本發(fā)明涉及裸眼3D顯示系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中減弱摩爾條紋的方法。

背景技術(shù)：

摩爾條紋通常在兩個(gè)或多個(gè)周期性結(jié)構(gòu)疊加時(shí)會(huì)產(chǎn)生，這是周期性結(jié)構(gòu)的光學(xué)幾何效應(yīng)。莫爾效應(yīng)會(huì)使得原本的圖像上出現(xiàn)干擾性的條紋，干擾圖像的顯示，使圖像在圖形以及色彩上產(chǎn)生失真。

裸眼3D系統(tǒng)中，模型的主要組成部分包括背光源，菲涅爾透鏡組，LCD液晶屏，視點(diǎn)，由不同背光組合投影出的不同畫面分別到達(dá)視區(qū)的不同位置達(dá)到裸眼3D的效果。其中，近似周期性排布的菲涅爾透鏡組與擁有周期性排布的像素點(diǎn)的LCD屏幕的疊加，會(huì)造成在LCD屏幕的某些區(qū)域出現(xiàn)較為明顯的摩爾條紋，影響圖像質(zhì)量，降低觀看體驗(yàn)。這個(gè)問題在很多顯示領(lǐng)域上都會(huì)出現(xiàn)，在數(shù)碼相機(jī)拍攝時(shí)，若圖像傳感器的色彩濾鏡上有分辨率較為相近的周期結(jié)構(gòu)，摩爾條紋就會(huì)出現(xiàn)明顯摩爾條紋。而在3D裸眼系統(tǒng)中摩爾條紋更為明顯。在基于等高菲涅爾透鏡的裸眼3D系統(tǒng)中，菲涅爾透鏡組的中部會(huì)出現(xiàn)明顯的摩爾條紋，嚴(yán)重地影響了視覺的感觀。因此，減弱浮現(xiàn)在LCD屏幕上的摩爾條紋效應(yīng)，成為裸眼3D顯示系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要工作。

目前，減弱摩爾條紋效應(yīng)的主要手段是破壞系統(tǒng)的周期性結(jié)構(gòu)，這一手段可較為明顯地減弱周期結(jié)構(gòu)疊加引起的莫爾效應(yīng)。但是在部分裸眼3D顯示系統(tǒng)中，菲涅爾透鏡組的結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)裸眼3D的一個(gè)重要因素，不能改變它的周期性結(jié)構(gòu)，而使用市場上少有的非周期排布的LCD屏幕，不利于裸眼3D的商業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中減弱摩爾條紋的方法，在不影響3D指向性背光系統(tǒng)的視覺享受的同時(shí)，摩爾條紋得到較大的減弱，可以大幅度提高視覺感官視圖的質(zhì)量。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中減弱摩爾條紋的方法，所述裸眼3D指向性背光系統(tǒng)包括依次排布的背光光源、菲涅爾透鏡組、LCD液晶屏幕和虛擬接收器，包括以下步驟：

S1：點(diǎn)亮背光光源，背光光源以光子為單位向各個(gè)方向發(fā)射，光子經(jīng)過菲涅爾透鏡組打在LCD液晶屏幕的子像素光柵上，被分成不同顏色，進(jìn)而被位于視區(qū)的虛擬接收器接收；菲涅爾透鏡可看做一種準(zhǔn)周期性節(jié)構(gòu)的光柵，LCD液晶屏幕中每個(gè)單元均可看作一系列的不同顏色透過的周期性子光柵的疊加。

S2：去掉視區(qū)中虛擬接收器，直接分析打在LCD屏幕上的光子的分布情況，調(diào)整LCD液晶屏幕與透鏡的距離范圍以及角度范圍，模擬光子打在LCD液晶屏幕上三原色子像素光柵的一維亮度分布；

S3：計(jì)算出菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕在不同角度和周期比之下在LCD液晶屏幕產(chǎn)生的摩爾條紋并作圖；

S4：在裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕的周期性信息所產(chǎn)生摩爾條紋視覺對(duì)比度分布圖中，找出菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕距離以及角度的最優(yōu)值；

