【摘要】：由于二維顯示設備無法提供場景深度信息,為了滿足當前人們對三維數(shù)據(jù)的需求,有必要提供與人眼認知習慣相統(tǒng)一的三維內(nèi)容顯示。如今,隨著三維顯示設備制造工藝的提高和的發(fā)展,三維顯示得到迅猛發(fā)展,已經(jīng)從原有的雙目立體顯示發(fā)展成顯示視點更密集平滑、顯示視角更大、顯示分辨率更高的自由立體顯示。其顯示內(nèi)容也從兩張視差圖像變?yōu)槊芗鈭?其數(shù)據(jù)量大大提升,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不同了,這對顯示內(nèi)容的獲取和處理技術(shù)提出了更高的要求。本文正是在這樣的三維顯示發(fā)展背景下,結(jié)合密集光場具有的新特征與新結(jié)構(gòu)研究了與之相適應的光場信息處理方法,實現(xiàn)多種三維顯示應用�，F(xiàn)在自由立體顯示的相關(guān)圖像處理算法更多的還是從雙目立體算法拓展而來,在利用多個視點信息和相機拓撲結(jié)構(gòu)規(guī)律上還存在不足,圖像處理后各個視點間內(nèi)容一致性難以保證,圖像處理的思想還未從對傳統(tǒng)圖像的處理提升到對整個光場的處理。針對上述問題,本文對三維顯示中的光場信息處理技術(shù)進行研究。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:(1)基于光場控制的深度可調(diào)諧密集視點三維顯示。在三維顯示中,采集設備與三維顯示設備的參數(shù)往往是不匹配的,將采集內(nèi)容直接用于立體顯示會造成內(nèi)容立體感的分布失調(diào)甚至錯誤,所以在顯示前需要對內(nèi)容進行視差調(diào)整。然而通過設備硬件調(diào)整的視差調(diào)整方式限制了內(nèi)容的通用性,而傳統(tǒng)雙目視差調(diào)整在密集視點情況下需要對多視點圖像逐對匹配求取深度信息,忽略了多視點的相關(guān)性,沒有使用多視點圖像間的統(tǒng)計關(guān)系,計算量大,視差估計浮動量大,運動視差不平滑。因此提出一種適用于密集視點內(nèi)容的視差調(diào)整方法有重要的意義。本文使用光場理論將多視點圖像作為一個三維光場,由于平行采集陣列光場中光場軌跡為直線,可以通過線性回歸的方式得到場景深度,通過對光場的剪切變形來改變光場軌跡的參數(shù)從而統(tǒng)一調(diào)整了多視點圖像視差,實現(xiàn)了不同參數(shù)內(nèi)容采集設備與顯示設備的對接。(2)基于光場對齊的無跳變密集視點三維顯示。對于柱鏡光柵類和集成成像類自由立體顯示設備在兩相鄰視區(qū)周期的連接處總是存在深度翻轉(zhuǎn)區(qū)域造成內(nèi)容跳變,這個固有的缺陷嚴重降低了三維顯示效果和環(huán)境沉浸感。有研究者通過跟蹤觀看者的位置來調(diào)整顯示硬件來阻止觀看者進入深度翻轉(zhuǎn)區(qū)域,但該方式不滿足多人觀看的需求而且硬件結(jié)構(gòu)復雜。于是本文從顯示內(nèi)容入手,重新從光場的角度分析了深度反轉(zhuǎn)區(qū)域的產(chǎn)生,得到跳變產(chǎn)生的原因,之后通過光場首尾對齊使得在周期跳變區(qū)域也具有正確的視差關(guān)系。文中利用自由立體顯示器視點周期性給出了構(gòu)造無跳變顯示光場所需的條件和光場編輯方法,同時提出了周期復用策略使顯示光場的視點數(shù)目可以遠遠多于自由立體顯示器視點數(shù)。(3)基于光場融合的三維增強現(xiàn)實顯示。近年來增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等計算顯示技術(shù)快速發(fā)展,然而現(xiàn)階段增強現(xiàn)實技術(shù)在密集視點立體顯示上還是空白,同時由于缺乏對場景的深度信息和場景邊界的適當分割,使得解決真實物體對虛擬物體的遮擋問題還十分困難。如何利用密集視點采集所提供的大量場景信息準確的確定場景深度和虛實物體的邊界具有重要意義。本文中,真實環(huán)境和虛擬物體都被視作光場,由于平行采集陣列得到的光場其不同深度物體對應的線性光場軌跡有不同的斜率,場景融合的遮擋問題可以通過判斷虛實物體對應的線性光場軌跡斜率來解決,同時本文提出的以融合邊界處光場軌跡為參考的區(qū)域重分配算法實現(xiàn)了真實場景邊界的準確像素級分割,從而準確實現(xiàn)了虛實遮擋關(guān)系,最終實現(xiàn)了雙目視差與單目視差(遮擋與運動視差)一致的裸眼立體增強現(xiàn)實顯示。(4)集成成像中邊緣優(yōu)先的遮擋物去除計算顯示算法。當今計算機技術(shù)的發(fā)展促進了計算成像技術(shù)的出現(xiàn),較傳統(tǒng)光學成像計算成像可以突破光學器件的物理特性限制,實現(xiàn)更為理想的成像效果。人們常常借助計算成像技術(shù)觀察人眼無法觀察到的場景信息。本文結(jié)合光場理論與計算成像,提出一種遮擋物去除算法來幫助人們觀察到遮擋物背后的背景信息。由于密集視點采集能得到場景各個視角的信息,使得被遮擋背景的不同部分得以在不同的視角中出現(xiàn),而計算集成成像技術(shù)使得再現(xiàn)成像系統(tǒng)可以完全過濾掉遮擋物發(fā)出的光線從而實現(xiàn)清晰完整的背景再現(xiàn)。較傳統(tǒng)集成成像,計算集成成像方法充分利用了兩者的優(yōu)勢使再現(xiàn)背景的峰值信噪比大大提升。文中,考慮到遮擋物與背景往往對比明顯,該邊界區(qū)域紋理比較豐富,深度估計準確。于是優(yōu)先考慮遮擋物的輪廓,之后通過深度信息在光場中的擴散實現(xiàn)遮擋物確定,最后通過計算集成成像過濾掉遮擋物發(fā)出的光線實現(xiàn)清晰完整的背景再現(xiàn)。由于在遮擋物判斷中優(yōu)先確定了遮擋物輪廓信息使得邊緣處細節(jié)處理精確,而且由于不需考慮遮擋物內(nèi)部結(jié)構(gòu)和紋理,該算法實現(xiàn)了對遮擋物特性不敏感的遮擋物去除。較以往計算集成成像算法提高了算法的精確性和通用性。本文將光場理論應用到不同的計算三維顯示中,將光場理論與算法應用于多視點內(nèi)容處理中,完善了多視點內(nèi)容處理方法。在三維顯示的不同應用領(lǐng)域探索了技術(shù)方案,架起了三維顯示內(nèi)容采集端與顯示端的橋梁,在建立三維顯示全生態(tài)中有重要意義。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41

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本文編號：2413566