專利名稱：建立亮度過濾器的方法及虛擬空間建立系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種虛擬空間建立系統(tǒng)，其通過將圖像放映到寬廣視野范圍內(nèi)將沉浸感覺提供給一個或者多個觀看者，更特別地，涉及一種建立亮度過濾器的方法，該亮度過濾器用來調(diào)整虛擬空間建立系統(tǒng)中使用的圖像亮度。
背景技術(shù)：
日本未審專利公開No.2002-148711公開了一種虛擬空間建立系統(tǒng)。這個虛擬空間建立系統(tǒng)意欲通過使用能為圖像放映提供寬廣視野的曲面屏幕來使觀看者沉浸在虛擬空間中。
為了將沉浸感覺同時提供給幾個觀看者，需要較大的屏幕。日本未審專利公開No.2001-306024公開了一種用于放映圖像到大屏幕上的系統(tǒng)。在此發(fā)明中，該系統(tǒng)把單個無接縫(seamless)圖像分成多個分離圖像，并從多個放映機將分離圖像放映到大的平面屏幕(flat screen)上。各個分離圖像被放映到該平面屏幕上，且相鄰的分離圖像部分地重疊，以不會在分離圖像之間產(chǎn)生空隙(clearance)。由于在相鄰分離圖像之間重疊的重疊區(qū)域具有高亮度，因此屏幕上重疊區(qū)域顯得很亮。為解決這一問題，采用了亮度過濾器。亮度過濾器根據(jù)分離圖像之間的重疊量，來降低各個分離圖像的重疊區(qū)域的亮度。在其重疊區(qū)域的亮度被亮度過濾器降低之后，各個分離圖像才被放映到平面屏幕之上。以這種方式，這種系統(tǒng)能夠獲得重疊區(qū)域的亮度與不重疊區(qū)域的亮度相協(xié)調(diào)的無接縫的組合的圖像。
在上述發(fā)明中，由于是平面屏幕，圖像被無失真地放映到該平面屏幕上。因此，如果放映機和屏幕之間的位置關(guān)系，從放映機放映的圖像的形狀等已知，則很容易計算分離圖像的重疊區(qū)域和預先建立亮度過濾器。
但是，如果該屏幕為曲面屏幕(curved screen)，由于屏幕上的各個分離圖像被失真，因此難以預先計算各個分離圖像的重疊區(qū)域及建立亮度過濾器。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上問題，本發(fā)明的目的為提供一種建立亮度過濾器的方法，該亮度過濾器適用于圖像放映系統(tǒng)中，該圖像放映系統(tǒng)以使相鄰的分離圖像部分地重疊的方式從多個放映機分別將多個分離圖像放映到曲面屏幕上，以重新生成一組合圖像。所述亮度過濾器被設(shè)計為調(diào)整所述多個分離圖像的亮度，用以協(xié)調(diào)重疊區(qū)域的亮度與不重疊區(qū)域的亮度，以使所述組合圖像無接縫。
該方法包括以下步驟(a)產(chǎn)生反映出所述曲面屏幕形狀的屏幕模型；(b)分別設(shè)置多個放映點，用以將該多個分離圖像從該多個放映點處放映到所述屏幕模型上。該多個放映點彼此不同且分別與該多個放映機相對應(yīng)；(c)指定該多個分離圖像之一為參考圖像，并指定每個與其相鄰的分離圖像為外圍圖像；(d)設(shè)置與參考圖像的放映點一致的視點；(e)獲得該參考圖像的二維參考區(qū)域，其被呈現(xiàn)在該屏幕模型上并被從該視點觀看；(f)獲得該外圍圖像的二維外圍區(qū)域，其被呈現(xiàn)在該屏幕模型上并被從該視點觀看；(g)提取該二維參考區(qū)域的與該二維外圍區(qū)域重疊的重疊區(qū)域；(h)對于該二維參考區(qū)域，對該重疊區(qū)域或者該不重疊區(qū)域進行亮度校正；(i)為該參考圖像提供實現(xiàn)該亮度校正的亮度過濾器；(j)指定另一個分離圖像為該參考圖像，并重復步驟(d)至(i)，以為各個分離圖像提供該亮度過濾器。
下面，將描述本發(fā)明的原理。在曲面屏幕上放映圖像的情況下，如果圖像的視點與圖像的放映點不一致，則曲面屏幕上的圖像形狀會失真。但是，如果圖像的視點與圖像的放映點一致，則即使屏幕為曲面屏幕，屏幕上圖像的形狀也不會失真。例如，從放映機放映的圖像為矩形形式，則從圖像的放映點觀看屏幕上的圖像也是矩形形式。
本發(fā)明的放映運用這個原理，在為某一分離圖像制備亮度過濾器的情況下，該方法將該分離圖像指定為參考圖像，并將各個相鄰的分離圖像指定為外圍圖像(步驟(c))。然后，該方法在參考圖像的放映點處設(shè)置視點(步驟(d))，并獲得該參考圖像的呈現(xiàn)在屏幕模型上并從視點觀看的二維參考區(qū)域(步驟(e))。應(yīng)該注意的是由于視點與參考圖像的放映點一致，因此該二維參考區(qū)域沒有失真。然后，該方法獲得該外圍圖像的被呈現(xiàn)在屏幕模型上且被從視點觀看的二維外圍區(qū)域(步驟(f))，并提取二維參考區(qū)域與二維外圍區(qū)域重疊的重疊區(qū)域(步驟(g))。然后，該方法對二維參考區(qū)域的重疊區(qū)域或者不重疊區(qū)域進行亮度校正(步驟(h))，并為參考圖像提供可實現(xiàn)亮度校正的亮度過濾器(步驟(i))。應(yīng)該記得由于該二維參考區(qū)域的形狀沒有失真，因此這種方法能夠容易地從步驟(h)的結(jié)果為參考圖像建立亮度過濾器。然后，為建立另一個分離圖像的亮度過濾器，該方法將該另一個分離圖像指定為參考圖像，并重復步驟(d)至(i)。
