一種裸眼3D光柵的模擬方法和裝置與流程

2023-12-10 01:19:41

本發明涉及顯示技術領域，特別涉及一種裸眼3D光柵的模擬方法和裝置。

背景技術：

隨著數字視聽技術進入高畫質化的時代，裸眼3D技術呼之欲出，目前，裸眼3D已經在一些電子產品覆蓋的主要領域鋪開，已上市的裸眼3D產品主要有裸眼3D手機、裸眼3D電視、裸眼3D筆記本，裸眼3D攝像機等等，裸眼3D立體顯示技術是影像行業的最新、最前沿的高新技術，它的出現和發展改變了傳統平面圖像給人們的視覺疲憊，也是圖像製作領域的一場技術革命，是一次質的變化，在未來有著廣闊的前景。

目前裸眼使用最多的為透鏡光柵式，但製作此種光柵需要開精密的模具，並且這種前期的模具尺寸都是通過人工估算，估算不準容易出現鬼影等導致圖像不清晰，光柵模得重開，這樣導致費時費力費錢。

因而現有技術還有待改進和提高。

技術實現要素：

鑑於上述現有技術的不足之處，本發明的目的在於提供一種裸眼3D光柵的模擬方法和裝置，通過在黑色菲林膠片上設置透光孔來模擬裸眼3D光柵，模擬判定可行再開模，避免了多次開模。

為了達到上述目的，本發明採取了以下技術方案：

一種裸眼3D光柵的模擬方法，包括如下步驟：

A、根據顯示屏的預設視距和顯示屏的像素大小，計算出裸眼3D光柵與顯示屏之間的光柵玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光柵的微透鏡單元的排布；

B、根據裸眼3D光柵的微透鏡單元的排布，在黑色的菲林膠片上設置多個透光孔，利用透光孔模擬裸眼3D光柵的微透鏡單元；所述透光孔的大小小於微透鏡單元的大小；

C、根據步驟A計算出的光柵玻璃基板的厚度，將該厚度的光柵玻璃基板設置在所述顯示屏上，將所述菲林膠片設置在所述光柵玻璃基板上。

所述的裸眼3D光柵的模擬方法中，所述步驟C之後，還包括步驟：

D、在預設視距附近觀察裸眼3D圖像，當在預設視距觀察到的裸眼3D圖像比其他距離觀察到的裸眼3D圖像清晰時，則裸眼3D光柵的參數可行。

所述的裸眼3D光柵的模擬方法中，所述步驟A具體包括：

A1、已知顯示屏的預設視距和顯示屏的像素長寬，計算裸眼3D光柵與顯示屏之間的光柵玻璃基板的厚度；

A2、根據光柵玻璃基板的厚度，計算光柵焦距；

A3、根據光柵焦距，計算微透鏡單元的曲率半徑；

A4、根據光柵玻璃基板的厚度和微透鏡單元的大小，計算微透鏡單元的陣列間距。

所述的裸眼3D光柵的模擬方法中，所述步驟C具體包括如下步驟：

C1、將微透鏡單元覆蓋的m×n個像素作為視點，分別獲取m×n個視圖；

C2、以像素為單位對各個微透鏡單元的m×n個視圖進行交錯混合為單幀裸眼3D圖像；

C3、根據步驟A計算出的光柵玻璃基板的厚度，依次將該厚度的光柵玻璃基板、菲林膠片疊放在顯示屏上；

C4、在顯示屏上顯示所述交錯混合得到的裸眼3D圖像。

所述的裸眼3D光柵的模擬方法中，所述透光孔的陣列間距與微透鏡單元的陣列間距相同。

所述的裸眼3D光柵的模擬方法中，所述透光孔為矩形，透光孔的長寬與顯示屏的像素點長寬相同。

所述的裸眼3D光柵的模擬方法中，所述預設視距為顯示屏的最佳視距。

所述的裸眼3D光柵的模擬方法中，所述光柵玻璃基板為電子級白玻璃基板。

所述的裸眼3D光柵的模擬方法中，所述裸眼3D光柵的參數包括光柵玻璃基板的厚度、光柵焦距、微透鏡單元的曲率半徑和微透鏡單元的陣列間距。

一種裸眼3D光柵的模擬裝置，包括：顯示屏、設置在所述顯示屏上的光柵玻璃基板，以及設置在所述光柵玻璃基板上的黑色菲林膠片；其中，所述光柵玻璃基板的厚度根據顯示屏的預設視距和顯示屏的像素大小計算得到；所述黑色菲林膠片上設置多個透光孔；所述透光孔的排布根據裸眼3D光柵的微透鏡單元排布而定，以模擬裸眼3D光柵的微透鏡單元；所述透光孔的大小小於微透鏡單元的大小。

