本發(fā)明涉及光場三維顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于光場三維顯示量化標(biāo)定的方法。

背景技術(shù)：

三維顯示具有提供三維場景深度感覺的功能，客觀世界在空間上是三維的，深度是第三維信息，人類視覺系統(tǒng)就是一種復(fù)雜的由感覺(感受到的是對三維世界到二維投影的圖像)到知覺(由二維圖像認(rèn)知三維世界)的過程。人類感知自然深度是由于左、右眼觀看真實(shí)世界有輕微的差異，大腦將二者進(jìn)行融合，獲得三維立體感覺。目前在娛樂和工商業(yè)界最常見的三維呈現(xiàn)技術(shù)多數(shù)仍采用基于立體觀察的方法。這一技術(shù)原理在于使用各種通道分別將左眼和右眼的圖像呈現(xiàn)給左、右兩眼。常常采用的通道有顏色過濾器、偏正片以及電子開關(guān)等。這類方法由于實(shí)現(xiàn)較容易，目前在娛樂和商業(yè)系統(tǒng)中仍有著較廣泛的應(yīng)用。然而，采用各種通道不可避免的存在雙眼競爭或強(qiáng)度下降所引起的眼睛疲勞，觀看時(shí)要求觀看者一直佩帶特殊的眼鏡，而且固定眼睛的位置本身也不舒適，這些不足都限制了基于立體觀察的三維呈現(xiàn)方法在娛樂和通信領(lǐng)域內(nèi)的進(jìn)一步應(yīng)用。

光場三維顯示是具有無需佩戴任何助視工具的裸眼立體顯示技術(shù)。立體顯示中的實(shí)像是指具有突出顯示屏幕效果的圖像，與其相對的虛像則是深入到顯示屏幕內(nèi)部的圖像，而光場三維顯示研究的方面為實(shí)像部分，實(shí)像與虛像相比在深度感方面更加優(yōu)異，更具有研究的價(jià)值。

光線追蹤算法是生成真實(shí)感圖像的主要算法之一。其主要思想是通過追蹤穿過畫面的光線觀察哪些物體與之相互作用，從而模擬光線在環(huán)境中的傳播。在現(xiàn)實(shí)世界中，光線從光源出發(fā)照射到物體上，被物體反射或穿過透明物體，反射光線到達(dá)人眼或照相機(jī)的鏡頭。而光線追蹤算法是逆著光線的方向進(jìn)行計(jì)算的，它從模擬的照相機(jī)出發(fā)，反向追蹤光線到場景中，從而建立場景的圖像。

相比其它三維顯示設(shè)備，光場三維顯示效果依然存在一些問題，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：第一，目前串?dāng)_率高，畫面存在重影，容易使觀眾產(chǎn)生視覺疲勞、眼花、暈眩等不適；第二，由于增加了光學(xué)器件，所以光場三維顯示設(shè)備的色域會縮減，而色溫也會發(fā)生改變，從而使圖像出現(xiàn)偏色；第三，光場三維顯示產(chǎn)品工作狀態(tài)相對于的分辨率顯著下降，是影響顯示效果的重要因素。然而，對光場三維顯示的各項(xiàng)光學(xué)和電學(xué)性能指標(biāo)，業(yè)內(nèi)并未確立標(biāo)準(zhǔn)化的測試標(biāo)準(zhǔn)。

在光場三維顯示技術(shù)存在的問題中，串?dāng)_現(xiàn)象對觀看畫面質(zhì)量的影響最為巨大。同時(shí)，串?dāng)_度同樣是衡量一款立體顯示系統(tǒng)的重要指標(biāo)，所以對光學(xué)器件的量化標(biāo)定便有極大的需求，但使用光場相機(jī)的測量方法有以下缺點(diǎn)：

(1)需要精密昂貴的光學(xué)儀器。

(2)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理過程。

(3)苛刻的光線環(huán)境。

對于立體顯示系統(tǒng)串?dāng)_度的便捷估算方法雖過程簡單不需要嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，只需只要求觀察人員眼睛在矯正后的視力正常，無色盲等眼部問題，對觀察者的數(shù)量和科學(xué)素養(yǎng)并無過高的要求。由于該模型是因?yàn)樗粤炼取⑸{(diào)和飽和度為基礎(chǔ)，雖符合人眼的視覺特性，但人眼對亮度的敏感性要遠(yuǎn)高于對色調(diào)和飽和度的敏感性，觀察者主觀影響較大。便捷估算方法存在以下問題：