優(yōu)選地，上述方法采用幀緩沖器，用以分別存儲二維參考區(qū)域和二維外圍區(qū)域。二維參考區(qū)域被分成在幀緩沖器中具有相應(yīng)的地址的離散元(discrete elements)，并且二維外圍區(qū)域被分成在幀緩沖器中具有相應(yīng)的地址的離散元。步驟(g)比較二維參考區(qū)域的地址與二維外圍區(qū)域的地址，以將重疊區(qū)域限定為具有公共地址的重疊區(qū)域。
本發(fā)明也提供一種虛擬空間建立系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括曲面屏幕，提供寬廣視野；圖像建立模塊，所述圖像建立模塊將單個連續(xù)圖像分成待放映到曲面屏幕上的多個分離圖像；以及多個放映機，所述放映機將該多個分離圖像分別放映到曲面屏幕上而呈相互部分地重疊的關(guān)系。該圖像建立模塊具有用于每個分離圖像的亮度過濾器，并且該亮度過濾器使用上述用于建立亮度過濾器的方法來建立。
優(yōu)選地，該曲面屏幕為具有水平軸和垂直軸的凹面形式，并且該凹面關(guān)于水平軸以及垂直軸彎曲。具體來說，優(yōu)選該曲面屏幕為球形屏幕、拱形(dome)屏幕、或者由平面屏幕和曲面屏幕構(gòu)成的組合屏幕。
優(yōu)選地，該圖像建立模塊進一步包括失真校正調(diào)節(jié)器，其校正分離圖像，以最小化從特定視點觀看的分離圖像中出現(xiàn)的失真。
優(yōu)選地，放映機被分成第一組和第二組，第一組中的放映機分別放映作為右眼圖像的分離圖像，而第二組中的放映機分別放映作為左眼圖像的分離圖像。該系統(tǒng)進一步包括偏振過濾器及一副偏振眼鏡。該偏振過濾器將右眼圖像和左眼圖像處理成為各自偏振的圖像。該一副偏振眼鏡適于由觀看者佩戴，并將偏振圖像組合成三維圖像。
可替換地，該系統(tǒng)進一步包括快門及一副眼鏡，以獲得三維圖像。該快門交替中斷右眼圖像和左眼圖像。該一副眼鏡適于由觀看者佩戴，并且具有右眼透鏡和左眼透鏡。所述眼鏡設(shè)置有開關(guān)，該開關(guān)與由快門對右眼圖像和左眼圖像的交替中斷同步地使右眼圖像僅經(jīng)由右眼透鏡通過以及左眼圖像僅經(jīng)由左眼透鏡通過。
優(yōu)選地，該虛擬空間建立系統(tǒng)進一步包括輸入裝置，用于選擇方向和速度；以及場景控制器，其響應(yīng)上述方向和上述速度，沿上述方向且以上述速度移動曲面屏幕上上演的分離圖像的場景。
優(yōu)選地，該虛擬空間建立系統(tǒng)進一步包括輸入裝置，其提供用以改變分離圖像的內(nèi)容的指示；以及內(nèi)容改變器，其響應(yīng)該指示，改變分離圖像的內(nèi)容。
此外，本發(fā)明提供一組具有亮度過濾器的放映機，所述亮度過濾器使用上述方式制備。即，該組放映機適用于虛擬空間建立系統(tǒng)中，該虛擬空間建立系統(tǒng)將多個分離圖像組合成待呈現(xiàn)在曲面屏幕上的單個圖像。該多個放映機將多個分離圖像分別放映到曲面屏幕上而呈相互部分地重疊的關(guān)系，并且配置有用于調(diào)整分離圖像亮度的過濾器，以協(xié)調(diào)重疊區(qū)域的亮度與不重疊區(qū)域的亮度，以使所述單個圖像無接縫。該過濾器使用上述方法制備。
此外，本發(fā)明提供用于制備亮度過濾器的程序(program)。該程序包括(a)屏幕模型建立模塊，用于產(chǎn)生反映出該曲面屏幕形狀的屏幕模型；(b)放映點設(shè)置模塊，用以設(shè)置多個放映點，以將該多個分離圖像從該多個放映點處放映到該屏幕模型上。該多個放映點彼此不同且分別與所述多個放映機相對應(yīng)；(c)視點設(shè)置模塊，其指定該多個分離圖像之一為參考圖像，并指定每個與其相鄰的分離圖像為外圍圖像。該視點設(shè)置模塊設(shè)置與該參考圖像的放映點一致的視點；(d)參考區(qū)域捕捉模塊，其獲得該參考圖像的二維參考區(qū)域，該二維參考區(qū)域被呈現(xiàn)在該屏幕模型上并被從該視點觀看；(e)外圍區(qū)域捕捉模塊，其獲得該外圍圖像的二維外圍區(qū)域，該二維外圍區(qū)域被呈現(xiàn)在該屏幕模型上并被從該視點觀看；(f)提取模塊，其提取該二維參考區(qū)域的與該二維外圍區(qū)域重疊的重疊區(qū)域；(g)亮度校正模塊，其對于該二維參考區(qū)域，給出對該重疊區(qū)域或者該不重疊區(qū)域的亮度校正；(h)亮度過濾器建立模塊，其為所述參考圖像提供實現(xiàn)所述亮度校正的亮度過濾器；(i)重復器模塊，按順序指定另一個分離圖像為所述參考圖像，并運行為各個所述分離圖像提供所述亮度過濾器的所述多個模塊。
