一種基于三合一led裸眼3d顯示裝置及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及裸眼3D顯示技術，尤其涉及一種基于三合一 LED裸眼3D顯示裝置及 制備方法。
【背景技術】
[0002] 人們在觀看自然物體時，既可以感知物體的形狀，同時也可以感知物體遠離自己 的距離及物體的相對位置關系，能夠顯示這種完整的物體空間信息的顯示系統被稱為3D 顯示系統。隨著社會的發展和科技的進步，各種3D顯示技術已經漸漸發展起來。
[0003] 裸眼3D顯示裝置是不需要輔助設備（如佩戴紅藍、偏振、快門眼鏡或者液晶頭盔 等）的一種顯示技術，它在航空航天、軍事、醫學、廣告設計和娛樂互動等領域均有廣泛的 應用背景。裸眼3D顯示裝置包括2D顯示屏和光柵，光柵采用狹縫光柵或者柱透鏡光柵；將 同一場景所獲得的多幅稍有差異的圖像稱為視差圖像，將視差圖像的子像素（2D顯示屏中 一個完整像素包括紅R綠G藍B色散子像素組成）按照光柵的光學結構，以一定規律排列 生成合成圖像，將合成圖像顯示在2D顯示屏上，由于狹縫光柵的遮擋作用或柱透鏡光柵的 折射作用，觀看者的左右眼看到的圖像信息來自不同的視差圖像，經過大腦融合產生具有 立體效果的立體圖像。
[0004] 裸眼3D顯示裝置中，通常采用IXD液晶顯示屏作為其2D顯示屏。然而，IXD普遍 存在著亮度偏低、顯示尺寸受限等問題，而LED顯示屏相比于LCD來說，具有高亮度、形狀尺 寸幾乎可任意拼接等優勢，正逐漸應用到裸眼3D顯示裝置中。
[0005] 通常，裸眼3D顯示裝置對2D顯示屏的子像素排布要求很高，一般需滿足如下要 求：一個完整像素中由IRlGlB三色子像素燈組成，并且子像素應在水平方向上按紅R、綠G、 藍B的順序循環排布，在垂直方向上為紅、綠、藍的同一色，且要求每個子像素在水平和垂 直方向上的間距均應保持相等。
[0006] 但是，對于市面上常見的LED顯示屏來說，其子像素結構通常難以滿足裸眼3D顯 示領域的特殊要求。目前，若仍希望采用LED屏作為裸眼3D系統中的2D顯示屏，可以采用 滿足特殊結構要求的三拼一 LED顯示屏或者三合一 LED顯示屏；三拼一 LED顯示屏中，子像 素的間距相等，為完整的像素間距的三分之一；而三合一 LED顯示屏中，子像素的間距不均 勻。如果采用三拼一 LED顯示屏，成本較高，且分辨率不易降低；如果采用三合一 LED顯示 屏，通常基于整像素級別進行光柵設計和圖像合成，也就是說將IRlGlB三個子像素作為一 個整體，此時的像素間距即為LED顯示屏的點距，但這種方法會嚴重損失LED屏的分辨率， 其立體圖像的細膩度也會降低，圖像的顆粒感會加重。
[0007] 對于現有的三合一 LED顯示屏，具有以下特征：像素均勻周期性排布且水平和豎 直方向上的點距相等，每個像素包含IRlGlB三個子像素，也就是每個像素包含紅、綠、藍三 顆燈芯，其中兩顆燈沿水平方向排布，第三顆燈位于前兩顆燈的中下部，三顆燈組成一個正 三角形。針對這種市面上常見的LED顯示屏，每個子像素在水平和垂直方向上的間距不相 等，現有的裸眼3D顯示裝置不能給出設計方案和立體圖像合成算法。
【發明內容】
[0008] 針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種基于三合一 LED裸眼3D顯示裝置及 制備方法。
[0009] 本發明的一個目的在于提供一種基于三合一 LED裸眼3D顯示裝置的制備方法。
[0010] 以三合一 LED顯示屏作為3D顯示裝置的2D顯示屏，三合一 LED顯示屏包括：均勻 周期性排布的像素，并且水平和豎直方向上的像素間距相等；每個像素包含第一至第三子 像素，其中第一和第二子像素沿水平方向排布，第三子像素位于第一和第二子像素的中下 部，第一至第三子像素組成一個正三角形；第一至第三子像素為紅綠藍子像素的排列。
[0011] 對于裸眼3D顯示裝置的制備，光柵設計之前必須要知道2D顯示屏的相關參數，尤 其是子像素的間距，而對于三合一 LED顯示屏來講，其子像素間距并不均勻。針對這種情 況，本發明提出虛擬子像素，將一個像素沿水平方向，平均分三份，其中一份為一個虛擬子 像素，則虛擬子像素間距P等于三合一 LED顯示屏的像素點距p。的1/3,即p = p。/3。
[0012] 本發明的基于三合一 LED裸眼3D顯示裝置的制備方法，包括以下步驟：
[0013] 一、設置光柵參數
[0014] 按照虛擬子像素間距設置光柵參數，光柵既可以采用狹縫光柵，又可以采用柱鏡 光柵；
[0015] 狹縫光柵的參數設置包括：
[0016] 1)光柵常數即光柵周期d為：
[0017]
⑴
[0018] 其中，X為在水平方向上一個光柵周期內所包含的子像素個數，此處的子像素為虛 擬子像素，子像素間距P等于三合一 LED顯示屏像素點距的1/3, S代表每個虛擬子像素在 觀看平面所占的水平寬度；
[0019] 2)透光條寬度a為：
(2)
[0021] 3)光柵與2D顯示屏的間距即屏柵距1為：
[0022]
(3)
[0023] 其中，H為最佳觀看距離，也就是觀看者距離光柵的距離；
[0024] 柱鏡光柵的參數設置包括：
[0025] 1)光柵常數即光柵周期d為：
[0026]
⑷：
[0027] 2)柱透鏡的焦距f為：
[0028]
⑴
[0029] 3)柱鏡光柵的厚度t為：
[0030]
(δ)
[0031] 其中，η為柱透鏡折射率；
[0032] 二、視差圖像生成合成圖像
[0033] 將視差圖像，按照虛擬子像素以及三合一 LED顯示屏的子像素的物理結構生成合 成圖像，包括以下步驟：
[0034] 1)根據不同子像素所處的物理位置，計算其對應的視點數，得到三合一 LED顯示 屏上所有子像素的視點數映射矩陣Q :
[0035] 計算視點數映射矩陣Q時，可將三合一 LED顯示屏上的所有子像素分為三種情況 討論：
[0036] a)對于所有像素中的第一子像素，其對應的視點數計算公式為：
[0037]
(?)