(1)精度不足且無標(biāo)度。

(2)研究方面局限未考慮子像素影響。

(3)仍需分時(shí)處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種用于光場三維顯示量化標(biāo)定的方法，使光場三維顯示中柱透鏡陣列或微透鏡陣列與二維平面矩陣顯示器達(dá)到最優(yōu)化標(biāo)定，并可以對標(biāo)定效果進(jìn)行量化，極大地方便光場三維顯示設(shè)備的指標(biāo)檢測。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例公開了一種用于光場三維顯示量化標(biāo)定的方法，包括以下步驟：s1：根據(jù)現(xiàn)場需求利用可二次開發(fā)的三維軟件生成多幅標(biāo)定源圖像數(shù)據(jù)；s2：對所述多幅源圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分離排序構(gòu)成像素序列，并且對所述像素序列進(jìn)行抽樣重組得到契合分辨率的標(biāo)定二級圖像；s3：上載所述標(biāo)定二級圖像到二維平面矩陣顯示器，使用三維平移臺對柱透鏡陣列或微透鏡進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到最佳匹配效果；s4：重復(fù)步驟s2至s3，以生成量化二級圖像；s5：上載所述量化二級圖像到所述二維平面矩陣顯示器，并使用ccd對效果進(jìn)行采樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理比對，得到量化的結(jié)果對光場三維顯示效果進(jìn)行檢測。

進(jìn)一步地，步驟s1中：所述二次開發(fā)的三維軟件生成標(biāo)定源圖像數(shù)據(jù)是使用場景描述語言對相機(jī)進(jìn)行小孔相機(jī)模型平行拍攝設(shè)置得到的。

進(jìn)一步地，在步驟s5中，所述ccd的放置是以匯聚拍攝且平行地面的方式放置。

進(jìn)一步地，在步驟s5中，所述使用ccd對效果進(jìn)行采樣是使用三個(gè)ccd分別對一個(gè)像素的三個(gè)子像素采樣。

進(jìn)一步地，在步驟s5中，所述數(shù)據(jù)比對的方法為去除誤差大于誤差預(yù)設(shè)值的數(shù)據(jù)，與色相標(biāo)尺進(jìn)行求解，得到的三個(gè)維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，得到有效值。

進(jìn)一步地，使用形處理軟件matlab對所述多幅源圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分離排序。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于光場三維顯示量化標(biāo)定的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明采用光線追蹤的方法，計(jì)算出正確的反射和折射角度，能達(dá)到完全真實(shí)的三維視覺效果，糾正了標(biāo)定過程中的誤差以及人為因素干擾，并能在三個(gè)色相上測量量化，大幅降低了量化誤差。

(2)本發(fā)明在可二次開發(fā)的三維軟件采用模擬平行拍攝的方法，在立體顯示系統(tǒng)不同的顯示模式下，所獲得的觀看效果也不同。雖然實(shí)像模式要比虛像模式在觀看角度上略窄，但是它所形成的立體圖像與觀察者的距離更接近，因此在深度感方面會更優(yōu)于虛像的顯示模式，相對來講更具研究的價(jià)值。

(3)本發(fā)明采用匯聚采集光場三維顯示數(shù)據(jù)的方法，匯聚采集的公共區(qū)域較大，經(jīng)過處理后的光場三維顯示圖像會帶有更多的信息。因此本發(fā)明能廣泛適用于光場三維顯示量化標(biāo)定的技術(shù)領(lǐng)域。

(4)本發(fā)明采用精細(xì)分區(qū)的方法，將二維平面矩陣顯示器的一個(gè)像素細(xì)分為3個(gè)子像素，在子像素的層次來分析效果。因此本發(fā)明比以往光場三維顯示量化標(biāo)定方法更加精確。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的用于光場三維顯示量化標(biāo)定的方法的流程圖；

圖2是場景描述語言設(shè)置示意圖；

圖3是簡單小孔光學(xué)模型示意圖；

圖4是光線追蹤渲染流程圖；

圖5是光場三維顯示標(biāo)定二級圖像示意圖；

圖6是光場三維顯示量化二級圖像示意圖；

圖7a～7d是量化抽樣重組示意圖；

圖8是光場三維顯示標(biāo)定后的曲線圖；

圖9是光場三維顯示量化二級圖像抽樣重組示意圖；

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實(shí)施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實(shí)施例中的一些特定實(shí)施方式，來表示實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實(shí)施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。