此外，一般來說，有效視野，即人們能夠仔細識別目標的視野在水平方向為140度以及在垂直方向為85度。在本發(fā)明中，寬廣視野被限定為在水平方向為140度以及在水平方向為85度范圍。


圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的虛擬空間建立系統(tǒng)的透視圖。
圖2為顯示該虛擬空間建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為顯示該虛擬空間建立系統(tǒng)中各個放映機的放映路徑的示意圖。
圖4A為顯示該虛擬空間建立系統(tǒng)中各個分離圖像的放映區(qū)域的視圖。
圖4B為說明該虛擬空間建立系統(tǒng)中分離圖像中的重疊區(qū)域的亮度的視圖。
圖5為一個直觀(visualized)亮度過濾器的視圖。
圖6A為顯示該虛擬空間建立系統(tǒng)中用于各個分離圖像的亮度過濾器的視圖。
圖6B為顯示各個分離圖像的視圖，其中亮度已經(jīng)被圖6A的亮度過濾器校正過。
圖6C為放映到屏幕上的組合圖像的視圖。
圖7為顯示用于建立亮度過濾器的程序(program)結(jié)構(gòu)框圖。
圖8為顯示該程序運行的流程圖。
圖9A至圖9D分別為用于說明該程序運行的視圖。
圖10為用于說明該程序功能的視圖。
圖11A和圖11B為用于說明亮度校正方法的視圖。
圖12A和圖12B分別為顯示曲面屏幕的另一種形狀的視圖。
圖13為顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的虛擬空間建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖更詳細描述本發(fā)明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的虛擬空間建立系統(tǒng)。這個虛擬空間建立系統(tǒng)通過使用可為圖像放映提供寬廣視野的大曲面屏幕，能夠?qū)⒁粋€或更多觀看者沉浸在虛擬空間中。這個虛擬空間建立系統(tǒng)能用于許多目的；例如，城市規(guī)劃，其中許多建筑師和城市規(guī)劃者在觀看放映到大曲面屏幕上的計算機圖像時討論預定建造的大廈、橋梁等；或者娛樂設(shè)施，其中幾個觀看者欣賞屏幕上的畫面，例如宇宙、海底等；或者用于火災逃生訓練。
如圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的虛擬空間建立系統(tǒng)包括提供寬廣視野的大曲面屏幕1，十八個放映機2AR至2IR、2AL至2IL，以及十八個圖像建立裝置3AR至3IR、3AL至3IL。所有的圖像建立裝置構(gòu)成圖像建立模塊3。
放映機和圖像建立裝置被分成用以建立三維圖像的右眼組(2AR至2IR，3AR至3IR)和左眼組(2AL至2IL，3AL至3IL)。盡管為便于理解，下面將僅描述右眼組(2AR至2IR，3AR至3IR)，但也能夠類似地說明左眼組(2AL至2IL，3AL至3IL)。
曲面屏幕1為凹面形式的球形屏幕，其下側(cè)沿水平方向被截去。曲面屏幕1內(nèi)側(cè)直徑為8.5米、水平視角為180度及垂直視角為150度，并且能夠在寬廣視野范圍內(nèi)顯示圖像。如圖3所示，曲面屏幕1被分成3×3區(qū)域1a至1i，在屏幕上從九個放映機2AR至2IR放映分離圖像，以重新生成組合圖像20。
圖像建立模塊3把單個無接縫圖像劃分成將要在曲面屏幕1上放映的九個分離圖像20a至20i，并且在對各個分離圖像進行一些校正之后，將各個分離圖像輸出到放映機，如下文所述。
各個圖像建立裝置3AR至3IR被連接到各個放映機2AR至2IR。各個圖像建立裝置3AR至3IR包括分離圖像生成器30AR，…，30IR，失真校正調(diào)節(jié)器(schemer)31AR，…，31IR，以及亮度過濾器32AR，…，32IR。
各個分離圖像生成器30AR，…，30IR建立分離圖像20a至20i其中之一。
各個失真校正調(diào)節(jié)器31AR，…，31IR采用軟件校正各個分離圖像20a至20i，以最小化從特定視點觀看時每個分離圖像中出現(xiàn)的失真。
