一种长距离裸眼立体显示方法及其系统技术方案

本发明专利技术提出一种长距离裸眼立体显示方法及其系统，通过将原始三维图像数据进行场景分割及超采样处理进行渲染配合显示过程融合处理，将原始三维图像数据的高维空间信息分割渲染成待调制的多个二维图像数据，并利用时间上显示融合算法及光线调制方法再将待显示三维图像的多个二维图像数据融合为高维光场以进行三维立体显示。本发明专利技术可有效降低长距离裸眼三维显示对系统的硬件要求，并将待显示的长距离三维图像数据分割为多部分空间信息，在显示过程中通过分时刷新进行融合，以增加空间光场的显示密度，可有效的提高增强表面的立体显示效果，以提高三维显示的深度，从而实现其显示的三维影像深度范围大、立体感强、像素分辨率高和显示速度快的目的。

A long distance naked eye stereoscopic display method and its system

The invention provides a long distance stereoscopic display method and system, the original 3D image data segmentation and super rendering with display fusion sample, the high dimension space information of the original 3D image segmentation of multiple two-dimensional image data to be rendered into modulation, and uses the time displayed on the fusion algorithm and light modulation method and to display multiple 2D images of 3D image data fusion for high Weiguang field for three-dimensional display. The invention can effectively reduce the long distance naked eye 3D display requirements on the hardware of the system, long distance 3D image segmentation and data to be displayed as part of spatial information, the refresh fusion in the display process, in order to increase the density of light field display space, can effectively improve the stereoscopic display effect surface in order to improve the depth, three-dimensional display, so as to realize the display of 3D imaging depth range, three-dimensional sense of strong, high pixel resolution and display speed to.