以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的用于光場三維顯示量化標(biāo)定的方法的流程圖。如圖1所示，一種用于光場三維顯示量化標(biāo)定的方法，包括以下步驟：

s1：根據(jù)現(xiàn)場需求利用可二次開發(fā)的三維軟件生成多幅標(biāo)定源圖像數(shù)據(jù)。

具體地，生成多幅標(biāo)定源圖像數(shù)據(jù)包括以下步驟：

使用場景描述語言對場景進(jìn)行設(shè)置(如圖2)；

對于相機(jī)模型的設(shè)置，對每一個(gè)相機(jī)模型的幾何光學(xué)特性可用簡單小孔成像模型來模擬(如圖3)。確定記錄平面上需渲染的像素點(diǎn)在三維空間坐標(biāo)系中的位置，確定需渲染像素點(diǎn)所屬光學(xué)中心的空間位置，根據(jù)上面已經(jīng)求出的像素位置及小孔位置確定光線投射的起點(diǎn)及光線方向，光線跟蹤，完成渲染(如圖4)。

s2：對多幅源圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分離排序構(gòu)成像素序列，并且對像素序列進(jìn)行抽樣重組得到契合分辨率的標(biāo)定二級圖像。

具體地，標(biāo)定抽樣重組包括以下步驟：

測量二維平面矩陣顯示器參數(shù)指標(biāo)，調(diào)節(jié)柱透鏡陣列或微透鏡陣列與二維平面矩陣顯示器邊界距離；

確定抽樣指數(shù)，計(jì)算像素序列對應(yīng)位置，進(jìn)行誤差消減；

根據(jù)抽樣指數(shù)，計(jì)算對應(yīng)柱透鏡陣列或微透鏡陣列參數(shù)，與二維平面矩陣顯示器進(jìn)行匹配，消減莫爾條紋帶來的串?dāng)_，得到與顯示器分辨率相匹配的標(biāo)定二級圖像(如圖5)。

s3：上載標(biāo)定二級圖像到二維平面矩陣顯示器，使用三維平移臺對柱透鏡陣列或微透鏡進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到最佳匹配效果。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，三維平移臺對柱透鏡陣列或微透鏡進(jìn)行微調(diào)采用軟件同步控制方法。

s4：重復(fù)步驟s2至s3，以生成量化二級圖像。

s5：上載量化二級圖像到二維平面矩陣顯示器，并使用ccd對效果進(jìn)行采樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理比對，得到量化的結(jié)果對光場三維顯示效果進(jìn)行檢測。

具體地，ccd采樣包括以下步驟：

采用3個(gè)參數(shù)相同ccd，并使用軟件同步對ccd進(jìn)行控制，同時(shí)采集光場三維顯示數(shù)據(jù)；

計(jì)算得到3個(gè)ccd對應(yīng)光場三維顯示目標(biāo)所需的擺放位置(距離和角度)；

采集得到的數(shù)據(jù)與光場三維顯示量化圖(如圖6)進(jìn)行對比；

分析得到的3類數(shù)據(jù)進(jìn)行分別的迭代處理；

重復(fù)執(zhí)行迭代處理步驟若干次；

舍去錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，輸出用戶數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟s5中，ccd的放置是以匯聚拍攝且平行地面的方式放置。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟s5中，數(shù)據(jù)比對的方法為去除誤差大于誤差預(yù)設(shè)值的數(shù)據(jù)，與色相標(biāo)尺進(jìn)行求解，得到的三個(gè)維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，得到有效值。

為使本領(lǐng)域人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，將通過以下實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖5所示，圖中黑色部分為需要采集的目標(biāo)。為了適用于各種錯(cuò)誤串?dāng)_模式，包括跳變錯(cuò)誤、突發(fā)錯(cuò)誤和錯(cuò)誤分布不均，本發(fā)明結(jié)合三維平移臺的優(yōu)點(diǎn)，提出了負(fù)反饋的方法，即在對采集目標(biāo)進(jìn)行檢測后進(jìn)行判斷，對變量進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)。本發(fā)明采用負(fù)反饋調(diào)節(jié)方法包含以下步驟：

(1)先在二維平面矩陣顯示器上載標(biāo)定二級圖像，按照標(biāo)定二級圖像位置確定ccd擺放位置。

(2)軟件同步ccd拍攝，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行255階量化處理，取其r值、g值、b值。