各個亮度過濾器32AR，…，32IR被設(shè)計為調(diào)整各個分離圖像20a至20i的亮度，以在曲面屏幕1上重新生成無接縫的組合圖像20。更特別地，如圖4A所示，各個分離圖像20a至20i被放映到曲面屏幕1上，且相鄰的分離圖像部分地重疊，以使得曲面屏幕1上相鄰的分離圖像之間不會產(chǎn)生空隙。因此，如圖4B所示，由于相鄰分離圖像之間重疊的重疊區(qū)域具有高亮度，因此屏幕上重疊區(qū)域顯得很亮。為了解決這一問題，采用了亮度過濾器32AR，…，32IR，其預先確定各個分離圖像的重疊區(qū)域并根據(jù)重疊量降低重疊區(qū)域的亮度。
對于每個圖像建立裝置3AR至3IR制備了各亮度過濾器32AR至32IR，并為每個分離圖像的各個象素設(shè)置亮度變化率。設(shè)置變化率例如為在0至1范圍內(nèi)；“1”值表示該象素的亮度沒有變化，而“0”值表示該象素的亮度變?yōu)榱悖⑶耶斣撝祻摹?”接近“0”時，則該象素的亮度被降低。
圖5示出了直觀的亮度過濾器的一個實例。在圖5中，變化率為“1”的象素被繪成白色，而當變化率接近“0”時，該象素被繪成較深的黑色。這個實例的分離圖像為1280×1024象素分辨率的矩形形式，并為每個象素設(shè)置亮度的變化率。在圖5中，根據(jù)重疊的程度降低該分離圖像外圍區(qū)域中象素的亮度，并且由于中心區(qū)域不會重疊，中心區(qū)域中的象素亮度沒有變化。
簡言之，首先，通過失真校正調(diào)節(jié)器31AR-31IR校正由分離圖像生成器30AR-30IR建立的分離圖像，以使其在曲面屏幕1上不會失真，然后，由亮度過濾器32AR-32IR降低分離圖像的重疊區(qū)域的亮度，接著從放映機將分離圖像放映到曲面屏幕1上。因此，能夠在曲面屏幕1上重新生成一個無接縫的組合圖像20。圖6A示出了各個亮度過濾器32AR-32IR的實例，而圖6B示出了分別通過亮度過濾器已經(jīng)降低了亮度的各個分離圖像20a至20i的實例，以及圖6C示出了在曲面屏幕1上重新生成的組合圖像20的實例。
下面，將詳細描述用于建立亮度過濾器的方法。
基于如放映機和屏幕之間的位置關(guān)系及放映機特性等信息，通過程序預先建立各個亮度過濾器32AR-32IR。一旦建立亮度過濾器，就不需要再次建立亮度過濾器，除非放映機的位置或者屏幕的形狀發(fā)生改變。
圖7示出了用于建立亮度過濾器的程序結(jié)構(gòu)圖。這個程序包括圖像(graphical)使用者接口100，屏幕模型建立模塊110，放映點設(shè)置模塊120，視點設(shè)置模塊130，參考區(qū)域捕捉模塊140，外圍區(qū)域捕捉模塊150，提取模塊160，亮度校正模塊170，亮度過濾器建立模塊180以及重復器(repeater)模塊190。
下面，將參照圖8和圖9說明這個程序。首先，使用者通過圖像使用者接口100輸入屏幕參數(shù)和所有放映機的放映機參數(shù)(步驟S1，步驟S2)。屏幕參數(shù)例如為曲面表面的形狀(例如球形屏幕)、屏幕的大小等。放映機參數(shù)例如的長寬比、圖像放映的視野角度(例如29度)、位置坐標(例如(X，Y，Z)＝(0.0，-0.9，10.2)米)、旋轉(zhuǎn)位置坐標(例如(偏航(Yaw)，升角(Pitch)，滾角(Roll))＝(0.0，13.7，0.0)度)、透鏡位置的水平及垂直位移(shift)(例如(水平，垂直)＝(0.0，0.0)比)等。
屏幕模型建立模塊110基于屏幕參數(shù)產(chǎn)生反映出曲面屏幕的3-D形狀的屏幕模型200(步驟S3)。
放映點設(shè)置模塊120基于放映機參數(shù)設(shè)置多個放映點P，從該多個放映點將各個分離圖像放映到屏幕模型上(步驟S4)。該多個放映點彼此不同。
視點設(shè)置模塊130將一個分離圖像指定為參考圖像，而將各個相鄰的分離圖像指定為外圍圖像，并在參考圖像的放映點P處設(shè)置視點V(步驟S5)。
參考區(qū)域捕捉模塊140建立觀看平截面(view frustum)210a，其模仿(imitate)參考圖像的放映路徑(步驟S6)，如圖9A所示，并獲得參考圖像的二維參考區(qū)域220a，該二維參考區(qū)域220a被呈現(xiàn)在屏幕模型200上并被從視點V觀看。并且參考區(qū)域捕捉模塊140將該二維參考區(qū)域220a存儲在幀緩沖器中(步驟S7)。
應(yīng)該注意的是在圖9A中，由于視點V與參考圖像的放映點P一致，因此該二維參考區(qū)域220a的形狀沒有失真。
然后，外圍區(qū)域捕捉模塊150建立觀看平截面210b，其模仿一個外圍圖像的放映路徑(步驟S8)，如圖9B所示，并且獲得外圍圖像的二維外圍區(qū)域220b，該二維外圍區(qū)域220b被呈現(xiàn)在屏幕模塊200上并被從視點V觀看。并且外圍區(qū)域捕捉模塊150將該二維外圍區(qū)域220b存儲在幀緩沖器中(步驟S9)。在圖9B中，由于視點V與參考圖像的放映點P不一致，因此該二維外圍區(qū)域220b在屏幕模塊200上的形狀有失真。
