视差图像阵列由包含有预设数目个像素的多个视差图像排列组成，所述视差图像的数目与所述每个透镜下覆盖的像素数目相同；

根据所述视差图像的数目及预先建立的第一像素索引，通过预设索引公式，确定与所述第一像素索引对应的视差图像索引，其中，所述第一像素索引为待成像图像中的任一像素位置；

根据所述视差图像阵列中所述视差图像的预设像素数目、液晶显示面板信息及所述第一像素索引，通过预设像素确定公式，确定与所述第一像素索引对应的视差图像像素索引，其中，所述视差图像像素索引为所述视差图像索引对应的视差图像中任一像素位置；

将所述视差图像像素索引对应的像素值，填充至所述第一像素索引处，得到并三维显示成像图像。

较佳的，所述光场显示信息至少还包括：透镜阵列的总宽度，成像区域的总宽度及所述透镜阵列到所述成像区域的距离；

所述采集信息至少包括：被采集的三维场景的宽度、相机阵列的总宽度、所述相机阵列中所有相机的光轴交点到所述相机阵列的距离及所述相机的数目；以及

所述液晶显示面板信息至少包括：液晶显示面板宽度及液晶显示面板高度。

较佳的，所述第一预设关系为：

以及

M＝M₀，

其中，所述D为透镜阵列的总宽度，所述D₀为被采集的三维场景的宽度，所述W为成像区域的总宽度，所述W₀为相机阵列的总宽度，所述L为所述透镜阵列到所述成像区域的距离，所述L₀为所述相机阵列中所有相机的光轴交点到所述相机阵列的距离，所述M为所述相机的数目，所述M₀为所述每个透镜下覆盖的像素数目。

较佳的，所述在所述三维光场显示系统中，采集得到视差图像阵列，包括：

在所述三维光场显示系统中，通过相机离轴拍摄采集得到视差图像阵列。

较佳的，所述透镜阵列的排列形状为矩形。

较佳的，所述视差图像阵列的排列形状与所述透镜阵列的排列形状相同。

较佳的，所述预设索引公式为：

(i,j)＝(y-(y-1)mod[N]·N,x-(x-1)mod[N]·N)，

其中，所述(i,j)为所述视差图像索引且为所述视差图像在所述视差图像阵列中第i行、第j列的位置，所述y为所述第一像素索引中的纵向位置编号，所述N为所述视差图像的数目的横向数据或纵向数据，所述x为所述第一像素索引中的横向位置编号，所述i、所述j、所述x、所述y及所述N分别为大于0的自然数。

较佳的，所述预设像素确定公式为：

$(x_0,y_0)=(\[\frac{x}{w_{code}}\·w\],\[\frac{y}{h_{code}}\·h\]),$

其中，所述(x₀,y₀)为与所述第一像素索引对应的视差图像像素索引且为所述视差图像索引对应的视差图像中任一像素在所述视差图像中的第x₀行、第y₀列的位置，所述x为所述第一像素索引中的横向位置编号，所述w_code为液晶显示面板的宽度，所述w为所述预设像素数目的横向数据，所述y为所述第一像素索引中的纵向位置编号，所述h为所述预设像素数目的纵向数据，所述h_code为液晶显示面板的高度，所述x₀、所述y₀、所述x、所述y、所述w、所述h、所述w_code及所述h_code分别为大于0的自然数。

较佳的，所述将所述视差图像像素对应的像素值，填充至所述第一像素索引处，得到并三维显示成像图像，包括：

将所述视差图像像素对应的像素值，填充至所述第一像素索引处，得到成像图像，并通过透镜阵列三维显示所述成像图像。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种三维光场显示系统的成像装置，包括：

采集信息确定模块，用于获取并根据光场显示信息，通过第一预设关系，确定光场显示系统的采集信息，其中，所述光场显示信息至少包括：每个透镜下覆盖的像素数目，所述第一预设关系为所述光场显示信息与所述采集信息的关系；

系统设置模块，用于根据所述光场显示信息及所述采集信息，设置所述三维光场显示系统；

视差图像采集模块，用于在所述三维光场显示系统中，采集得到视差图像阵列，其中，所述视差图像阵列由包含有预设数目个像素的多个视差图像排列组成，所述视差图像的数目与所述每个透镜下覆盖的像素数目相同；

第一索引确定模块，用于根据所述视差图像的数目及预先建立的第一像素索引，通过预设索引公式，确定与所述第一像素索引对应的视差图像索引，其中，所述第一像素索引为待成像图像中的任一像素位置；

第二索引确定模块，用于根据所述视差图像阵列中所述视差图像的预设像素数目、液晶显示面板信息及所述第一像素索引，通过预设像素确定公式，确定与所述第一像素索引对应的视差图像像素索引，其中，所述视差图像像素索引为所述视差图像索引对应的视差图像中任一像素位置；