[0038] 其中，（kl，1)為第一子像素在圖像坐標系下的坐標位置，k1= 3Xk+l(k代表水平 方向上第k個像素 ，k = 0, 1，2...)為第一子像素的列坐標，1為第一子像素的行坐標，Icciff 表示三合一 LED顯示屏左上邊緣與光柵單元邊緣點的水平位移量，α為光柵軸相對于三合 一 LED顯示屏垂直軸的傾斜夾角，X為一個光柵周期在水平方向上覆蓋的虛擬子像素的個 數，mod為取余操作；
[0039] b)對于所有像素中的第二子像素，其對應的視點數計算公式為：
[0040] (8)
[0041] 其中，（k2, 1)為第二子像素在圖像坐標系下的坐標位置，k2= 3Xk+2為第二子像 素的列坐標，A X為每個像素中第一至第三子像素的中心點組成的正三角形的邊長；
[0042] c)對于所有像素中的第三子像素，其對應的視點數計算公式為： _]
，）
[0044] 其中，（k3, 1)為第三子像素在圖像坐標系下的坐標位置，k3= 3Xk+3為第三子像 素的列坐標；
[0045] 從而得到了三合一 LED顯示屏上所有子像素的視點數映射矩陣Q，這里值得注意 的是，Q為浮點型視點映射矩陣，即Q中的數值應保持非整性，不能對其進行四舍五入取整；
[0046] 2)利用加權求和思想，結合得到的浮點型視點數映射矩陣Q，對合成圖像上的所 有子像素的灰度值進行賦值，這里取相鄰兩視差圖像的線性加權求和值作為給定子像素的 灰度值，公式如下：
[0047] R(k, I) = I (k, I, i) X ξ ,+I (k, I, i+1) X ξ 1+1 (10)
[0048] 其中，R為合成圖像中圖像坐標位置為（k, 1)的子像素的灰度值，I為視差圖像在 相應位置的灰度值，i代表第i幅視差圖像，ξ為相應視點的權重系數，且有以下關系式成 立：
[0049]
(11)
[0050] 其中，floorO表示下取整操作，上式給出了第i幅視點圖像和第i+Ι幅視點圖像 分別貢獻給子像素灰度值的權重系數；
[0051] 3)將利用虛擬子像素對立體圖像按照三合一 LED顯示屏的子像素物理結構生成 合成圖像輸出顯示在三合一 LED顯示屏上。
[0052] 本發明首先提出了虛擬子像素的概念，并定義虛擬子像素間距為像素間距的三分 之一，按照虛擬子像素間距給出了光柵參數，然后利用虛擬子像素對立體圖像按照三合一 LED顯示屏的子像素物理結構生成合成圖像。
[0053] 本發明的另一個目的在于提供一種基于三合一 LED裸眼3D顯示裝置。
[0054] 本發明的基于三合一 LED裸眼3D顯示裝置包括：三合一 LED顯示屏和光柵；其中， 三合一 LED顯示屏包括均勻周期性排布的像素，并且水平和豎直方向上的像素間距相等； 每個像素包含第一至第三子像素，第一和第二子像素沿水平方向排布，第三子像素位于第 一和第二子像素的中下部，第一至第三子像素組成一個正三角形；第一至第三子像素為紅 綠藍子像素的排列；將一個像素沿水平方向，平均分三份，其中一份為一個虛擬子像素，虛 擬子像素間距P等于三合一 LED顯示屏的像素點距p。的1/3,即p = p。/3 ;按照虛擬子像素 間距設置光柵參數，并按照虛擬子像素以及三合一 LED顯示屏的子像素的物理結構生成合 成圖像，輸出顯示在三合一 LED顯示屏上。
[0055] 本發明的優點：
[0056] 本發明解決了三合一 LED顯示屏用于裸眼3D顯示時，只能基于