幀緩沖器中的二維參考區(qū)域220a和二維外圍區(qū)域220b被分別劃分成在幀緩沖器中具有相應(yīng)地址的離散元。提取模塊160具有從幀緩沖器提取各個離散元地址的功能。使用此功能，提取模塊160比較二維參考區(qū)域220a的地址和二維外圍區(qū)域220b的地址，以提取公共的地址(步驟S10)。如圖9C所示，基于提取的地址，可以鑒別出二維參考區(qū)域220a與二維外圍區(qū)域220b之間的重疊區(qū)域a。
然后，外圍區(qū)域捕捉模塊150對參考圖像周圍的各個外圍圖像重復步驟S8至S10(步驟S11)，由此，如圖9D所示，鑒別出二維參考區(qū)域220a與二維外圍區(qū)域(圖9中的220b至220f)之間的所有重疊區(qū)域α。
此外，提取模塊160能夠獲得各個離散元地址的重疊量。下面，將參考圖10詳細描述這一問題。當二維參考區(qū)域220a被存儲在幀緩沖器中時，提取模塊160從幀緩沖器提取該二維參考區(qū)域220內(nèi)的各個離散元的地址，并且將這些地址分別存儲為二維參考區(qū)域220a內(nèi)部的地址。例如，在圖10中，二維參考區(qū)域220a內(nèi)各個離散元p1至p5的地址被存儲為二維參考區(qū)域220a內(nèi)部的地址。然后，當在步驟S8、S9中二維外圍區(qū)域中的二維外圍區(qū)域220b被建立并存儲在幀緩沖器中時，提取模塊160從幀緩沖器提取二維外圍區(qū)域220b內(nèi)各個離散元(例如圖10中的p2、p3、p4)的地址，并將這些地址分別存儲為二維外圍區(qū)域220b內(nèi)部的地址。在此階段，在圖10中，由于各個離散元p2、p3、p4的地址已經(jīng)存儲為二維參考區(qū)域220a內(nèi)部的地址，因此各個離散元p2、p3、p4的地址分別成為二維參考區(qū)域220a和二維外圍區(qū)域220b之間的重疊地址。然后，當在重復的步驟S8、S9中二維外圍區(qū)域中的二維外圍區(qū)域220c被建立并存儲在幀緩沖器中時，提取模塊160從幀緩沖器提取二維外圍區(qū)域220c內(nèi)各個離散元(例如圖10中的p3、p4、p5)的地址，并將這些地址分別存儲為二維外圍區(qū)域220c內(nèi)部的地址。在此階段，在圖10中，各個離散元p3、p4的地址分別成為三個二維參考區(qū)域220a、220b及220c之間的重疊地址并且離散元p5的地址成為二維參考區(qū)域220a和220c之間的重疊地址。同樣，當在再次重復的步驟S8、S9中二維外圍區(qū)域中的二維外圍區(qū)域220d被建立并存儲在幀緩沖器中時，二維外圍區(qū)域220d內(nèi)離散元p3的地址成為四個二維參考區(qū)域220a、220b、220c及220d之間的重疊地址。因此，各個離散元p1至p5的地址的重疊量如下P1不重疊；P2雙重重疊；P3四重重疊；P4三重重疊；P5雙重重疊。
以這種方式，提取模塊160能夠獲得各個離散元的地址的重疊量。
然后，在步驟S12中，亮度校正模塊170為二維參考區(qū)域220a中的重疊區(qū)域α提供亮度校正。該亮度校正是根據(jù)地址重疊量進行的。當重疊量增加時，則降低亮度。基本上，以使重疊區(qū)域α中的總亮度等于不重疊區(qū)域中的亮度的方式進行亮度校正。例如，由于圖10中的各個離散元p2、p5為雙重重疊，因此重疊區(qū)域α中相應(yīng)于離散元p2、p5的區(qū)域的亮度被降低一半。同樣，由于離散元p3為四重重疊，則相應(yīng)于離散元p3的區(qū)域的亮度降為四分之一，并且相應(yīng)于離散元p4的區(qū)域的亮度被降低為三分之一。但是，實際上優(yōu)選重疊區(qū)域的亮度逐漸改變(換句話說，重疊區(qū)域的亮度不急劇變化)，如圖11A、11B所示。
然后，基于亮度校正的結(jié)果，亮度過濾器建立模塊180為參考圖像建立亮度過濾器(步驟S13)。具體來說，在位于參考圖像中的重疊區(qū)域中的各個象素中，基于亮度校正的結(jié)果設(shè)置變化率，并且在位于參考圖像中的不重疊區(qū)域中的各個象素中，變化率設(shè)置為該象素的亮度不變。由此，建立關(guān)于每個象素設(shè)置亮度的變化率的形態(tài)圖(map)。該形態(tài)圖為亮度過濾器。