三维显示模块，用于将所述视差图像像素索引对应的像素值，填充至所述第一像素索引处，得到并三维显示成像图像。

由上述的技术方案可见，本发明实施例通过预设第一关系采集得到视差图像阵列，利用预设的索引关系经像素填充得到了成像图像的三维显示，采集的视差图像阵列只通过索引关系便可得到三维图像，得到的三维图像无深度翻转的问题，由于成像过程不需要进行二次成像，因此本方案的结构简单，并且因为只通过一个透镜阵列成像，有效的减小了成像误差。当然，实施本发明的第一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的集成成像的原理图；

图2为本发明实施例的三维光场显示系统的成像方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的光场显示系统的显示端示意图；

图4为本发明实施例的光场显示系统的采集端示意图；

图5为本发明实施例的视差图像阵列与待成像图像示意图；

图6为本发明实施例的三维光场显示系统的成像装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例的三维光场显示系统的成像方法的流程示意图，成像方法包括：

步骤201，获取并根据光场显示信息，通过第一预设关系，确定光场显示系统的采集信息。

优选的，所述光场显示信息至少包括：每个透镜下覆盖的像素数目，所述第一预设关系为所述光场显示信息与所述采集信息的关系。

本发明实施例中，采用第一预设关系，确定系统的采集信息，用于给系统的布置提供条件，采集得到所需要的视差图像阵列。

步骤202，根据所述光场显示信息及所述采集信息，设置所述三维光场显示系统。

步骤203，在所述三维光场显示系统中，采集得到视差图像阵列。

优选的，所述视差图像阵列由包含有预设数目个像素的多个视差图像排列组成，所述视差图像的数目与所述每个透镜下覆盖的像素数目相同。

步骤204，根据所述视差图像的数目及预先建立的第一像素索引，通过预设索引公式，确定与所述第一像素索引对应的视差图像索引。

优选的，所述第一像素索引为待成像图像中的任一像素位置。

步骤205，根据所述视差图像阵列中所述视差图像的预设像素数目、液晶显示面板信息及所述第一像素索引，通过预设像素确定公式，确定与所述第一像素索引对应的视差图像像素索引。

优选的，所述视差图像像素索引为所述视差图像索引对应的视差图像中任一像素位置。

本发明实施例中，通过预先建立的第一像素索引，将待成像图像的任一个像素位置索引到视差图像阵列中的任一视差图像位置，再通过像素确定公式，确定所述任一视差图像中的任一像素位置，本实施例不需要通过复杂的硬件实现，结构简单，减小了硬件成本。

步骤206，将所述视差图像像素索引对应的像素值，填充至所述第一像素索引处，得到并三维显示成像图像。

本发明实施例，采用第一预设关系，确定系统的采集信息，用于给系统的布置提供条件，这样采集得到需要的视差图像阵列，通过预先建立的第一像素索引，将待成像图像的任一个像素位置索引到视差图像阵列中的任一视差图像位置，再通过像素确定公式，确定所述任一视差图像中的任一像素位置，再将所述任一像素位置的像素值填充至待成像图像，得到并三维显示成像图像，上述的过程不需要通过复杂的硬件实现，结构简单，减小了硬件成本，并且本发明实施例只需经过一次透镜成像，能够有效的减小成像误差且成像为实像。

图3为本发明实施例的光场显示系统的显示端示意图。

图中给出了光场显示信息，M₀为透镜阵列302中每个透镜下覆盖的像素数目，D为透镜阵列302的总宽度，W为成像区域的总宽度，所述L为透镜阵列302到所述成像区域的距离。

优选的，本发明实施例中，透镜阵列302的排列形状为矩形，且透镜阵列302中每个透镜下覆盖的像素数目为N×N。

当然，本领域的技术人员可以得知，除了上述透镜阵列的排列形状为矩形以外，透镜阵列的排列形状还可以为例如蜂窝形的其它形状，在此不一一举例。

本发明实施例中，获取上述数据，为了通过预设关系得到光场显示系统的采集信息，根据采集信息及显示信息，采集得到的视差图像阵列，可以通过预设索引关系，进行像素填充得到液晶显示面板301上的成像图像，成像图像经透镜阵列302呈现三维图像。

图4为本发明实施例的光场显示系统的采集端示意图。

图中给出了光场显示系统的采集信息，D₀为被采集的三维场景401的宽度，W₀为相机阵列402的总宽度，L₀为所述相机阵列402中所有相机的光轴交点到所述相机阵列402的距离。

