基于亚像素编码的集成成像显示装置及其实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于亚像素编码的集成成像显示装置及其实现方法，该装置包括二维平面显示器、亚像素编码模板和显示微透镜阵列；该方法的步骤为：将获取的微单元图像阵列重新分成多幅新图像；设置亚像素编码模板；通过改变二维平面显示器上显示的新图像和其上的亚像素编码模板的编码模式，实现多幅新图像的时分复用显示并通过显示微透镜阵列重构。本发明通过在普通的二维平面显示器上放置亚像素编码模板，将获取的微单元图像阵列上的多个像素分时显示在二维平面显示器的一个像素中，实现了对二维平面显示器亚像素尺寸的细分，完成了获取的微单元图像阵列与二维平面显示器像素数目的匹配，提高了集成成像的性能。
【专利说明】基于亚像素编码的集成成像显示装置及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维立体显示【技术领域】，具体涉及集成成像性能提升方法的一种基于亚像素编码的集成成像显示装置及其实现方法。
【背景技术】
[0002]典型的集成成像系统包括获取和显示两个过程:在记录过程中，通过用增加了微透镜阵列的相机或者相机阵列获取不同物点的三维信息，形成微单元图像阵列；在显示过程中了，获取的微单元图像阵列显示在二维平面显示器上，通过显示微透镜阵列重构出3D图像。集成成像以其全视差、连续视点、无需相干光源等优点引起了国内外研究者的关注。然而，对于实际的应用，集成成像仍有分辨率低，景深小等不足。
[0003]微透镜的尺寸和间距、记录设备的像素数目和二维平面显示器的像素数目等系统参数决定了集成成像的性能。目前，克服系统固有参数限制的集成成像分辨率的研究主要可以分为以下两类:中间视点图像生成和增大微透镜阵列的采样率，这些方法都难以用于实际系统的搭建；克服系统固有参数限制的集成成像景深的研究主要可以分为以下两类:虚实模式显示和在透镜阵列或者相机阵列前增加掩膜板，前者仅适用于特定的集成成像系统，后者通过提高获取的微单元图像的质量来提高景深，因此，这些方法都不适用于实际应用的集成成像显示系统优化设计。而如今，记录设备的像素数目远远高于二维平面显示器的像素数目。例如，佳能相机和华为Ascend d2_2010手机显示屏的像素数目分别为4368X2912和1080X1920。为了匹配获取的微单元图像数目和二维平面显示器的像素数目，韩国 Ju-Seog Jang 等人在文章 “Spat1temporalIy multiplexed integral imagingprojector for large-scale high-resolut1n three-dimens1nal display，， (OpticsExpressl2(4):557-563, 2004)中提出了时空复用大规模高分辨率投影型三维集成成像显示方法。在该方法中，将获取的高分辨率微单元图像阵列在空间上分成多个子图像，然后用多个显示设备将这些图像同步投影到相应的微透镜阵列的位置。但是该系统很复杂，需要机械移动投影仪。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有显示系统记录的微单元图像数目和二维平面显示器像素数目不匹配以及集成成像分辨率低、景深小的问题，克服上述已有技术的不足，设计了基于亚像素编码的集成成像显示装置，并给出了实现方法。
[0005]假设获取的每个微单元图像的像素数目均为NeleXNele,而二维平面显示器上与透镜尺寸相应的区域的像素数目为NXN，以深度优先系统为例，图像的横向分辨率为R = 1/s=Nf/[ (Nf+z) d]，纵向分辨率为Rd ^ 0.3N/f，景深为D = min[Nf, d2/(2 λ )]。由此可以看出，可以通过增大二维平面显示器上显示的微单元图像的像素数目N来提高系统的性能。
[0006]本发明的装置包括二维平面显示器，亚像素编码模板和显示微透镜阵列。通过在二维平面显示器上放置亚像素编码模板，利用亚像素编码方法精细再分二维平面显示器的亚像素尺寸，实现了记录的微单元图像阵列像素数目和二维平面显示器像素数目以及微单元图像记录的物方信息和重建的像方信息之间的匹配，增大了二维平面显示器上显示的微单元图像的像素数目，并通过放置在其前的显示微透镜阵列成像，重构出性能得到提升的三维图像。