(3)對數(shù)據(jù)判斷處理后軟件控制三維平移臺的移動(dòng)。

(4)重復(fù)執(zhí)行步驟(3)。

(5)當(dāng)符合實(shí)驗(yàn)精度時(shí)停止移動(dòng)。

如圖7a～7d所示，圖中紅色部分為r維數(shù)據(jù)，圖中綠色部分為g維數(shù)據(jù)，圖中藍(lán)色部分為b維數(shù)據(jù)。為了壓縮多維度數(shù)據(jù)到二維平面矩陣顯示器，本發(fā)明提出了抽樣重組的的方法，即對多維數(shù)據(jù)進(jìn)行分離后，進(jìn)行拼接形成量化二級圖像(如圖7d)。本發(fā)明采用抽樣重組方法包含以下步驟：

(1)在標(biāo)定完成的基礎(chǔ)上，獲取標(biāo)定二級圖像參數(shù)。

(2)根據(jù)標(biāo)定二級圖像參數(shù)對多維數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，計(jì)算像素物理坐標(biāo)，對物理坐標(biāo)進(jìn)行區(qū)域化處理，消除無法顯示的像素。

(3)對排序好的像素序列進(jìn)行重組，形成量化二級圖像。

如圖8所示，圖中框內(nèi)圖像為有效區(qū)域，圖中框外由于二維平面矩陣顯示器邊界的影響出現(xiàn)噪聲。其有效區(qū)域?yàn)闃?biāo)定后的效果，但通過無效區(qū)域也可以發(fā)現(xiàn)標(biāo)定效果并不理想，所以要量化光場三維顯示標(biāo)定效果。本發(fā)明量化標(biāo)定方法包含以下步驟：

(1)利用可二次開發(fā)的三維軟件生成多幅量化標(biāo)定源圖像數(shù)據(jù)。

(2)使用圖形處理軟件對多幅量化標(biāo)定源圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣，并且對像素重組得到標(biāo)定二級圖像。

(3)上載量化二級圖像到二維平面矩陣顯示器，并使用ccd對效果進(jìn)行采樣量化標(biāo)定。

上述步驟(2)中，本發(fā)明采用的抽樣重組方法包括以下步驟：

如圖9所示，將量化標(biāo)定源圖像數(shù)據(jù)排成3×ki×ji的陣列，ki和ji分別為列方向的分辨率長度、行方向的分辨率長度。

對于每個(gè)ki×ji的陣列，在行方向進(jìn)行分割，分割完成后進(jìn)行拼接。

拼接過后的初級量化二級圖像在行方向分辨率長度會有整數(shù)倍擴(kuò)展，圖像在行方向失真。

在行方向進(jìn)行平均壓縮，使分辨率符合二維平面矩陣顯示器。

上述步驟(3)中，本發(fā)明采用的采樣量化標(biāo)定方法包括以下步驟：

計(jì)算r維、g維、b維三個(gè)角度ccd擺放的角度與距離，平行地面擺放置ccd并進(jìn)行調(diào)試。

使用軟件同步控制三個(gè)ccd，采集三個(gè)維度的光場三維顯示數(shù)據(jù)。

對三個(gè)維度的光場三維顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)評估，刪去無效的數(shù)據(jù)，對有效數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，得出量化標(biāo)定的參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于光場三維顯示量化標(biāo)定的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明采用光線追蹤的方法，計(jì)算出正確的反射和折射角度，能達(dá)到完全真實(shí)的三維視覺效果，糾正了標(biāo)定過程中的誤差以及人為因素干擾，并能在三個(gè)色相上測量量化，大幅降低了量化誤差。

(2)本發(fā)明在可二次開發(fā)的三維軟件采用模擬平行拍攝的方法，在立體顯示系統(tǒng)不同的顯示模式下，所獲得的觀看效果也不同。雖然實(shí)像模式要比虛像模式在觀看角度上略窄，但是它所形成的立體圖像與觀察者的距離更接近，因此在深度感方面會更優(yōu)于虛像的顯示模式，相對來講更具研究的價(jià)值。

(3)本發(fā)明采用匯聚采集光場三維顯示數(shù)據(jù)的方法，匯聚采集的公共區(qū)域較大，經(jīng)過處理后的光場三維顯示圖像會帶有更多的信息。因此本發(fā)明能廣泛適用于光場三維顯示量化標(biāo)定的技術(shù)領(lǐng)域。

(4)本發(fā)明采用精細(xì)分區(qū)的方法，將二維平面矩陣顯示器的一個(gè)像素細(xì)分為3個(gè)子像素，在子像素的層次來分析效果。因此本發(fā)明比以往光場三維顯示量化標(biāo)定方法更加精確。

另外，本發(fā)明實(shí)施例的用于光場三維顯示量化標(biāo)定的方法的其它構(gòu)成以及作用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。