本发明实施例中的采集信息，根据光场显示信息及第一预设关系得到。

优选的，所述第一预设关系为：

以及

M＝M₀，

其中，所述D为透镜阵列302的总宽度，所述D₀为被采集的三维场景401的宽度，所述W为成像区域的总宽度，所述W₀为相机阵列402的总宽度，所述L为透镜阵列302到所述成像区域的距离，所述L₀为相机阵列402中所有相机的光轴交点到相机阵列402的距离，所述M为相机阵列402中相机的数目，所述M₀为透镜阵列302中每个透镜下覆盖的像素数目。

本发明实施例中，根据光场显示信息，通过第一预设关系，得到光场显示系统的采集信息，根据采集信息及显示信息，离轴采集得到的视差图像阵列，可以通过预设索引关系，进行像素填充得到液晶显示面板301上的成像图像，经透镜阵列302呈现三维图像。

优选的，本发明实施例中，通过相机离轴拍摄采集得到视差图像阵列。

当然，本领域的技术人员可以得知，除了上述通过相机离轴拍摄采集得到视差图像阵列以外，还可以通过其他方式拍摄，然后将拍摄的图像矫正为离轴效果的方式采集得到视差图像阵列。

优选的，本发明实施例中，视差图像阵列的排列形状与透镜阵列的排列形状相同，视差图像的数目与所述每个透镜下覆盖的像素数目相同。

图5为本发明实施例的视差图像阵列与待成像图像示意图。

本发明实施例提供了根据采集得到的视差图像阵列，通过索引关系得到液晶显示面板上的成像图像，所述成像图像通过透镜阵列进行三维显示，得到没有深度翻转现象的三维图像。根据所述视差图像阵列得到所述成像图像的过程包括：

首先，根据视差图像阵列501中视差图像的数目N×N及预先建立的第一像素索引(x,y)，通过预设索引公式，确定与第一像素索引(x,y)对应的视差图像索引。

优选的，所述第一像素索引(x,y)为待成像图像502中的任一像素位置。

优选的，所述预设索引公式为：

(i,j)＝(y-(y-1)mod[N]·N,x-(x-1)mod[N]·N)，

其中，所述(i,j)为视差图像索引且为视差图像在视差图像阵列501中第i行、第j列的位置，所述y为第一像素索引中的纵向位置编号，所述N为所述视差图像的数目的横向数据或纵向数据，所述x为所述第一像素索引中的横向位置编号，所述i、所述j、所述x、所述y及所述N分别为大于0的自然数。

其次，根据视差图像阵列501中视差图像的预设像素数目、液晶显示面板信息及所述第一像素索引，通过预设像素确定公式，确定与所述第一像素索引对应的视差图像像素索引。

优选的，所述预设像素确定公式为：

$(x_0,y_0)=(\[\frac{x}{w_{code}}\·w\],\[\frac{y}{h_{code}}\·h\]),$

其中，所述(x₀,y₀)为与第一像素索引对应的视差图像像素索引且为所述视差图像索引对应的视差图像中任一像素在所述视差图像中的第x₀行、第y₀列的位置，所述x为所述第一像素索引中的横向位置编号，所述w_code为液晶显示面板的宽度，所述w为所述预设像素数目的横向数据，所述y为所述第一像素索引中的纵向位置编号，所述h为所述预设像素数目的纵向数据，所述h_code为液晶显示面板的高度，所述x₀、所述y₀、所述x、所述y、所述w、所述h、所述w_code及所述h_code分别为大于0的自然数。

再次，将所述视差图像像素索引对应的像素值，填充至所述第一像素索引处，得到液晶显示面板上的成像图像

本发明实施例，通过预设索引公式，将待成像图像的任一个像素位置索引到视差图像阵列中的任一视差图像位置，再通过预设像素确定公式，确定所述任一视差图像中的任一像素位置，再将所述任一像素位置的像素值填充至待成像图像中，得到并三维显示成像图像，上述的索引关系不需要通过复杂的硬件实现，结构简单，减小了硬件成本，并且本发明实施例只需经过一次透镜成像，能够有效的减小成像误差且成像为实像。

图6为本发明实施例的三维光场显示系统的成像装置的结构示意图，包括：

采集信息确定模块601，用于获取并根据光场显示信息，通过第一预设关系，确定光场显示系统的采集信息，其中，所述光场显示信息至少包括：每个透镜下覆盖的像素数目，所述第一预设关系为所述光场显示信息与所述采集信息的关系。

系统设置模块602，用于根据所述光场显示信息及所述采集信息，设置所述三维光场显示系统。

视差图像采集模块603，用于在所述三维光场显示系统中，采集得到视差图像阵列，其中，所述视差图像阵列由包含有预设数目个像素的多个视差图像排列组成，所述视差图像的数目与所述每个透镜下覆盖的像素数目相同。

