【摘要】：人的雙眼是非常精密的感光器件,不僅可以得到高動態(tài)的彩色信息,還可以感受到空間信息。雙目視覺是我們認知這個三維世界的重要信息來源。但是,傳統(tǒng)的采集與顯示方式,比如數(shù)碼相機與液晶顯示器,都只能記錄和傳輸二維圖像。這樣,人眼在不同角度只能看到具有色彩的平面圖,與觀測三維世界的體驗極其不符,從而降低了對顯示內(nèi)容的理解和感知。目前,隨著技術(shù)的進步,越來越多的領(lǐng)域,比如粒子仿真、建筑設(shè)計、生命科學(xué)等等,對于逼真的三維信息的采集及顯示提出了強烈的需求。近年來,多視點采集技術(shù)及三維顯示技術(shù)發(fā)展快速。但是由于采集視點數(shù)和顯示視點數(shù)過少信息量不足,導(dǎo)致觀測時存在人眼疲勞,視點切換不平滑,三維顯示質(zhì)量不高等問題。針對上述問題,本文進行了密集視點生成及密集視點計算光場顯示等相關(guān)技術(shù)研究,并提出了新的解決方案。本文研究工作的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:(1)基于圖像匹配的虛擬視點生成方法目前,雙目采集的方法被廣泛應(yīng)用。但是將兩視點直接進行三維顯示會由于視點過少,出現(xiàn)內(nèi)容過度不平滑,透視關(guān)系不正確,三維顯示效果不高等問題。針對這些問題,本文提出一種基于稀疏特征點網(wǎng)格的虛擬視點生成方法。將稀疏匹配的特征性點進行三角剖分進而組成了左右圖像的內(nèi)容結(jié)構(gòu),通過渲染可以生成密集虛擬視點。通過實驗看出,生成的視點質(zhì)量較好,魯棒性高。另外,本文同樣提出了一種基于稠密視差網(wǎng)格實現(xiàn)虛擬視點生成的方法。將稠密匹配的深度結(jié)果組織為整齊的網(wǎng)格結(jié)構(gòu),通過渲染也可以生成密集虛擬視點。在程序?qū)崿F(xiàn)中,我們將多視點實時生成,并根據(jù)自由立體的顯示方式進行合成和三維顯示。實現(xiàn)證明,本方法計算速度非常快,整個過程可以實時執(zhí)行處理,速度達到40fps,非常適合多視點三維視頻的顯示。(2)基于橫拍導(dǎo)軌的三維重建及三維顯示系統(tǒng)大部分采用Kinect的室內(nèi)建模方法只處理深度范圍內(nèi)的三維數(shù)據(jù),其中超過范圍的內(nèi)容會以大片的黑背景和空洞呈現(xiàn)。為了更好的進行三維顯示,本文提出一種基于橫拍導(dǎo)軌的三維重建及三維顯示系統(tǒng),采用搭載Kinect的橫拍導(dǎo)軌從不同角度采集場景的彩色信息和深度信息。場景前景可以由采集的三維點重建生成,場景背景可以用三角測量的方法計算生成。在得到完整的場景模型以后,重采樣具有視差的虛擬視點,合成并放到光柵顯示器上可以顯示三維效果。實驗表面,模型的生成質(zhì)量較好,而且具有背景紋理。同時,可以調(diào)節(jié)零平面改變顯示效果。(3)基于紋理數(shù)組的快速視點合成方法多視點圖像在合成三維立體顯示圖時需要較大計算量,難以進行實時的CPU運算。本文根據(jù)光柵合成的特性,提出了一種基于D3D10的快速合成方法,利用紋理數(shù)組實現(xiàn)多視點的合成顯示。實驗表明,在應(yīng)用此方法后,可以實時生成三維顯示的圖像。在提高顯示的視點數(shù)目后,由于紋理數(shù)組的優(yōu)異特性,開銷增加不明顯。(4)基于浮點型網(wǎng)分復(fù)用半色調(diào)的光柵三維顯示方法制作印刷品的三維顯示圖畫時,需要考慮光柵與印刷點之間的參數(shù)。當(dāng)采用的光柵與印刷網(wǎng)點不匹配時,會出現(xiàn)嚴重的錯位從而導(dǎo)致顯示質(zhì)量下降。本文提出基于浮點型網(wǎng)分復(fù)用半色調(diào)的光柵三維顯示方法,利用部分網(wǎng)點去表示一個像素。此方法可以用來對齊光柵與印刷點,并且還能復(fù)用更多的視點。實驗和分析標(biāo)明,在應(yīng)用當(dāng)前方法后,可以基本消除錯位帶來的影響,提升了觀看質(zhì)量。另外,在保證觀看質(zhì)量的情況下,可以加入更多的視點,提升了視點間的平滑程度。(5)基于觀看位置權(quán)重分布函數(shù)的壓縮光場顯示方式針對壓縮光場顯示存在視角小,質(zhì)量不高等缺點,本文提出了基于觀看位置權(quán)重分布函數(shù)的壓縮光場顯示方式。通過確定當(dāng)前觀看者的位置,可以建立一個與當(dāng)前位置相關(guān)的權(quán)重分布函數(shù)。其中,當(dāng)前觀看的視點被賦予更高的權(quán)重值。在擬合光場計算時,當(dāng)前視點可以被更好的優(yōu)化從而得到更好的效果。實驗和分析標(biāo)明,在應(yīng)用當(dāng)前方法后,窄FOV的PSNR可相應(yīng)提高7dB,寬視角可以被展寬到70°×60°。另外,在寬FOV時,可以支持四個人同時觀看。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41

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本文編號：2421701