[0007]本发明的实现方法的思路是首先将获取的微单元图像按照像素位置和在所述二维平面显示器上的显示位置之间的关系，分成多个新图像；然后，根据获取的每个微单元图像和所述二维平面显示器上与一个微透镜尺寸相同的区域内的像素数目之间的关系，设置相应的亚像素编码模板；最后，将新图像顺序循环地显示在所述二维平面显示器上，同时改变其上的亚像素编码模板的编码模式，并通过所述显示微透镜阵列重构。
[0008]本发明的具体步骤如下:
[0009](I)将获取的微单元图像阵列分成多个新图像:
[0010]Ia)确定获取的微单元图像阵列中每个微单元图像的像素数目为MeleXNele,且微单元图像阵列中的微单元图像的数目与显示微透镜阵列中的微透镜的数目相同，二维平面显示器上与单个微透镜尺寸相同的区域的像素数目为MXN，且满足
【权利要求】
1.基于亚像素编码的集成成像显示装置及其实现方法，其特征在于:该装置包括二维平面显示器、亚像素编码模板和显示微透镜阵列，其中二维平面显示器用于显示图像，亚像素编码模板放在二维平面显示器上，其特征在于细分二维平面显示器的亚像素尺寸，二维平面显示器上的图像通过亚像素编码模板后，再经过显示微透镜阵列成像，重构出三维图像； 其中，实现本方案具体步骤如下: (1)将获取的微单元图像阵列分成多个新图像: Ia)确定获取的微单元图像阵列中每个微单元图像的像素数目为MeleXN+，且微单元图像阵列中的微单元图像的数目与显示微透镜阵列中的微透镜的数目相同，二维平面显示
(K/f — μ X器上与单个显示微透镜尺寸相同区域的像素数目为MXN，且满足
，其中，η是不小于I的正整数； Ib)将获取的微单元图像阵列重新分割成ηΧη个新图像；获取的微单元图像阵列中的第i行第j列的像素记为I+Q，j)，第u行第V列新图像上的第i行第j列图像记为Iu,v(i，j)，贝1J它们之间的数学关系为 Iu,v(i，j) = Iele (u+(1-l).n, v+(j-l).η)； (2)设置亚像素编码模 板: 2a)在亚像素编码模板上，按所述二维平面显示器的亚像素排布结构依次划分出与所述二维平面显示器亚像素形状排布相同的大区域，该大区域的尺寸与所述二维平面显示器的单个亚像素尺寸相同； 2b)将所述大区域等分为ηΧη个小区域，每个区域的形状及不同区域间的排布均与所述二维平面显示器的亚像素结构和排布相同，并且每个区域可以独立控制开关，以控制光线能否通过，得到设置好的亚像素编码模板； (3)时分复用显示重构: 3a)将所述亚像素编码模板放置在所述二维平面显示器前，紧贴该二维平面显示器，所述亚像素编码模板上的所有大区域与所述二维平面显示器上的所有亚像素元一一对准； 3b)利用时分复用编码显示方法，将多幅新图像顺序循环地显示在所述二维平面显示器上，并改变所述亚像素编码模板的相应编码模式，并通过所述显示微透镜阵列重构。
2.根据权利要求1所述的基于亚像素编码的集成成像显示装置及其实现方法，其特征在于，步骤3b)所述的时分复用编码显示方法的具体步骤如下: 第一步，在时刻，将第一行第一列的新图像显示在所述二维平面显示器上，所述亚像素编码模板上的每个大区域的第一行第一列的小区域透光，其它小区域阻挡光线透过； 第二步，在」时刻，将第i行第j列的新图像显示在所述二维平面显示器上，所述亚像素编码模板上的每个大区域的第i行第j列的小区域透光，其它小区域阻挡光线透过； 第二步，以上过程按照tu — tlj2 —…tu η — t2,l —----- t2> η----- tn, η — tl,l的顺序循环往复。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的基于亚像素编码的集成成像显示装置及其实现方法，其特特征在于:所述的二维平面显示器的亚像素结构可以为三角形、条形或六边形。
4.根据权利要求2所述的基于亚像素编码的集成成像显示装置及其实现方法，其特征在于:所述的顺序循环中从到tn,n循环一次的周期要小于人眼的时间暂留1/15秒。
【文档编号】H04N13/00GK104168471SQ201410334102
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】王晓蕊, 陈玉娇, 刘鑫, 张建磊, 董维科, 张建奇, 黄曦, 刘德连 申请人:西安电子科技大学