基于LED屏的立體圖像生成方法

張春彥，王世剛，賈叢新，孫愛朦，陳賀新

(吉林大學通信工程學院，長春130022)

立體影像顯示技術日新月異并且種類眾多，目前的研究熱點是自由立體顯示技術。這種立體顯示技術中觀眾無需佩戴輔助工具(如偏光眼鏡、頭盔顯示器等)，裸眼就可以自由、清晰地觀看到立體畫面，享受到身臨其境的逼真感覺和無與倫比的立體視覺［1］。

目前基于液晶顯示器(LCD)屏的自由立體顯示技術已經比較成熟，在市場上開始商用化［2－6］，但基于發光二極管(LED)顯示屏的立體顯示技術還沒有研發出成熟產品［7，8］。基于此，本文解決研發LED大屏幕自由立體顯示系統中的圖像文件合成問題。

1 計算像素點映射表

LED屏自由立體顯示系統是基于光柵(狹縫光柵和柱鏡光柵)的多視點自由立體顯示技術，將光柵板附在LED顯示屏的外表面，利用光柵的分光作用使觀看者裸眼看到立體影像。它要求原始的視點圖像來自成像物體的不同視點，對視點圖像的像素進行重新排列合成立體圖像，然后在自由立體顯示設備上播放才會產生立體效果。不恰當的立體圖像合成方法可能造成視點的視差信息得不到完全充分的利用，從而產生圖像畸形，甚至產生不了立體效果，因此需要計算得到LED屏自由立體顯示技術中多視點像素映射關系［9］。

如圖1所示，光柵板傾斜角度為α，光柵單元柵距p，第一個光柵邊緣的水平位移是b，總視點數N，像素點間距為ph，計算得到顯示屏上的任意像素點距離所在光柵單元的光柵左邊緣的水平位移。

當光柵板為逆時針方向傾斜時取“－”，順時針方向傾斜時取“+”。式中:(x，y)為顯示屏上的像素點中心點坐標值;Δ為像素點(x，y)距離所在光柵單元的光柵左邊緣的水平位移;mod表示求余運算。將Δ代入公式

式中:n表示與顯示屏上的像素點(x，y)相對應的視點n的像素點，［］表示向上取整運算，由此計算得到N個視點圖像合成立體圖像的像素點映射表。

圖1 LED屏自由立體顯示器參數Fig.1 Parameters of LED autostereoscopic display

2 各視點圖像處理

計算得到由N個視點圖像合成立體圖像的像素點映射表后，需要根據像素點映射表對視點圖像分辨率的要求進行圖像處理。自由立體顯示中視點數N一般取4、6、8或更大值，由于LED顯示屏的分辨率固定，這樣分配到視點的水平分辨率隨N值的增大而急劇減小，而垂直分辨率變化小，若采用傳統的插值圖像縮放技術對視點圖像進行處理后，圖像的垂直分辨率和水平分辨率出現比例失調現象，嚴重影響立體效果，故本文采用縫隙刪除技術［10］降低視點圖像的水平分辨率。

縫隙刪除技術是通過插入或移除圖像中不同區域的像素而改變圖像大小的一種技術，豎直seam是指在圖片上從上到下最佳的8個像素連接區域，每一行必須包含且只包含一個像素點。假設I是一個n×m的圖片，定義豎直seam為

就可插入或移除能量低的像素以保護圖像結構。

調整視點圖像的水平分辨率，需要根據圖像內容插入或移除那些不引人注意的像素，保留重要像素。單幅圖像中每個像素的重要性是由相鄰像素決定的，故可采用梯度值衡量每個像素的重要性即能量值。而對于立體圖像對，文獻［11］加入了深度值，以每個像素梯度值與深度值的權值和作為其能量值。然而，目前深度圖生成算法技術還未成熟，只適用于簡單的、人工合成的立體圖像對，對于現實世界中的復雜場景，深度圖生成效果不好。本文考慮到不同視點的圖像在水平方向上有視差偏移，而視差偏移大的區域正是引起觀看者注意的區域，故充分利用視點的視差信息，聯合使用梯度值和視差信息衡量視點圖像的像素能量值:

式中:I'是與I相鄰的視點圖像，α、β是權值(實驗中取α=0.6，β=0.4)。

3 實驗結果與比較

如圖2所示，采用本文的seam carving算法，原圖像水平分辨率降低200，與文獻［10］方法相比，圖像中間的舞蹈者最靠近觀看者，水平視差值最大，而文獻［10］方法導致舞蹈者左手發生扭曲，嚴重影響立體效果。

圖2 水平分辨率降低200的實驗結果Fig.2 Experim ental results of 200 columns being carved

如圖3所示原圖像水平分辨率增加200，與文獻［10］相比圖像未發生畸變，本文方法很好的保護了其圖像結構和水平視差。

本文針對3 mm點距的LED屏幕進行了實驗，其LED屏分辨率為256×256，光柵板順時針45度傾斜放置，計算得到圖4四個視點合成立體圖像的像素點映射表，圖5是一幅合成的四視點圖像，圖6是分別在各視點立體視區內用相機拍攝的顯示效果。

圖3 水平分辨率增加200的實驗結果Fig.3 Experimental results of 200 columns being added

圖4 四視點像素點映射表Fig.4 A pixelmapping of 4 viewpoints

圖5 四視點立體圖像Fig.5 A 3D image of 4 viewpoints

圖6 四視點分離圖Fig.6 The picture from 4 views

4 結論

本文提出了一種基于LED屏的立體圖像生成方法，這種方法快速、高效，能合成任意視點數的立體圖像，滿足光柵式LED屏多視點自由立體顯示系統的要求。實驗結果顯示，本文方法取得較好的立體視覺效果，有效地保護了圖像結構和水平視差信息，降低了各視點的水平分辨率，根據LED屏自由立體顯示器各參數的要求快速合成了立體圖像文件。然而，本文方法仍存在某些不足，例如在實驗過程中α、β權值的選擇，是在實驗中不斷嘗試、統計而確定的，未作深入的研究，在以后的研究工作中還需進一步完善。

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