【技术实现步骤摘要】
一种长距离裸眼立体显示方法及其系统
本专利技术涉及三维显示
，更具体地，涉及一种长距离裸眼立体显示方法及其系统。
技术介绍
目前，裸眼三维立体显示方法，包括全息显示技术、体显示技术、柱透镜及光栅双目视差显示技术、立体全像等三维显示方法。以全息和体显示技术为代表的裸眼三维显示方法在进行较长显示深度的立体显示过程中，存在体积大、数据量大等问题，不利于实时交互等操作。柱透镜、光栅、立体全像技术等裸眼三维显示方法在显示速度、数据处理量等方面优势明显，但受限于光学器件固有特性的影响，像散等问题伴随立体显示深度的增加而严重，故而传统裸眼三维显示方法不适用于显示长距离大景深的立体影像。虽然在各个领域涌现了很多提高显示深度的方法，但这些方法都在固有硬件的基础上进行深度显示上的优化，增加三维显示的平面分辨率及视角等，并没有实现显示深度量级上的提升。同时，不同的针对三维图像降维渲染算法也不断被改善革新，但缺乏基于长距离显示的光场恢复特点及显示信息量进行针对长距离立体显示场景的渲染算法，以及对于长距离显示过程中光学扩散等问题进行三维显示系统硬件结构更新的方法。如在中国专利CN201510562908.6中提供了一种景观环境实时表现中的真三维立体显示系统及显示方法，通过将真三维显示技术引入到景观环境实时表现中，搭建基于锥形反射屏、旋转反射屏的真三维立体显示系统，并配备相应的人机交互平台，使观察者可裸眼观看到立体图像，有身临其境的感受。该专利虽然在一定程度上提高了裸眼观看三维立体图像的显示效果，但是，其仍然没有实现显示深度量级上的提升。
技术实现思路
本专利技术提供一种长距离裸眼立体显示方法及其系统，其具有显示三维物体具有数米可观察深度，观察者可在数米外观察到具有移动视差的三维图像，观察者的可视范围具有数平米面积以及立体视察感强、大显示深度下的像素分辨率高、显示器件体积小和显示速度快的特点，能够克服现有传统长距离三维显示方法中的体积大、光学像散导致的分辨率低、深度感弱等问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种长距离裸眼立体显示方法，用于长距离或者大规模的三维图像显示，其包括：基于二维图像边缘分割技术，对原始三维图像数据进行二维切片层面的边缘分割处理，得到三维图像的表面点；基于立体全像技术在空间中恢复的点密度与单个三维点恢复的光线数量关系，对所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点进行恢复光线密度计算，以得到所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点密度与显示深度的关系；基于所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点密度与显示深度的关系，对所述分割后的长距离或大规模的三维图像的三维物体表面进行不同显示深度下不同密度超采样点的提取处理，以得到作为超采样渲染光线追踪起点的三维物体表面点数据集；基于所述三维物体表面点数据集，对所述分割后的三维物体表面在不同整数倍透镜焦距深度范围内的点分别进行对应深度下的超采样渲染处理，以得到若干个二维基元图像数据；基于时间上显示融合算法，对所获取的若干个二维基元图像数据进行分时刷新的长距离裸眼立体显示；其中，所述长距离的三维图像显示表示具有2m以上可观察深度，观察者可在1m外观察到具有移动视差的三维图像，观察者的可视范围具有1m以上的水平位移和前后位移；所述大规模的三维图像显示表示三维图像具有20英寸以上的场景宽度。在上述方案基础上优选，对所述分割后的三维物体表面在不同整数倍透镜焦距深度范围内的点分别进行对应深度下的超采样渲染处理具体包括以下步骤：对显示深度范围在n至n+1倍焦距内的所述分割后的三维物体表面的点对进行光线分段追踪，且所述光线分段追踪的起点为所述待处理的分割后的三维物体表面点，其中n≥1。在上述方案基础上优选，在对显示深度范围在n至n+1倍焦距内的所述分割后的三维物体表面的点对进行光线分段追踪时，追踪光线穿过各个透镜中心以追踪到所述基元图像的相应位置。在上述方案基础上优选，在对显示深度范围在n至n+1倍焦距内的所述分割后的三维物体表面的点对进行光线分段追踪前还包括基元图像校正步骤，所述基元图像校正步骤包括：通过在预设定观察视点位置的方法，对单个透镜对应的基元图像区域进行预先的划分，以得到每个透镜对应的基元图像区域，用于光线追踪过程中检验经过透镜追踪到的基元图像位置是否为当前透镜对应的基元图像区域内。在上述方案基础上优选，当所述经过透镜追踪到的基元图像位于当前透镜对应的基元图像区域内时，所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点密度与显示深度的关系为：其中，其中，depth表示所述三维图像的显示深度，focallength表示所述透镜的焦距，ρ3Dmax表示最大恢复的三维物体表面点密度，ρ2D表示二维基元像素图像的密度，n表示最大单个像素点恢复的光线数量。在上述方案基础上优选，所述时间上显示融合算法是通过在显示控制期间内进行三维图像超采样区域的高速刷新，基于人眼暂留现象实现分时刷新过程中的三维图像超采样部分的融合。本专利技术还提供了一种长距离裸眼立体显示系统，用于长距离或者大规模的三维显示，包括，三维立体场景分割及超采样模块，用于对原始三维图像的三维图像表面数据进行图像分割超采样处理以获取原始三维图像的若干二维基元分割图像数据；显示融合模块，用于对所获取的二维分割图像数据进行分时刷新，并进行裸眼三维图像的融合显示。在上述方案基础上优选，所述显示融合模块包括用于将低维光场信息进行高维恢复的高速可切换光源提供部件和用于将低维光场调制到空间中形成高维光场的高速可控光源调制部件。本专利技术提出一种长距离裸眼立体显示方法，通过将待显示三维图像的三维图像数据进行分割超采样处理和时间上显示融合处理，将待显示三维图像的高维光场分割渲染成待显示三维图像的多个二维分割图像数据，并利用时间上显示融合算法再将待显示三维图像的多个二维分割图像数据融合转化为待显示三维图像的高维图像数据以进行三维立体显示。本专利技术将待显示三维图像的三维图像数据进行分割超采样处理，并将待显示三维图像的三维图像数据转化成待显示三维图像的多个二维图像数据，不仅可有效降低三维显示系统数据处理量和对硬件要求，而且还可以增加空间光场的显示密度，有效的提高增强表面的显示情况，以提高三维显示的深度，从而实现其显示的三维影像深度范围大、立体感强、像素分辨率高和显示速度快的目的。附图说明图1为本专利技术的长距离裸眼立体显示方法的流程示意图；图2为本专利技术的长距离裸眼立体显示系统的框图；图3为本专利技术的长距离立体全像重建点密度模型示意图；图4为本专利技术的长距离裸眼立体显示系统的部分结构示意图；图5为本专利技术的分割及超采样生成多张光源图像的示意图；图6为本专利技术的分时显示融合的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。其中，本专利技术长距离的特点为显示三维物体具有数米可观察深度，观察者可在数米外观察到具有移动视差的三维图像，观察者的可视范围具有数平米面积，且本专利技术的长距离裸眼立体显示方法优选适用于显示场景的景深范围为4m，场景宽度为27英寸的场景下。请参阅图1的长距离裸眼立体显示方法流程图，并结合图3所示的长距离立体全像重建点密度模型示意图所示。本专利技术提供了一种长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长距离裸眼立体显示方法，用于长距离或者大规模的三维图像显示，其特征在于，其包括以下步骤：基于二维图像边缘分割技术，对原始三维图像数据进行二维切片层面的边缘分割处理，得到三维图像的表面点；基于立体全像技术在空间中恢复的点密度与单个三维点恢复的光线数量关系，对所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点进行恢复光线密度计算，以得到所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点密度与显示深度的关系；基于所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点密度与显示深度的关系，对所述分割后的长距离或大规模的三维图像的三维物体表面进行不同显示深度下不同密度超采样点的提取处理，以得到作为超采样渲染光线追踪起点的三维物体表面点数据集；基于所述三维物体表面点数据集，对所述分割后的三维物体表面在不同整数倍透镜焦距深度范围内的点分别进行对应深度下的超采样渲染处理，以得到若干个二维基元图像数据；基于时间上显示融合算法，对所获取的若干个二维基元图像数据进行分时刷新的长距离裸眼立体显示；其中，所述长距离的三维图像显示表示具有2m以上可观察深度，观察者可在1m外观察到具有移动视差的三维图像，观察者的可视范围具有1m以上的水平位移和前后位移；所述大规模的三维图像显示表示三维图像具有20英寸以上的场景宽度范围。...