S5：根據(jù)所找出的菲涅爾透鏡組與LCD屏幕的距離以及角度的最優(yōu)值來構(gòu)建3D指向性背光系統(tǒng)。從而確定背光光源，菲涅爾透鏡組以及LCD屏幕的相對(duì)位置，從而設(shè)計(jì)出一款可有效消除摩爾條紋效應(yīng)的裸眼3D指向性背光顯示系統(tǒng)。

在一種優(yōu)選的方案中，所述LCD液晶屏幕的顯示層分為若干個(gè)單元，每個(gè)單元均能夠用紅綠藍(lán)三原色進(jìn)行亮度調(diào)配，從而顯示出任何顏色。不同顏色分布互不串?dāng)_，每個(gè)單元可看作一種單色的準(zhǔn)周期子光柵結(jié)構(gòu)。

在一種優(yōu)選的方案中，所述菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕無需嚴(yán)格匹配，的其間隔距離的最優(yōu)值為可消除摩爾條紋的最小間隔距離，對(duì)于所述等高菲涅爾透鏡系統(tǒng)，最優(yōu)值為40mm。隨著距離的增大，摩爾條紋會(huì)產(chǎn)生減弱的趨勢，但因裸眼3D指向性背光系統(tǒng)的菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕的距離限制太遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致顯示系統(tǒng)視角受限，系統(tǒng)厚度增加及串?dāng)_率上升，所以在摩爾條紋不可見的前提下，間隔距離應(yīng)盡可能控制。

在一種優(yōu)選的方案中，所述背光光源設(shè)置在菲涅爾透鏡陣列的入射面一側(cè)，背光源由若干獨(dú)立的線型發(fā)光單元拼接組成，線型發(fā)光單元組合形成為第一發(fā)光單元和第二發(fā)光單元，每一個(gè)發(fā)光單元在整個(gè)裝置的最前端對(duì)應(yīng)一個(gè)視區(qū)，第一發(fā)光單元對(duì)應(yīng)第一視區(qū)，第二發(fā)光單元對(duì)第二視區(qū)。

在一種優(yōu)選的方案中，所述菲涅爾透鏡組由若干個(gè)菲涅爾透鏡單元拼接而成，每一個(gè)菲涅爾透鏡單元對(duì)應(yīng)一個(gè)線型發(fā)光單元，菲涅爾透鏡單元能夠聚焦所對(duì)應(yīng)的線型發(fā)光單元所發(fā)出的光線，形成帶有準(zhǔn)周期性的聚焦光線。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明提供一種裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中減弱摩爾條紋的方法，計(jì)算出菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕在不同角度和周期比之下在LCD液晶屏幕產(chǎn)生的摩爾條紋并作圖；在裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕的周期性信息所產(chǎn)生摩爾條紋視覺對(duì)比度分布圖中，找出菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕距離以及角度的最優(yōu)值；根據(jù)所找出的菲涅爾透鏡組與LCD屏幕的距離以及角度的最優(yōu)值來構(gòu)建3D指向性背光系統(tǒng)。由于所述LCD液晶屏幕為散射率較低的高通透結(jié)構(gòu)，因此對(duì)于菲涅爾透鏡組的角度和距離并不需要嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)亦可有3D顯示效果，因此可以通過調(diào)整一定角度與距離來減弱摩爾條紋的產(chǎn)生而不降低3D顯示系統(tǒng)的效果。本發(fā)明在不影響裸眼3D系統(tǒng)的視覺享受的同時(shí)，減弱摩爾條紋，可以大幅度提高視覺感官視圖的質(zhì)量。

附圖說明

圖1為為實(shí)施例1中裸眼3D指向性背光系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明中菲涅爾透鏡組看做周期性光柵的依據(jù)圖。

圖3為本發(fā)明中LCD液晶屏幕三原色任一種顏色被看作子像素光柵圖。

圖4為實(shí)施例2中裸眼3D指向性背光系統(tǒng)光學(xué)程序模擬結(jié)構(gòu)圖。

圖5為實(shí)施例3中裸眼3D指向性背光系統(tǒng)摩爾條紋實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的模型圖。

圖6為裸眼3D系統(tǒng)中光學(xué)膜層與LCD液晶屏幕不同距離下摩爾條紋一維光強(qiáng)度振幅位置分布圖。

圖7為裸眼3D系統(tǒng)中敏感對(duì)比度隨距離增大而變化的關(guān)系曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

