应用于真实感近眼显示的图像生成方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种应用于真实感近眼显示的图像生成方法和装置，方法包括：将待显示三维物体的空间成像信息从世界坐标系变换至目镜坐标系，以去除目镜对成像的作用。在出瞳位置处触发多条光线，通过获取多条光线在转换后的成像信息中分别对应的像素的实际灰度值，获得反映三维物体在人眼中的真实图像显示效果的第一光场图像。通过获取多条光线在多层显示屏上分别对应的像素的初始灰度值，获得第二光场图像。根据第一光场图像对第二光场图像中像素的灰度值进行修正，以获得第三光场图像，从而保证了第三光场图像更加逼真于体现真实感的第一光场图像，保证了图像显示质量。

【技术实现步骤摘要】
应用于真实感近眼显示的图像生成方法和装置
本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种应用于真实感近眼显示的图像生成方法和装置。
技术介绍
相较于二维显示，三维显示能提供更直观的视觉感受、更丰富的细节，在虚拟现实和增强现实等领域中被广泛使用。近来，多层三维显示器已经在三维显示领域获得了越来越多的关注。通常来讲，多层三维显示器由沿着厚度方向堆叠的多个平行的二维显示层形成，以产生三维视觉效果。在一些实际应用场景中，人们佩戴三维显示器比如头盔式的三维显示器时，往往会产生晕眩的不适感，之所以产生不适感，其中一个主要的原因是成像质量问题。因此，基于多层三维显示器，如何有效生成更加真实、高质量的显示图像，是亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种应用于真实感近眼显示的图像生成方法和装置，用以生成高质量的三维图像。本专利技术实施例提供一种应用于真实感近眼显示的图像生成方法，包括：根据预设世界坐标系与目镜坐标系的映射关系，将待显示三维物体的空间成像信息从所述世界坐标系变换至所述目镜坐标系，以获得转换后的成像信息；在出瞳位置处触发多条光线，以通过获取所述多条光线在所述转换后的成像信息中分别对应的像素的实际灰度值，获得第一光场图像；通过获取所述多条光线在多层显示屏上分别对应的像素的初始灰度值，获得第二光场图像；根据所述第一光场图像对所述第二光场图像中像素的灰度值进行修正，以获得第三光场图像；在所述多层显示屏上显示所述第三光场图像。本专利技术实施例提供一种图像生成装置，包括：转换模块，用于根据预设世界坐标系与目镜坐标系的映射关系，将待显示三维物体的空间成像信息从所述世界坐标系变换至所述目镜坐标系，以获得转换后的成像信息；第一获取模块，用于在出瞳位置处触发多条光线，以通过获取所述多条光线在所述转换后的成像信息中分别对应的像素的实际灰度值，获得第一光场图像；第二获取模块，用于通过获取所述多条光线在多层显示屏上分别对应的像素的初始灰度值，获得第二光场图像；修正处理模块，用于根据所述第一光场图像对所述第二光场图像中像素的灰度值进行修正，以获得第三光场图像；显示模块，用于在所述多层显示屏上显示所述第三光场图像。本专利技术实施例提供了一种电子设备，包括：由等厚透镜组成的目镜、多层显示屏、存储器和处理器，所述目镜包括镀有增透膜的第一表面以及镀有半透半反射膜的第二表面，所述第一表面位于靠近人眼一侧，所述第二表面位于远离人眼一侧；所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实现如前述实施例提供的图像生成方法。本专利技术实施例提供的应用于真实感近眼显示的图像生成方法和装置，在获得待显示三维物体的空间成像信息后，通过将该待显示三维物体的空间成像信息从世界坐标系变换至目镜坐标系，以去除目镜对该空间成像信息的放大等作用。之后，将转换后的成像信息投影在目镜的出瞳位置处，在出瞳位置处触发多条光线，通过获取该多条光线在转换后的成像信息中分别对应的像素的实际灰度值来获得第一光场图像，该第一光场图像反映了待显示三维物体在人眼中的真实图像效果。另外，通过获取该多条光线中每条光线在多层显示屏的每层上分别对应的像素的初始灰度值，获得多层显示屏上对应的第二光场图像，即实际需要显示的光场图像的初始灰度信息。由于该第二光场图像中各像素的灰度值还为初始值，并非实际成像时所对应的灰度值，以该初始灰度值为变量，结合第一光场图像中对应像素的实际灰度值来对第二光场图像中各像素的灰度值进行修正，得到待显示的第三光场图像，从而保证了生成的第三光场图像更加逼真于体现真实感的第一光场图像，保证了图像显示质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的应用于真实感近眼显示的图像生成方法的流程图；图2a-图2c为本专利技术实施例提供的三维显示器的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的世界坐标系、目镜坐标系的示意图；图4为本专利技术实施例提供的第一光场图像的获取过程示意图；图5为本专利技术实施例提供的第二光场图像的获取过程示意图；图6为本专利技术实施例提供的图像生成装置的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，尽管在本专利技术实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX彼此区分开。例如，在不脱离本专利技术实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。图1为本专利技术实施例提供的应用于真实感近眼显示的图像生成方法的流程图，本实施例提供的该图像生成方法可以由一图像生成装置来执行，该图像生成装置可以实现为软件，或者实现为软件和硬件的组合，该图像生成装置可以集成设置在一个三维显示器中。