[發明專利]一種基于單像素多視點重建的裸眼三維顯示算法

有效

• 申請號: 202110011302.9
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112866676B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 夏軍;劉學
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04N13/302
• 分類號: H04N13/302;H04N13/388
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發明公開一種基于單像素多視點重建的裸眼三維顯示方法，首先獲取一系列包含物體信息的視點圖，并將獲取到的視點圖按照像素組合成單像素對應的子圖像。在顯示端使用多層屏幕平行排列的方式，將多層屏幕上的多個相鄰像素組合在一起，形成單像素，這些多層屏幕像素的亮度和色彩在多個角度上相互重疊，使得其在不同角度上重建出的亮度和色彩信息與子圖像對應角度方向的圖像信息相一致。

技術領域

本發明涉及裸眼三維顯示方法，特別涉及基于單像素重建的裸眼三維顯示算法。

背景技術

目前的三維顯示技術主要都是通過運用雙目視差與視覺暫留效應使人眼獲得三維圖像。然而這些顯示技術將物體顯示在二維平面上單眼調節所感知到的物體的位置在顯示屏上，而通過雙目會聚聚焦的物體的位置則在空間中的三維物體，這樣就會造成聚焦輻輳調節沖突。

多層顯示就是利用多個顯示平面來重建所要顯示的三維物體。多層顯示的景深超過傳統的多視點立體顯示,觀看者會明顯感受到物體懸浮于顯示板之外.近眼觀看時,立體圖像的分辨率高,顯示亮度接近集成成像.另外,通過增加顯示層數,可以顯著降低聚焦輻輳調節沖突。

但是，之前類如Gordon Wetzstein等人提出的多層光場顯示還存在著各種問題，制約著其進一步發展和應用。主要有如下表現:

1.光場數據量大。由于光場包含了空間中任意一點所有方向的光線信息，所有不管是在維度上還是數量上都是非常巨大的。而目前的計算機硬件不能滿足重建出所有方向上的光場信息的要求。

2.顯示層數與顯示效果的沖突。在過往的光場三維顯示中，如果想更好的顯示三維立體效果，就需要更多的顯示平面來增加景深。而如果增加層數之后，不可避免地顯示亮度與對比度會有比較明顯的下降。

3.重建視場角小。在過往的光場顯示中由于重建的方法只針對一個視點進行優化，能夠提供的可做比較的原始正確視角信息少，且傳統多層顯示可承受負載有限，所以會導致視場角小、串擾大等問題。

發明內容

技術問題：本發明旨在提出一種基于單像素多視點重建的裸眼三維顯示算法，利用算法實現由多層顯示屏組成的顯示端重建單像素的多視點圖像，以此實現裸眼三維顯示的目的。使用多像素組合去重建單像素多視點圖像，可以提升多層裸眼三維顯示的視角局限性問題，重建更正確的自然三維影像，最終可實現實時重建大角度、準確的裸眼三維顯示。

技術方案：本發明的一種基于單像素多視點重建的裸眼三維顯示方法包括以下步驟：

步驟1：首先獲取一系列包含物體信息的視點圖，并將獲取到的視點圖按照像素組合成單像素對應的子圖像；

步驟2：在顯示端使用多層屏幕平行排列的方式，將多層屏幕上的多個相鄰像素組合在一起，形成單像素，這些多層屏幕像素的亮度和色彩在多個角度上相互重疊，使得其在不同角度上重建出的亮度和色彩信息與子圖像對應角度方向的圖像信息相一致。

其中，

步驟1所述的獲取視點圖的方法是采用光場相機直接拍攝，或是使用現成的計算機軟件仿真，或是2d+depth算法。

步驟2所述多個相鄰像素的像素數量是固定值，或是根據所處位置的depth信息變化，當像素所處的depth位置位于屏幕上時，采用單個像素來顯示，從不同角度觀看到相同的信息，當depth位置逐步遠離屏幕時，相應的增加相鄰像素的個數，滿足從不同角度觀看到不同的視場信息。

步驟2所述使用多層顯示屏幕的具體方法是：在3d顯示模式時，通過將2d圖像信息顯示在某一層屏幕上，其他層屏幕設置成透明，來切換成2d顯示模式；在2d顯示模式時，通過將計算得到的多層圖像數據全部加載到多層顯示屏幕產生裸眼三維顯示效果，從而切換成3d顯示模式。

步驟2所述的相鄰像素的亮度和色彩信息非負張量分解算法，或是機器學習算法獲取。