圖1為裸眼3D指向性背光系統(tǒng)示意圖，包括背光光源10、菲涅爾透鏡組11、LCD液晶屏幕12(周期性遮擋光柵)、虛擬接收器13(模擬人的眼睛視區(qū))，需要運(yùn)用菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕的組合來實(shí)現(xiàn)3D顯示效果。而指向性背光，則是選擇背光的打開與關(guān)閉的排布來轉(zhuǎn)換裸眼3D顯示視區(qū)。為模擬簡單起見，選擇正對(duì)菲涅爾透鏡組中間的兩盞背光打開。

一種由圖2-3給出的裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中摩爾條紋產(chǎn)生的分析實(shí)例，主要包括以下原理方法：

1、光柵具有典型的周期性結(jié)構(gòu)，兩個(gè)交疊的周期性光柵可以呈現(xiàn)出典型的摩爾條紋，這一現(xiàn)象可用遮光陰影原理——即幾何光學(xué)的角度解釋。

2、由于菲涅爾透鏡的結(jié)構(gòu)，背光可通過單元化化為一份一份光子數(shù)來通過菲涅爾透鏡進(jìn)行幾何光學(xué)出入射模擬，模擬光子數(shù)打在LCD液晶屏幕上時(shí)可以進(jìn)行一維統(tǒng)計(jì)光子數(shù)結(jié)果。

由一維光子數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果中顯示可知，經(jīng)過菲涅爾透鏡組后的光強(qiáng)呈亮暗交替的準(zhǔn)周期性分布。因此，可將菲涅爾透鏡簡化為光柵結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2圖像說明：

(1)光子數(shù)一維統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最大值的歸一化，形成準(zhǔn)周期性起伏分布的結(jié)構(gòu)；

(2)將光子數(shù)統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)化為偽二維光強(qiáng)度漸變統(tǒng)計(jì)圖像；

(3)根據(jù)以低于光強(qiáng)最大值20％為界限進(jìn)行邊界化，可得光強(qiáng)呈亮暗交替的準(zhǔn)周期性分布，可看作準(zhǔn)周期性光柵結(jié)構(gòu)。

3、而對(duì)于裸眼3D系統(tǒng)中LCD液晶屏幕具備選取散射率低而通透率高的性質(zhì)結(jié)果。其三原色子像素微結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3圖像說明：

(1)紅綠藍(lán)三原色微結(jié)構(gòu)條紋互不相交，呈周期性變化；

(2)一種原色對(duì)另外兩種原色的周期性影響微弱可近似忽略；

(3)單原色進(jìn)行灰度化可看成同一種顏色的子像素周期性排列成子光柵；

(4)LCD像素看作三個(gè)互不重疊且周期相等的子光柵重疊而成；

根據(jù)發(fā)明內(nèi)容(1)當(dāng)中分析偏光裝置中的線性菲涅爾透鏡膜層的一維光子分布，它具有漸變的周期性結(jié)構(gòu)。因此可將其簡化為一個(gè)準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)，稱為菲涅爾透鏡簡化光柵。

LCD液晶屏幕為普通的具有周期性像素陣列的顯示屏，同一種顏色的子像素組成一個(gè)光柵，稱為子像素光柵，準(zhǔn)周期分布的光場經(jīng)過該子像素光柵在某些具有特定周期比的區(qū)域可視為兩個(gè)周期性光柵疊合從而形成明顯的摩爾條紋。

實(shí)施例2：

如圖4所示，本實(shí)施例提供一種裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中減弱摩爾條紋的方法：

1、根據(jù)圖4圖像進(jìn)行模擬模型，圖像說明：

(1)編號(hào)20為可控開關(guān)背光光源，為擬合方便所采取背光為筆直的平面；

(2)編號(hào)21為簡單模擬3D顯示系統(tǒng)中菲涅爾等高透鏡組，偏光裝置菲涅爾透鏡組為等高的鋸齒形結(jié)構(gòu)。其薄膜厚度僅為0.15mm，因此透鏡造成的吸收損失可忽略不計(jì)。其焦距為123.4cm，襯底層折射率為1.5，透鏡層折射率為1.561；