相較於現有技術，本發明提供一種裸眼3D光柵的模擬方法和裝置，其中，所述方法包括：根據顯示屏的預設視距和顯示屏的像素大小，計算出裸眼3D光柵與顯示屏之間的光柵玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光柵的微透鏡單元的排布；根據裸眼3D光柵的微透鏡單元的排布，在黑色的菲林膠片上設置多個透光孔，利用透光孔模擬裸眼3D光柵的微透鏡單元；根據計算出的光柵玻璃基板的厚度，將該厚度的光柵玻璃基板設置在所述顯示屏上，將所述菲林膠片設置在所述光柵玻璃基板上。可見本發明利用小孔模擬透鏡，無需製作裸眼3D光柵即可測試前期光柵參數的可行性，若可行再製作光柵模。這樣就能節省來回開模驗證的時間，縮短開發周期，節省開發費用。

附圖說明

圖1為裸眼3D顯示器的結構示意圖。

圖2為本發明提供的裸眼3D光柵的模擬方法的流程圖。

圖3為本發明提供的裸眼3D光柵的模擬方法中，3D成像原理示意圖。

圖4為本發明提供的裸眼3D光柵的模擬方法中，人眼光源點與微透鏡單元覆蓋的像素區域形成的三角形示意圖。

具體實施方式

本發明提供一種裸眼3D光柵的模擬方法和裝置。為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

圖1為常規裸眼3D顯示器的結構示意圖，其包括依次疊放設置的裸眼3D光柵10、光柵玻璃基板20和顯示屏30。所述裸眼3D光柵10由多個微透鏡單元110陣列而成。所述光柵玻璃基板20用於將微透鏡單元110的焦距聚焦在顯示屏30的像素點上。所述顯示屏30通常為液晶面板。

柱鏡光柵板由無數個結構和性能完全相同的柱透鏡元(微透鏡單元110)以平面線性排列而成，光柵對圖像有隔離作用，使不同像素的光線分別進入左右眼。即左眼只接收到左眼的信號，右眼只接收到右眼的信號，最終通過大腦對這兩幅進行合成，形成虛擬的立體畫面，該技術的本質在於通過左右眼視圖差別為大腦提供立體信息，最終由大腦虛擬完成。

本發明提供一種裸眼3D光柵的模擬方法，請參閱圖2，所述方法包括如下步驟：

S10、根據顯示屏的預設視距和顯示屏的像素大小，計算出裸眼3D光柵與顯示屏之間的光柵玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光柵的微透鏡單元的排布。

優選的，所述預設視距為顯示屏的最佳視距。所述光柵玻璃基板為電子級白玻璃基板。

S20、根據裸眼3D光柵的微透鏡單元的排布，在黑色的菲林膠片上設置多個透光孔，利用透光孔模擬裸眼3D光柵的微透鏡單元；所述透光孔的大小小於微透鏡單元的大小。

S30、根據步驟S10計算出的光柵玻璃基板的厚度，將該厚度的光柵玻璃基板設置在所述顯示屏上，將所述菲林膠片設置在所述光柵玻璃基板上。

可見本發明利用小孔模擬透鏡，無需製作裸眼3D光柵即可測試前期光柵參數的可行性，若可行再製作光柵模。這樣就能節省來回開模驗證的時間，縮短開發周期，節省開發費用。

進一步的，所述步驟S30之後，還包括：

步驟S40、在預設視距附近觀察裸眼3D圖像，當在預設視距觀察到的裸眼3D圖像比其他距離觀察到的裸眼3D圖像清晰時(即在預設視距觀察到的裸眼3D圖像最清晰時)，則裸眼3D光柵的參數可行；反之則不可行，需調整裸眼3D光柵的參數(設計參數)。