第一索引确定模块604，用于根据所述视差图像的数目及预先建立的第一像素索引，通过预设索引公式，确定与所述第一像素索引对应的视差图像索引，其中，所述第一像素索引为待成像图像中的任一像素位置。

第二索引确定模块605，用于根据所述视差图像阵列中所述视差图像的预设像素数目、液晶显示面板信息及所述第一像素索引，通过预设像素确定公式，确定与所述第一像素索引对应的视差图像像素索引，其中，所述视差图像像素索引为所述视差图像索引对应的视差图像中任一像素位置。

三维显示模块606，用于将所述视差图像像素索引对应的像素值，填充至所述第一像素索引处，得到并三维显示成像图像。

本发明实施例，采用第一预设关系，确定系统的采集信息，用于给系统的布置提供条件，这样采集得到的即为所需要的视差图像阵列，通过预先建立的第一像素索引，将待成像图像的任一个像素位置索引到视差图像阵列中的任一视差图像位置，再通过像素确定公式，确定所述任一视差图像中的任一像素位置，再将所述任一像素位置的像素值填充至待成像图像，得到并三维显示成像图像，上述的过程不需要通过硬件实现，结构简单，减小了硬件成本，并且本发明实施例只需经过一次透镜成像，能够有效的减小成像误差且成像为实像。

需要说明的是，本发明实施例的装置是应用上述三维光场显示系统的成像方法的装置，则上述三维光场显示系统的成像方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

本发明的又一实施例的三维光场显示系统的成像装置中，所述光场显示信息至少还包括：透镜阵列的总宽度，成像区域的总宽度及所述透镜阵列到所述成像区域的距离；

所述采集信息至少包括：被采集的三维场景的宽度、相机阵列的总宽度、所述相机阵列中所有相机的光轴交点到所述相机阵列的距离及所述相机的数目；以及

所述液晶显示面板信息至少包括：液晶显示面板宽度及液晶显示面板高度。

本发明的又一实施例的三维光场显示系统的成像装置中，所述第一预设关系为：

以及

M＝M₀，

其中，所述D为透镜阵列的总宽度，所述D₀为被采集的三维场景的宽度，所述W为成像区域的总宽度，所述W₀为相机阵列的总宽度，所述L为所述透镜阵列到所述成像区域的距离，所述L₀为所述相机阵列中所有相机的光轴交点到所述相机阵列的距离，所述M为所述相机的数目，所述M₀为所述每个透镜下覆盖的像素数目。

本发明的又一实施例的三维光场显示系统的成像装置中，所述视差图像采集模块603，包括：

在所述三维光场显示系统中，通过相机离轴拍摄采集得到视差图像阵列。

本发明的又一实施例的三维光场显示系统的成像装置中，所述透镜阵列的排列形状为矩形。

本发明的又一实施例的三维光场显示系统的成像装置中，所述视差图像阵列的排列形状与所述透镜阵列的排列形状相同。

本发明的又一实施例的三维光场显示系统的成像装置中，所述预设索引公式为：

(i,j)＝(y-(y-1)mod[N]·N,x-(x-1)mod[N]·N)，

其中，所述(i,j)为所述视差图像索引且为所述视差图像在所述视差图像阵列中第i行、第j列的位置，所述y为所述第一像素索引中的纵向位置编号，所述N为所述视差图像的数目的横向数据或纵向数据，所述x为所述第一像素索引中的横向位置编号，所述i、所述j、所述x、所述y及所述N分别为大于0的自然数。

本发明的又一实施例的三维光场显示系统的成像装置中，所述预设像素确定公式为：

$(x_0,y_0)=(\[\frac{x}{w_{code}}\·w\],\[\frac{y}{h_{code}}\·h\]),$

其中，所述(x₀,y₀)为与所述第一像素索引对应的视差图像像素索引且为所述视差图像索引对应的视差图像中任一像素在所述视差图像中的第x₀行、第y₀列的位置，所述x为所述第一像素索引中的横向位置编号，所述w_code为液晶显示面板的宽度，所述w为所述预设像素数目的横向数据，所述y为所述第一像素索引中的纵向位置编号，所述h为所述预设像素数目的纵向数据，所述h_code为液晶显示面板的高度，所述x₀、所述y₀、所述x、所述y、所述w、所述h、所述w_code及所述h_code分别为大于0的自然数。

本发明的又一实施例的三维光场显示系统的成像装置中，所述三维显示模块606，包括：

将所述视差图像像素对应的像素值，填充至所述第一像素索引处，得到成像图像，并通过透镜阵列三维显示所述成像图像。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。