(3)編號(hào)22為LCD液晶屏幕三原色中三原色互不重疊的子光柵，統(tǒng)計(jì)光打在該平面上的摩爾條紋分布情況；

(4)編號(hào)23為虛擬光源接收器，視區(qū)4×4mm，中心距離Z軸為P，因轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)階段時(shí)可近似用高清攝像頭代替，因此可直接考慮在LCD液晶屏幕上與中心距離Z軸為P處的光子分布的情況統(tǒng)計(jì)；

2、模擬菲涅爾透鏡的過程中，只考慮一組背光燈光源射入虛擬光源接收器時(shí)經(jīng)過LCD液晶屏幕時(shí)的光子排布特性，在LCD液晶屏幕上的視區(qū)大小也約為4×4mm，中心距離Z軸距離P為25mm。設(shè)置程序計(jì)算光子出入射情況，模擬光子在位置與速度方向限制在一定范圍內(nèi)，經(jīng)過透鏡和LCD液晶屏幕三原色子光柵后的視區(qū)的光子一維分布。

3、在LCD液晶屏幕上三原色分開，矩陣點(diǎn)乘一維歸一化光子分布從而形成亮暗分明的摩爾條紋產(chǎn)生的模擬圖。

4、調(diào)整模擬程序參數(shù)，控制偏光裝置與LCD液晶屏幕的夾角變化范圍為0度至8度，并且兩周期性裝置的距離在0mm至50mm之間。

5、當(dāng)摩爾條紋的對(duì)比度下降到原來的30％及以下時(shí)，看作摩爾條紋條紋被消除。摩爾條紋消除的最小空間間隔距離，為最佳距離。對(duì)所述透鏡系統(tǒng)而言，距離為40mm。

通過調(diào)整參數(shù)對(duì)比不同的結(jié)果模擬圖，可以得出結(jié)論：隨著菲涅爾透鏡與LCD液晶屏幕之間距離的增大，虛擬接收器上光強(qiáng)的分布越來越均勻，摩爾條紋的效應(yīng)越來越弱。根據(jù)光的直線傳播原理，增大菲涅爾透鏡與LCD液晶屏幕的距離相當(dāng)于增大與LCD距離為P的虛擬菲涅爾透鏡組簡化光柵的周期。

采用光場計(jì)算的方法對(duì)摩爾條紋進(jìn)行光強(qiáng)分布進(jìn)行仿真，提供了一種新的摩爾條紋分析方法，通過振幅最大值與最小值的差值情況可以更精確地評(píng)判摩爾條紋的強(qiáng)弱。

因此可以看出，當(dāng)菲涅爾透鏡與LCD液晶屏幕的夾角為0度時(shí)，距離越遠(yuǎn)，摩爾條紋的對(duì)比效應(yīng)越來越弱，因此對(duì)于此實(shí)驗(yàn)?zāi)M中，菲涅爾透鏡與LCD液晶屏幕的兩周期結(jié)構(gòu)以40mm距離是莫爾效應(yīng)效果已基本不可見。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中可以最大限度地消弱莫爾效應(yīng)的菲涅爾透鏡組與LCD液晶屏幕的位置關(guān)系。

實(shí)施例3：

如圖5所示，本實(shí)施例提供一種裸眼3D指向性背光系統(tǒng)中減弱摩爾條紋的方法：

1、根據(jù)圖5圖像的模型進(jìn)行模擬，圖像說明：

(1)編號(hào)30為可控開關(guān)背光光源，為實(shí)驗(yàn)方便，可以打開正對(duì)著菲涅爾透鏡的兩盞背光燈光源；

(2)編號(hào)31為簡單模擬3D顯示系統(tǒng)中菲涅爾等高透鏡組，偏光裝置菲涅爾透鏡組為等高的鋸齒形結(jié)構(gòu)。其薄膜厚度僅為0.15mm，因此透鏡造成的吸收損失可忽略不計(jì)。其焦距為123.4mm，襯底層折射率為1.5，透鏡層折射率為1.561；

(3)編號(hào)32為LCD液晶屏幕，具有低散射率以及高通透性；

(4)編號(hào)33為虛擬光源接收器，實(shí)驗(yàn)階段時(shí)可近似用高清攝像頭代替，因此可直接觀察在LCD液晶屏幕上摩爾條紋產(chǎn)生分布的情況拍攝圖；