預設視距附近，優選為預設視距±1米的距離區間。換而言之，在顯示屏的最佳視距觀看裸眼3D圖像，若圖像最清晰，則說明裸眼3D光柵與顯示屏之間的光柵玻璃基板的厚度、以及裸眼3D光柵的微透鏡單元的排布設置正確合理，可以進行後續參數的計算和開模，若比最佳視距近或遠時看到的圖像最清晰，則需要重新調整光柵玻璃基板的厚度、裸眼3D光柵的微透鏡單元的排布等，相當於返回步驟S10，直到裸眼3D光柵的參數可行。

由於光柵開模價格非常昂貴，為防止設計的光柵參數有出入，或者實際原材料的特性差異，包括玻璃的厚度公差，折射率等，故前期採用上述方法，利用菲林膠片進行模擬測試。整個膠片為黑色，在上面按設計的矩陣排圖方法留一個透光孔，其大小近似一個像素，排圖進行測試。以確定光柵的設計參數的準確性，做到開模一次成功。這樣就能節省來回開模驗證的時間，縮短開發周期，節省開發費用。

進一步的，請參閱圖3，所述步驟S10具體包括：

S110、根據顯示屏的預設視距和顯示屏的像素長寬，計算裸眼3D光柵與顯示屏之間的光柵玻璃基板的厚度；

具體的，已知顯示屏的預設視距為S，顯示屏的像素長寬均為P，則裸眼3D光柵10與顯示屏30之間的光柵玻璃基板20的厚度d為：

其中，W為雙目視距(即兩眼的間距)，n1為光柵玻璃基板的折射率，a為顯示屏上層玻璃基板的厚度。

本實施例中，顯示屏的解析度為3840×2160，顯示屏的最佳視距S為1400mm，屏像素大小為0.15525×0.15525mm，即P＝0.15525mm。W取65mm，n1取1.5，a取0.5mm。

由圖3的相似三角形原理可知，P：W＝h：S。可求得h＝3.343846mm。此處的計算公式並未考慮光柵玻璃基板的折射率，故h並非光柵玻璃基板的厚度，要計算光柵玻璃基板的厚度d還需要進行換算。考慮到液晶面板像素點上面還有一層玻璃基板，由折射率的公式可知，d＝h×n1-a。另外，液晶面板上層玻璃基板與光柵玻璃基板之間還有偏光片、膠水等，估算其厚度為0.5mm。故本實施例中，光柵玻璃基板20的厚度d＝3.343846×1.5-0.5-0.5＝4.0157693mm。

S120、根據光柵玻璃基板的厚度d，計算光柵焦距f＝d×k1，k1為經驗係數。所述經驗係數k1為1.1。則光柵焦距f＝4.0157693×1.1＝5.5173459mm；

S130、根據光柵焦距f，計算微透鏡單元的曲率半徑：

n2為裸眼3D光柵的折射率，本實施例中取1.56。所述曲率半徑R的計算公式由高斯光學的基本原理得出。本實施例中，RR＝5.5173459/[1.5/(1.56-1)]＝2.059809mm。

S140、根據光柵玻璃基板的厚度d和微透鏡單元的大小，計算微透鏡單元的陣列間距：

微透鏡單元覆蓋m×n個像素，本實施例中，n＝m，即微透鏡單元覆蓋m×m個像素，本實施例中，m為8。即微透鏡單元的寬度為m×P＝8×0.15525mm。

請參閱圖4，三角形的頂點為人眼光源點，底邊為微透鏡單元覆蓋的像素區域。由相似三角形原理可知，S/(S+d1)＝X/(m×P)，此處的d1未考慮玻璃的折射率，由於微透鏡單元的焦距需聚焦在像素上，則由折射率公式可知，d1＝(f-a)/n1。由此得到微透鏡單元的陣列間距X＝8×0.15525×(1400/(1400+5/1.5))＝1.239mm。