應(yīng)該記得，由于二維參考區(qū)域220a的形狀沒有失真，基于亮度校正的結(jié)果，能夠容易地建立參考圖像的亮度過濾器。如果二維參考區(qū)域的形狀被失真，則難以從失真的圖形為參考圖像建立亮度過濾器。在本發(fā)明中，在參考圖像的反應(yīng)點P處設(shè)置視點V可防止二維參考區(qū)域失真，由此能夠使亮度過濾器易于建立。
然后，重復器模塊190按順序指定另一個分離圖像為參考圖像，并重復步驟S5至S13。因此，為每個分離圖像建立亮度過濾器(步驟S14)。
如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明的亮度過濾器是通過程序建立的，因此亮度過濾器非常便于改變，例如對屏幕的形狀，放映機的設(shè)置位置等進行改變。即在對屏幕的形狀或者對放映機的設(shè)置位置進行任何變化的情況下，使用者所有要做的只是輸入?yún)?shù)并運行程序。
此外，正如開始所述，所有的放映機2AR至2IR，2AL至2IL以及所有的圖像建立裝置3AR至3IR，3AL至3IL被分成右眼組(2AR至2IR，3AR至3IR)以及左眼組(2AL至2IL，3AL至3IL)，以建立三維圖像，并且在每個放映機之前(或者在放映機內(nèi)部)設(shè)置偏振過濾器。偏振過濾器將從右眼組放映的右眼圖像或者從左眼組放映的左眼圖像處理成為偏振圖像。通過佩戴一副將偏振圖像合并成三維圖像的偏振眼鏡，觀看者能夠看到三維圖像。
可替換地，為了建立三維圖像，可以設(shè)置交替中斷右眼圖像和左眼圖像的快門。觀看者通過佩戴一副具有開關(guān)的眼鏡能夠看到三維圖像。這副眼鏡使右眼圖像僅經(jīng)由右眼透鏡，左眼圖像僅經(jīng)由左眼透鏡，而與由快門對右眼圖像和左眼圖像的交替中斷同步。
此外，該虛擬空間建立系統(tǒng)進一步包括用以選擇方向及速度的輸入裝置(未示出)以及場景控制器(未示出)。輸入裝置例如為操縱桿或者軌跡球。場景控制器響應(yīng)通過輸入裝置輸入的方向和速度，控制圖像建立模塊3沿該方向且以該速度移動曲面屏幕1上上演的分離圖像的場景。由此，觀看者能夠自己移動曲面屏幕1上的場景，例如，好像他(她)一邊觀看場景一邊在虛擬空間中行走。
此外，該虛擬圖像建立系統(tǒng)可以進一步包括用于改變分離圖像內(nèi)容的輸入裝置例如鼠標，以及可響應(yīng)指示改變分離圖像內(nèi)容的內(nèi)容改變器。在這種情況下，觀看者在觀看場景的同時能夠自己改變分離圖像的內(nèi)容，例如分離圖像中目標的顏色或者形狀。
此外，盡管根據(jù)本發(fā)明第一實施例的曲面屏幕為圖1所示的球形屏幕，但是該曲面屏幕可以是半球形屏幕或者是平面屏幕和曲面屏幕構(gòu)成的復合屏幕，如圖12A、圖12B所示。即，優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的曲面屏幕為具有水平軸和垂直軸的凹面形式，并且該凹面關(guān)于水平軸和垂直軸彎曲。與平面屏幕相比，曲面屏幕能夠在較小的空間內(nèi)以寬廣視野顯示圖像。
此外，亮度校正模塊170可以為不重疊區(qū)域提供亮度校正，以使得不重疊區(qū)域的亮度與重疊區(qū)域的亮度相協(xié)調(diào)。
此外，通過分離圖像生成器建立的分離圖像不限于計算機圖像，并且可以是真實活動(live-action)圖像。
此外，在本實施例中，如圖3所示，上部的放映機2AR至2CR，2AL至2CL將圖像放映到屏幕1的中間區(qū)域1a至1c，而中間的放映機2DR至2FR，2DL至2FL將圖像放映到屏幕1的上部區(qū)域1d至1f，此外，在兩端的放映機交叉放映圖像。由此，即使屏幕和放映機之間的物理距離較短，也能夠延長從放映機到屏幕的放映距離。
此外，盡管在本實施例中，亮度過濾器被設(shè)置在圖像建立裝置中，在本發(fā)明的另一個實施例中，每個放映機均可以具有亮度過濾器，如圖13所示。
如上所述，由于在不脫離本發(fā)明的精神和范圍時可以完成本發(fā)明許多顯而易見且廣泛的不同實施例，因此，應(yīng)該理解除了在所附權(quán)利要求中限定之外，本發(fā)明不限于其特定實施例。
權(quán)利要求
1.一種建立亮度過濾器的方法所述亮度過濾器適用于圖像放映系統(tǒng)中，該圖像放映系統(tǒng)以使相鄰的分離圖像部分地重疊的方式從多個放映機分別將多個分離圖像放映到曲面屏幕上，以重新生成一組合圖像，所述過濾器被設(shè)計為調(diào)整所述多個分離圖像的亮度，用以協(xié)調(diào)重疊區(qū)域的亮度與不重疊區(qū)域的亮度，以使所述組合圖像無接縫，所述方法包括以下步驟(a)產(chǎn)生反映出所述曲面屏幕形狀的屏幕模型；(b)分別設(shè)置多個放映點，用以將所述多個分離圖像從該多個放映點處放映到所述屏幕模型上，所述多個放映點彼此不同且分別與所述多個放映機相對應(yīng)；(c