裸眼3d显示方法、显示系统和显示系统的模拟分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种裸眼3D显示方法、显示系统和显示系统的模拟分析方法，属于立 体图像显示领域。
【背景技术】
[0002] 裸眼3D显示技术是显示领域发展的一个重要方向，在科研、工业W及娱乐界有广 阔应用前景。目前市场上的多数主流裸眼3D显示技术，包括视差屏障、柱透镜光栅、指向性 光源等，均是基于双目视差原理(binocular parallax)的自由立体显示技术，通过各自技 术手段分离左右眼图像，使观看者感受到具有纵深感的3D图像。
[0003] 串扰率是评价裸眼3D显示效果及观看舒适度的核屯、指标之一，反映了显示器重影 现象的明显程度。串扰率指左眼的图像受右眼图像的影响程度或右眼的图像受左眼的图像 的影响程度，一般可由W下公式计算：
[0005] 式中C为串扰率，Lmin为串扰光亮度，Lmax为正常视区亮度，Lb为背景光亮度。降低裸 眼3D显示器的串扰率，可有效提高3D图像的显示质量，并降低观看3D图像时的视疲劳程度， 对裸眼3D显示系统的推广与应用拓展具有深刻意义。
[0006] 目前市面上的裸眼3D显示器普遍存在串扰率高的问题。研究表明，串扰率高于 5%，将对观看感受造成重大影响，一个有效的串扰率控制技术，可W将3D产品的显示质量 获得巨大提升。
【发明内容】
[0007] 基于W上不足，本发明第一方面要解决的技术问题是提供一种裸眼3D显示方法、 显示系统和显示系统的模拟分析方法，其能降低串扰率，可有效提高3D图像的显示质量，并 降低观看3D图像时的视疲劳程度，提供给观众更好的立体图像观看感受。
[000引为了解决W上技术问题，本发明采用了 W下技术方案：
[0009] 一种裸眼3D显示方法，包括W下步骤：
[0010] 1):将图像显示层分割成若干显示单元，在所述图像显示层的一侧，根据预先计算 得到的最佳背光位置弧线，对每一显示单元按一定的弧线配置发光模组；
[0011] 2):人眼检测模块检测观察者眼睛相对所述图像显示层的空间位置及观察角度得 到所述观察者的观察状态；
[0012] 3):人眼检测模块根据所述观察状态选择对应的发光模组进行发光，调整发光强 度，得到显示均匀，低串扰率的显示图像。
[0013] 步骤1)中，还包括在不同的显示单元之间配置遮光层的步骤。
[0014] 步骤3)中，不同的显示单元对应的发光模组相互独立进行调整。
[001引一种測艮3D显示系统，包括图像显示层、透镜阵列膜层、背光源、人眼检测模块，所 述透镜阵列模块设置在所述图像显示层与所述背光源之间，所述图像显示层包括至少一个 显示单元，所述背光源包括至少一个发光模组，所述显示单元与所述发光模组一一对应，所 述人眼检测模块与所述发光模组连接，所述人眼检测模块用于检测观察者人眼的观察状 态，并根据所述观察者的观察状态选择合适视区对应的发光模组进行投射。
[0016] 所述人眼检测模组含可实时采集深度图像及彩色图像的检测设备，及根据图像处 理技术及机器识别技术编写所得，从所述图像中寻得人眼的软件包，所述观察状态包括相 对图像显示层的空间位置及观察角度。所述观察状态包括相对图像显示层的空间位置及观 察角度。
[0017] 在所述显示单元之间设置有遮光层，所述遮光层与所述图像显示层之间留有间 隙;遮光层为弱反射，不透光，不易变形材料制成的薄膜层。
[0018] 将各显示单元边缘与对应发光模组边缘进行连接，可得出显示光通过区域，遮光 层与所述显示光通过区域之间的距离^遮光层厚度，遮光层材料的最大变形含遮光层厚度 的一半。
[0019] 所述发光模组包括若干列可独立进行控制的发光单元，所述发光单元共同形成朝 向所述透镜单元的发光凹面;所述图像显示层为透射式的显示面板;所述透镜阵列膜层包 括齿形非等高非等宽线性菲涅尔透镜阵列，每块菲涅尔透镜单独形成一个透镜单元。
[0020] 一种裸眼3D显示系统的模拟分析方法，包括W下步骤：
[0021] 1):在模拟分析系统中输入预设的发光模组的排布方式和尺寸参数，并输入透镜 阵列膜层的表面结构、尺寸参数，观看位置参数；
[0022] 2):根据所述发光模组的配光曲线，按所述配光曲线所描述的光能分布情况发射 光束，光束经过透镜阵列膜层发生汇聚，在预设的观看距离计算光束抵达的位置及角度；
[0023] 3):根据光束抵达的位置及角度，统计进入到人眼的光束，计算人眼所见的亮度分 布图，再据所述亮度分布图计算图像亮度均匀性及串扰率分布；
[0024] 4):据不同位置所见图像亮度均匀性及串扰率分布，对视区进行划分。
[0025] 步骤4)中，对比不同发光模组组合的显示效果，在图像亮度均匀性低于85%的情 况下，选择图像亮度均匀性高的发光模组组合，在图像亮度均匀性高于85%的情况下，选择 串扰率较低的发光模组组合。
[0026] 采用W上技术方案，取得了 W下技术效果：