2、該圖5中給出的實(shí)驗(yàn)為簡單的裸眼3D系統(tǒng)指向性背光實(shí)驗(yàn)，用于分析摩爾條紋的產(chǎn)生情況。通過背光中間開啟，其余關(guān)閉，在特定距離下放置特定角度的菲涅爾透鏡和LCD液晶屏幕。

3、打在LCD液晶屏幕平面上的光子成亮暗交替的準(zhǔn)周期排布，疊加在LCD液晶屏幕上的三原色子光柵上，在距離正對(duì)中心Z軸P為25mm時(shí)的視區(qū)中用高清攝像機(jī)拍攝，可得到彩色摩爾條紋圖，從而來代替肉眼的觀察。

4、圖5當(dāng)中，背光光源通過周期性的菲涅爾透鏡組以及LCD液晶屏幕上，因?yàn)榉颇鶢柾哥R可以傾斜一定角度，從而與LCD液晶屏幕構(gòu)成一定夾角。調(diào)整參數(shù)，控制偏光裝置與LCD液晶屏幕的夾角變化為0、2、4、6、8度而兩周期性裝置的距離在0mm至50mm之間。

5、根據(jù)實(shí)施例3的前4步步驟中，將參數(shù)不同的角度和距離下實(shí)驗(yàn)拍攝的圖進(jìn)行軟件分析其光強(qiáng)度對(duì)比度，找出實(shí)驗(yàn)當(dāng)中最合適的角度和距離。

在步驟(4)當(dāng)中，在裸眼3D視覺系統(tǒng)中固定背光光探頭與菲涅爾透鏡的距離，只改變菲涅爾透鏡的傾斜角度以及菲涅爾透鏡與LCD液晶屏幕的距離來改變生成的摩爾條紋效應(yīng)的強(qiáng)弱特性。

在步驟(4)當(dāng)中，觀察方法為用高清攝像機(jī)拍照，在角度為0到8度的范圍內(nèi)，以及距離在0mm到50mm的范圍內(nèi)進(jìn)行拍照對(duì)比。

在步驟(4)當(dāng)中，由于實(shí)驗(yàn)過程中相比模擬效果存在誤差，因此兩周期性裝置的距離調(diào)整幅度應(yīng)相應(yīng)增大以更明顯看出其變化趨勢，故距離在0mm至50mm之間，步速為5mm。

在步驟(5)當(dāng)中，固定每張圖片均以某一位置點(diǎn)作為參考點(diǎn)，通過這一位置點(diǎn)向垂直摩爾條紋的方向劃線，運(yùn)用光強(qiáng)度分析軟件進(jìn)行一維光強(qiáng)度分析，從而得出實(shí)際中固定角度與固定距離下的摩爾條紋的光強(qiáng)對(duì)比度。

得出的一維光強(qiáng)對(duì)比度中，有明顯的三角函數(shù)周期性，通過將某一極大峰值I_max與極小峰值I_min的相差作為其光強(qiáng)度幅度差來記錄為摩爾條紋光強(qiáng)對(duì)比度的評(píng)估測量指標(biāo)。

在同一角度不同距離下進(jìn)行記錄，得出了光強(qiáng)幅度差與距離的關(guān)系，結(jié)果如圖6-7所示。

圖6-7圖像說明：

(1)圖6為所得到的在距離Z軸中心25mm距離的視區(qū)中的振幅在0——50mm不同距離下的位置分布曲線圖；

(2)圖7由實(shí)驗(yàn)效果經(jīng)軟件模擬可得出，隨著距離的增大，幅度極大值與極小值的幅值差將會(huì)越來越小，即摩爾條紋會(huì)呈減弱的趨勢。即圖(b)為不同距離下摩爾條紋效應(yīng)敏感對(duì)比的相對(duì)平均強(qiáng)弱θ的對(duì)比圖；

從而找出摩爾條紋最小對(duì)比度的兩裝置的距離，從而實(shí)現(xiàn)摩爾條紋的削弱甚至消除。所得到的光強(qiáng)對(duì)比度較小的推薦距離為40mm。