)指定所述多個分離圖像之一為參考圖像，并指定每個與其相鄰的分離圖像為外圍圖像；(d)設(shè)置與所述參考圖像的放映點一致的視點；(e)獲得所述參考圖像的二維參考區(qū)域，其被呈現(xiàn)在所述屏幕模型上并被從所述視點觀看；(f)獲得所述外圍圖像的二維外圍區(qū)域，其被呈現(xiàn)在所述屏幕模型上并被從所述視點觀看；(g)提取所述二維參考區(qū)域的與該二維外圍區(qū)域重疊的重疊區(qū)域；(h)對于所述二維參考區(qū)域，對所述重疊區(qū)域或者所述不重疊區(qū)域進行亮度校正；(i)為所述參考圖像提供實現(xiàn)所述亮度校正的亮度過濾器；(j)指定另一個分離圖像為所述參考圖像，并重復步驟(d)至(i)，以為各個所述分離圖像提供所述亮度過濾器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法采用幀緩沖器，用以分別存儲所述二維參考區(qū)域和所述二維外圍區(qū)域，所述二維參考區(qū)域被分成在所述幀緩沖器中具有相應(yīng)的地址的離散元，所述二維外圍區(qū)域被分成在所述幀緩沖器中具有相應(yīng)的地址的離散元，所述步驟(g)比較該二維參考區(qū)域的所述地址與該二維外圍區(qū)域的所述地址，以將所述重疊區(qū)域限定為具有公共地址。
3.一種虛擬空間建立系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括提供寬廣視野的曲面屏幕；圖像建立模塊，所述圖像建立模塊將單個無接縫圖像分成待放映到所述曲面屏幕上的多個分離圖像；多個放映機，所述放映機將所述多個分離圖像分別放映到所述曲面屏幕上而使所述多個分離圖像呈相互部分地重疊的關(guān)系；其中，所述圖像建立模塊具有用于每個所述分離圖像的亮度過濾器，所述亮度過濾器通過以下步驟制備；(a)產(chǎn)生反映出所述曲面屏幕形狀的屏幕模型；(b)分別設(shè)置多個放映點，用以將所述多個分離圖像從該多個放映點處放映到所述屏幕模型上，所述多個放映點彼此不同且分別與所述多個放映機相對應(yīng)；(c)指定所述多個分離圖像之一為參考圖像，并指定每個與其相鄰的分離圖像為外圍圖像；(d)設(shè)置與所述參考圖像的放映點一致的視點；(e)獲得所述參考圖像的二維參考區(qū)域，其被呈現(xiàn)在所述屏幕模型上并被從所述視點觀看；(f)獲得所述外圍圖像的二維外圍區(qū)域，其被呈現(xiàn)在所述屏幕模型上并被從所述視點觀看；(g)提取所述二維參考區(qū)域的與該二維外圍區(qū)域重疊的重疊區(qū)域；(h)對于所述二維參考區(qū)域，對所述重疊區(qū)域或者所述不重疊區(qū)域進行亮度校正；(i)為所述參考圖像提供實現(xiàn)所述亮度校正的亮度過濾器；(j)指定另一個分離圖像為所述參考圖像，并重復步驟(d)至(i)，以為各個所述分離圖像提供所述亮度過濾器。
4.如權(quán)利要求3所述的虛擬空間建立系統(tǒng)，其中所述曲面屏幕為具有水平軸和垂直軸的凹面形式，所述凹面關(guān)于所述水平軸以及所述垂直軸彎曲。
5.如權(quán)利要求3所述的虛擬空間建立系統(tǒng)，其中所述圖像建立模塊進一步包括失真校正調(diào)節(jié)器，其校正所述分離圖像，以使從特定視點觀看的所述分離圖像中出現(xiàn)的失真最小。
6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述多個放映機被分成第一組和第二組，所述第一組中的放映機分別放映作為右眼圖像的所述多個分離圖像，而所述第二組中的放映機分別放映作為左眼圖像的所述多個分離圖像，所述系統(tǒng)進一步包括偏振過濾器，將所述右眼圖像和所述左眼圖像處理為各個偏振圖像；一副偏振眼鏡，適于由觀看者佩戴，所述一副偏振眼鏡將所述多個偏振圖像組合成三維圖像。
7.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述多個放映機被分成第一組和第二組，所述第一組中的放映機分別放映作為右眼圖像的所述分離圖像，而所述第二組中的放映機分別放映作為左眼圖像的所述分離圖像，所述系統(tǒng)進一步包括快門，其交替中斷分別從該第一組和該第二組的所述多個放映機放映的右眼圖像和所述左眼圖像；一副眼鏡，適于由觀看者佩戴，并且具有右眼透鏡和左眼透鏡，所述眼鏡設(shè)置有開關(guān)，該開關(guān)與由所述快門對所述右眼圖像和所述左眼圖像的交替中斷同步地使該右眼圖像僅經(jīng)由所述右眼透鏡通過以及該左眼圖像僅經(jīng)由所述左眼透鏡通過。