[0027] 1)本发明提供的裸眼3D显示方法、显示系统和显示系统的模拟分析方法，其能通 过检测观察者人眼相对图像显示层的空间位置及观察角度来选择合适的发光单元组合，并 在观察者移动的过程中可W实时进行跟踪，并配合模拟所得视区划分条件自动调整发光模 组，在观看过程中始终能够保持较佳的观看体验，提高观察者的观看自由度，使得人眼可W 获得最优化的观看效果。
【附图说明】
[00%]图1为本发明裸眼3D显示方法的步骤图；
[0029] 图2为本发明裸眼3D显示系统的结构图；
[0030] 图3为本发明裸眼3D显示系统的其中一个单元的结构图；
[0031] 图4为本发明裸眼3D显示系统的模拟设计方法的步骤图。
【具体实施方式】 [00扣]实施例1
[0033] 如图1所示，实施例1提供了一种裸眼3D显示方法，主要包括W下步骤：
[0034] (1):将图像显示层分割成若干显示单元，在所述图像显示层的一侧，根据预先计 算得到的最佳背光位置弧线，对每一显示单元按所述弧线配置发光模组；
[0035] 在一些优选的实施方式中，在显示单元之间，还可W配置遮光层W减少杂散光，从 而降低串扰率；
[0036] (2):人眼检测模块实时检测观察者眼睛相对所述图像显示层的空间位置及观察 角度得到所述观察者的观察状态；
[0037] (3):人眼检测模块根据所述观察状态选择对应的发光模组进行发光，并调整发光 强度，得到显示均匀，低串扰率的显示图像。
[0038] 在一些优选实施方式中，通过对发光模组进行实测，并考虑各结构散射、像差等实 际影响，对视区范围与发光强度进行进一步调整。所述实测在模拟的视区边缘进行，视区的 模拟方法在实施例4中进一步介绍，测试内容包括图像亮度均匀性及串扰率分布。最佳背光 位置弧线的计算方法为，根据所预设的透镜膜层结构及观看位置，利用逆蒙特卡洛方法，推 导出透镜物点与像点的对应关系，从而决定所述弧线位置。
[0039] 作为一种优选的技术方案，还可W综合串扰率及图像亮度均匀性及条纹现象进行 模拟分析，调整发光单元的曲面形貌，修改菲涅尔透镜齿形，并对观看视区进行最优化划 分，使观看效果调整至最佳，具体为:考虑加工误差，测量出各发光单元、膜层的实物参数及 制出的真实结构，根据实际结构调整模拟显示图像，综合图像串扰率分布、亮度均匀性W及 摩尔条纹、亮暗条纹现象，提供不同观看范围对应的最佳发光部分组合，在避免各条纹现 象，亮度均匀性保证在85% W上的条件下尽可能降低串扰率，在实现低串扰裸眼3D显示的 同时保证其他性能要求。考虑到模拟结果的有效性，在对观看视区进行最优化划分前，还包 括对在若干特定位置，对每一显示单元进行拍摄，根据拍摄所得亮度值计算图像亮度均匀 性及串扰率分布，将测试结果与模拟结果进行对比，W测量亮度值与模拟亮度值的差值再 除W模拟亮度值，评估两者的偏差程度，并对偏差超过1%的区域进行排查，若由于程序编 译漏桐引起的差异，应予W修正;若由于实际材料结构偏差引起的差异，在模拟系统中引入 此区域的亮度补偿值或由材料真实结构进行修正，保证模拟所得图像与实际拍摄结果相 符。所述图像的亮度均匀性，首先由电荷禪合器件于不同位置拍摄所得RGB图像，转换到HSV 颜色空间，提取屏幕亮度值分布图像并进行亮度矫正，由屏幕亮度均方差与平均亮度的比 值作为亮度均匀性的评价标准。
[0040] 在上述屏幕亮度值分布图像的基础上，对每一像素点的串扰率按W下公式计算：
[0042]式中C为任一像素点的串扰率，Lmin为串扰光亮度，Lmax为正常视区亮度，Lb为背景 光亮度。综合屏幕整图所有像素的串扰率值，描绘串扰率分布图像。其中串扰率超过5%的 区域会对观看造成明显影响，串扰率2%-5%的区域会在播放高对比度片源时会对观看造 成影响，串扰率低于2%的区域被认为可W提供优质3D显示的区域。
[0043] 本实施例的显示方法可W通过检测双眼与图像显示层22之间的相对位置关系来 选择合适的发光模组，并能调整发光强度，使得发光模组对应的视区处于双眼所在的位置， 在双眼移动的过程中实时自动独立调整任一显示单元对应的发光模组，使得观察者始终处 于3D显示的视区之内且无法感受到图像出现明显跳变，在观看过程中始终能够获取最优质 的立体图像，提高观察者的观看自由度。
[0044] 实施例2
[0045] 参见图2,图2是本发明所述一种裸眼3D显示系统的其中一个显示单元的结构示意 图，其包括图像显示层22、透镜阵列膜层21、背光源10、人眼检测模块，人眼检测模块用于检 测观察者人眼相对图像显示层的空间位置及观察角度，图中观察者位于图像显示层22的中 屯、的正前方，图像显示层22靠近背光源10的一侧设有透镜阵列膜层21，透镜阵列膜层21包 括多个透镜单元形成的阵列，按照透镜单元将图像显示层22分割为若干个显示单元，背光 源单元10包括若干发光模组，所述发光模组对应显示单元进行排布，每一发光模组包括若 干列可独立进行控制的发光