【技术特征摘要】
1.一种长距离裸眼立体显示方法，用于长距离或者大规模的三维图像显示，其特征在于，其包括以下步骤：基于二维图像边缘分割技术，对原始三维图像数据进行二维切片层面的边缘分割处理，得到三维图像的表面点；基于立体全像技术在空间中恢复的点密度与单个三维点恢复的光线数量关系，对所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点进行恢复光线密度计算，以得到所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点密度与显示深度的关系；基于所述长距离或大规模的原始三维图像的三维物体表面点密度与显示深度的关系，对所述分割后的长距离或大规模的三维图像的三维物体表面进行不同显示深度下不同密度超采样点的提取处理，以得到作为超采样渲染光线追踪起点的三维物体表面点数据集；基于所述三维物体表面点数据集，对所述分割后的三维物体表面在不同整数倍透镜焦距深度范围内的点分别进行对应深度下的超采样渲染处理，以得到若干个二维基元图像数据；基于时间上显示融合算法，对所获取的若干个二维基元图像数据进行分时刷新的长距离裸眼立体显示；其中，所述长距离的三维图像显示表示具有2m以上可观察深度，观察者可在1m外观察到具有移动视差的三维图像，观察者的可视范围具有1m以上的水平位移和前后位移；所述大规模的三维图像显示表示三维图像具有20英寸以上的场景宽度范围。2.如权利要求1所述的一种长距离裸眼立体显示方法，其特征在于，对所述分割后的三维物体表面在不同整数倍透镜焦距深度范围内的点分别进行对应深度下的超采样渲染处理具体包括以下步骤：对显示深度范围在n至n+1倍焦距内的所述分割后的三维物体表面的点对进行光线分段追踪，且所述光线分段追踪的起点为所述待处理的分割后的三维物体表面点，其中n≥1。3.如权利要求2所述的一种长距离裸眼立体显示方法，其特征在于，在对显示深度范围在n至n+1倍焦距内的所述分割后的三维物体表面的点对进行光线分段追踪时，追踪光线穿过各个透镜中心以追...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖洪恩，夏妍，范真诚，张欣然，马聪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11