8.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進一步包括輸入裝置，用于選擇方向和速度，以及場景控制器，其響應(yīng)所述方向和所述速度，沿所述方向且以所述速度移動所述曲面屏幕上上演的所述分離圖像的場景。
9.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進一步包括輸入裝置，其給出用以改變所述多個分離圖像的內(nèi)容的指示，以及內(nèi)容改變器，其響應(yīng)所述指示，改變所述多個分離圖像的內(nèi)容。
10.一組放映機，適用于虛擬空間建立系統(tǒng)中，該虛擬空間建立系統(tǒng)將多個分離圖像組合成待呈現(xiàn)在曲面屏幕上的單個圖像，所述多個放映機將所述多個分離圖像分別放映到所述曲面屏幕上而使所述多個分離圖像呈相互部分地重疊的關(guān)系，并且配置有用于調(diào)整所述多個分離圖像的亮度的過濾器，以協(xié)調(diào)重疊區(qū)域的亮度與不重疊區(qū)域的亮度，以使所述單個圖像無接縫，所述過濾器通過以下步驟制備；(a)產(chǎn)生反映出所述曲面屏幕形狀的屏幕模型；(b)分別設(shè)置多個放映點，用以將所述多個分離圖像從該多個放映點處放映到所述屏幕模型上，所述多個放映點彼此不同且分別與所述多個放映機相對應(yīng)；(c)指定所述多個分離圖像之一為參考圖像，并指定每個與其相鄰的分離圖像為外圍圖像；(d)設(shè)置與所述參考圖像的放映點一致的視點；(e)獲得所述參考圖像的二維參考區(qū)域，其被呈現(xiàn)在所述屏幕模型上并被從所述視點觀看；(f)獲得所述外圍圖像的二維外圍區(qū)域，其被呈現(xiàn)在所述屏幕模型上并被從所述視點觀看；(g)提取所述二維參考區(qū)域的與該二維外圍區(qū)域重疊的重疊區(qū)域；(h)對于所述二維參考區(qū)域，對所述重疊區(qū)域或者所述不重疊區(qū)域進行亮度校正；(i)為所述參考圖像提供實現(xiàn)所述亮度校正的亮度過濾器；(j)指定另一個分離圖像為所述參考圖像，并重復步驟(d)至(i)，以為各個所述分離圖像提供所述亮度過濾器。
11.一種制備亮度過濾器的程序所述亮度過濾器適用于圖像放映系統(tǒng)，該圖像放映系統(tǒng)以使相鄰的分離圖像部分地重疊的方式從多個放映機分別將多個分離圖像放映到曲面屏幕上，以重新生成一組合圖像，所述過濾器被提供用以調(diào)整所述分離圖像的亮度的亮度校正，用以協(xié)調(diào)重疊區(qū)域的亮度與不重疊區(qū)域的亮度，以使所述組合圖像無接縫，所述程序包括(a)屏幕模型建立模塊，用于產(chǎn)生反映出所述曲面屏幕形狀的屏幕模型；(b)放映點設(shè)置模塊，用以設(shè)置多個放映點，以將所述多個分離圖像從該多個放映點處放映到所述屏幕模型上，所述多個放映點彼此不同且分別與所述多個放映機相對應(yīng)；(c)視點設(shè)置模塊，其指定所述多個分離圖像之一為參考圖像，并指定每個與其相鄰的分離圖像為外圍圖像，以及設(shè)置與所述參考圖像的放映點一致的視點；(d)參考區(qū)域捕捉模塊，其獲得所述參考圖像的二維參考區(qū)域，該二維參考區(qū)域被呈現(xiàn)在所述屏幕模型上并被從所述視點觀看；(e)外圍區(qū)域捕捉模塊，其獲得所述外圍圖像的二維外圍區(qū)域，該二維外圍區(qū)域被呈現(xiàn)在所述屏幕模型上并被從所述視點觀看；(f)提取模塊，其提取所述二維參考區(qū)域的與該二維外圍區(qū)域重疊的重疊區(qū)域；(g)亮度校正模塊，其對于所述二維參考區(qū)域，給出對所述重疊區(qū)域或者所述不重疊區(qū)域的所述亮度校正；(h)亮度過濾器建立模塊，其為所述參考圖像提供實現(xiàn)所述亮度校正的亮度過濾器；(i)重復器模塊，按順序指定另一個分離圖像為所述參考圖像，并運行為各個分離圖像提供所述亮度過濾器的所述多個模塊。
全文摘要
一種建立亮度過濾器的方法。該亮度過濾器用于放映系統(tǒng)中，其中以相鄰的分離圖像部分地重疊的方式從多個放映機將多個分離圖像放映到曲面屏幕上，以預先調(diào)整所述分離圖像的亮度，從而可協(xié)調(diào)多個分離圖像之間的重疊區(qū)域的亮度與不重疊區(qū)域的亮度。本發(fā)明的特征在于該方法包括以下步驟指定分離圖像之一為參考圖像，并指定每個相鄰的分離圖像為外圍圖像，設(shè)置與參考圖像的放映點一致的視點，而獲得被呈現(xiàn)在屏幕模型上且被從視點觀看的參考圖像的二維參考區(qū)域。
文檔編號H04N5/74GK1701597SQ200480001060
公開日2005年11月23日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者柴野伸之 申請人:松下電工株式會社