所述裸眼3D光柵的參數包括光柵玻璃基板的厚度、光柵焦距、微透鏡單元的曲率半徑和微透鏡單元的陣列間距。

所述透光孔的陣列間距與微透鏡單元的陣列間距X相同。即菲林上的透光孔的間距為1.239mm，為矩形陣列。所述透光孔為矩形，透光孔的長寬與顯示屏的像素點長寬相同，透光孔的長寬優選為小於等於顯示屏的像素點長寬。

所述步驟S30具體包括：

S310、將微透鏡單元覆蓋的m×n個像素作為視點，分別獲取m×n個視圖；

本實施例一個微透鏡單元覆蓋64個像素，即具有64視點，顯示屏顯示的畫面需要進行排圖。排圖方法如下：64視點獨立圖像幀序列為「Z」字形排布的64個點陣，以11-88為例，圖像文件夾依次為11-18；21-28；……81-88。其中11表示模擬最左上攝像頭採集到的圖像，18表示模擬最右上攝像機採集到的圖像，81表示模擬最左下攝像機採集到的圖像，88表示模擬最右下攝像機採集到的圖像。

S320、以像素為單位對各個微透鏡單元的m×n個視圖進行交錯混合為單幀裸眼3D圖像；

具體的，按照上述附圖規則，以像素為單位(一個完整的正方形RGB像素為一個最小單位，非R、G、B次像素)對64視圖圖像進行交錯混合為單幀4K合成圖。(先將64虛擬視點圖縮放為4K解析度2：根據表格規則，在對應的每一個視圖的對應位置取樣1個像素。將所有採樣像素合成為最終裸眼3D圖像)。

64視點圖像合成的方法為：列出8個文件夾，每個文件夾裡都有8個圖片，分別為按一定規律排列的不同相機所拍。設計軟體，將64張圖片按照設計的排圖方法進行排圖合成，生成一張3840X2160的疊加圖片，以進行測試。

S330、根據步驟S10計算出的光柵玻璃基板的厚度，依次將該厚度的光柵玻璃基板、菲林膠片疊放在顯示屏上。

S340、在顯示屏上顯示所述交錯混合得到的裸眼3D圖像。

換而言之，圖像再現的方法為：顯示過程把記錄有圖像陣列的膠片放在再現微透鏡陣列後方的焦平面出，根據光路可逆原理，圖像透過菲林膠片陣列的小孔把許許多多圖像元投射出來的光線聚焦還原，從而再現菲林膠片小孔陣列前方重建出物空間場景的三維圖像，可圍繞電視360度觀看。若圖像透過菲林膠片陣列的小孔把許許多多圖像元投射出來的光線聚焦還原，能在菲林膠片前方重建出具有景深的空間三維立體圖像，圖像清晰，則按設計參數去製作模具，製作最終的透鏡光柵。

由此，本發明應用一個簡單的菲林膠片，整個菲林膠片絲印黑色，只在上面按設計光柵及排圖要求裸出小孔，小孔大小為一個顯示像素或顯示亞像素(視信源圖像排圖要求)，利用小孔透過僅需顯示的圖像部分模擬透鏡光柵。模擬多視點裸眼3D的光柵。通過特殊排圖方法的顯示圖像透過小孔的像素形成所需新圖像，做前期的模擬，以確定透鏡光柵的設計參數的準確性，以便光柵開模一次成功。

基於上述實施例提供的裸眼3D光柵的模擬方法，本發明還提供一種裸眼3D光柵的模擬裝置，所述模擬裝置包括：上述的顯示屏、上述設置在所述顯示屏上的光柵玻璃基板，以及上述設置在所述光柵玻璃基板上的黑色菲林膠片；其中，所述光柵玻璃基板的厚度根據顯示屏的預設視距和顯示屏的像素大小計算得到；所述黑色菲林膠片上設置多個透光孔；所述透光孔的排布根據裸眼3D光柵的微透鏡單元排布而定，以模擬裸眼3D光柵的微透鏡單元；所述透光孔的大小小於微透鏡單元的大小。由於所述模擬裝置的結構，三個部分(顯示屏、光柵玻璃基板、菲林膠片)的特徵以及模擬原理在上述實施例中已詳細說明，在此不再贅述。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。