如图1所示，该方法包括如下步骤：步骤101、根据预设世界坐标系与目镜坐标系的映射关系，将待显示三维物体的空间成像信息从世界坐标系变换至目镜坐标系，以获得转换后的成像信息。本实施例中，上述世界坐标系中的待显示三维物体的空间成像信息可以是在计算机软件中建立待显示三维物体后，将其放置在世界坐标系中。其中，该三维物体的获得可以是计算机三维建模软件，如Unity3D、Pro-E、Solidworks等建模形成，也可以是通过计算机底层建模语言或者脚本，如OpenGL构建，也可以是通过光场拍摄或者多摄像机拍摄后重建获得的。如图2a所示，本实施例中该图像生成方法可以适用于采用图2a中所示的显示器结构进行图像显示的场景中，简单来说，该显示器中包括左、右眼目镜，左、右眼多层显示屏。一般的图像显示过程简单描述为：多层显示屏形成的空间光场图像通过目镜分别投射在左、右眼中，左眼和右眼分别通过渲染的光场获得三维物体的聚焦信息。左眼和右眼的光场图像提供了三维物体的视差信息，从而使得用户获得真实感三维显示体验。另外，本专利技术实施例提供的如图2a所示的显示器结构除了可以用于显示虚拟的空间光场图像外，还可以用于同时显示真实世界的图像。为便于理解，简单来说，假设需要显示的空间光场图像是一电视机的画面，该电视机在真实世界中被置于墙壁上，则基于该显示器，不但可以显示出该电视机画面，同时还可以显示出电视机挂在墙壁的真实效果。下面，结合图2b和图2c说明图2a所示显示器结构的具体设计参数。本专利技术实施例中的目镜可以是光学透射式目镜，也可以是浸没式目镜。以光学透射式目镜为例，该光学透射式目镜可以由一片等厚透镜组成，如图2b所示，该等厚透镜在靠近人眼的第一表面镀有增透膜，在远离人眼的第二表面镀有半透半反射膜。多层显示屏中的每层显示屏具有一定的曲率半径。在该结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于真实感近眼显示的图像生成方法，其特征在于，包括：根据预设世界坐标系与目镜坐标系的映射关系，将待显示三维物体的空间成像信息从所述世界坐标系变换至所述目镜坐标系，以获得转换后的成像信息；在出瞳位置处触发多条光线，以通过获取所述多条光线在所述转换后的成像信息中分别对应的像素的实际灰度值，获得第一光场图像；通过获取所述多条光线在多层显示屏上分别对应的像素的初始灰度值，获得第二光场图像；根据所述第一光场图像对所述第二光场图像中像素的灰度值进行修正，以获得第三光场图像；在所述多层显示屏上显示所述第三光场图像。

【技术特征摘要】
1.一种应用于真实感近眼显示的图像生成方法，其特征在于，包括：根据预设世界坐标系与目镜坐标系的映射关系，将待显示三维物体的空间成像信息从所述世界坐标系变换至所述目镜坐标系，以获得转换后的成像信息；在出瞳位置处触发多条光线，以通过获取所述多条光线在所述转换后的成像信息中分别对应的像素的实际灰度值，获得第一光场图像；通过获取所述多条光线在多层显示屏上分别对应的像素的初始灰度值，获得第二光场图像；根据所述第一光场图像对所述第二光场图像中像素的灰度值进行修正，以获得第三光场图像；在所述多层显示屏上显示所述第三光场图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目镜坐标系包括左眼目镜坐标系和右眼目镜坐标系，所述方法还包括：根据如下规则建立所述世界坐标系、所述左眼目镜坐标系和所述右眼目镜坐标系：以左眼目镜的光心位置为坐标原点，建立所述左眼目镜坐标系；以右眼目镜的光心位置为坐标原点，建立所述右眼目镜坐标系；以所述左眼目镜的光心位置和所述右眼目镜的光心位置之间连线的垂直平分线上一点为坐标原点，建立所述世界坐标系；所述世界坐标系的坐标轴与所述左眼目镜坐标系和所述右眼目镜坐标系中的相应坐标轴平行。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将待显示三维物体的空间成像信息从所述世界坐标系变换至所述目镜坐标系，包括：根据如下公式(1)将所述待显示三维物体的空间成像信息变换至所述左眼目镜坐标系：根据如下公式(2)将所述待显示三维物体的空间成像信息变换至所述右眼目镜坐标系：其中，(xw,yw,zw)为所述世界坐标系中的任一点成像位置信息，(xleft,yleft,zleft)为所述左眼目镜坐标系中对应的成像位置信息，(xright,ylright,zright)为所述右眼目镜坐标系中对应的成像位置信息，f为目镜焦距，D为瞳距，L为所述世界坐标系的坐标原点到所述连线的距离。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光场图像对所述第二光场图像中像素的灰度值进行修正，以获得第三光场图像，包括：根据所述第一光场图像和所述第二光场图像中对应像素的实际灰度值和初始灰度值构建误差函数；求解所述误差函数，确定所述多条光线在所述多层显示屏上分别对应的像素的最终灰度值，以获得第三光场图像，所述最终灰度值使所述误差函数最小。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光场图像和所述第二光场图像中对应像素的实际灰度值和初始灰度值构建误差函数，包括：以所述第一光场图像和所述第二光场图像中对应像素的实际灰度值和初始灰度值的加权差值的平方和，构建所述误差函数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得第三光场图像之后，还包括：以预设目镜畸变系数，对所述第三光场图像进行校正。7.一种图像生成装置，其特征在于，包括：转换模块，用于根据预设世界坐标系与目镜坐标系的映射关系，将待显示三维物体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁冬冬，刘越，王涌天，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11