【摘要】：真三維視頻獲取與大屏幕顯示已成為未來(lái)立體影像發(fā)展的終極目標(biāo)。集成成像技術(shù)由于能夠再現(xiàn)具有連續(xù)視差、色彩鮮艷、真實(shí)的立體場(chǎng)景,已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn),但如何獲取立體元圖像陣列、實(shí)現(xiàn)高清大屏幕顯示并有效的評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能已成為集成成像發(fā)展的關(guān)鍵所在。本文圍繞高密度小間距LED集成成像顯示系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究,主要?jiǎng)?chuàng)新性研究工作內(nèi)容如下:1.基于集成成像的高效內(nèi)容生成算法針對(duì)立體元圖像陣列的分辨率較高時(shí),計(jì)算量大、渲染時(shí)間長(zhǎng),提出窗截取的立體元圖像陣列快速生成方法。根據(jù)透鏡陣列結(jié)構(gòu)和顯示平臺(tái)光學(xué)參數(shù)建立光信息的采集模型,采用平行光線(xiàn)追蹤渲染,計(jì)算得出物體在采集平面的投影,即物體對(duì)應(yīng)每個(gè)虛擬透鏡元中的視點(diǎn)圖像。利用窗函數(shù)將計(jì)算的視點(diǎn)圖像根據(jù)透鏡元的形狀進(jìn)行裁剪拼接,生成對(duì)應(yīng)的立體元圖像陣列。在高保真度的前提下,提高渲染效率。改變窗函數(shù)可以生成任意孔徑任意排列結(jié)構(gòu)的透鏡陣列所需的立體元圖像陣列。針對(duì)集成成像系統(tǒng)中立體元圖像陣列的記錄和顯示時(shí)觀(guān)看的方向相反,使立體圖像與真實(shí)物體空間深度信息相反,提出基于參考平面的無(wú)深度反轉(zhuǎn)立體元圖像陣列生成法。通過(guò)分析觀(guān)看平面與參考平面的對(duì)應(yīng)關(guān)系,建立光學(xué)映射及像素匹配模型,反向投影計(jì)算多種透鏡陣列所需的無(wú)深度反轉(zhuǎn)的立體元圖像陣列。改變參考平面位置可以實(shí)現(xiàn)實(shí)像、虛像、虛實(shí)共同顯示等多種顯示模式,提升立體顯示效果。針對(duì)計(jì)算機(jī)虛擬采集無(wú)法獲取真實(shí)場(chǎng)景的立體元圖像,提出虛實(shí)融合立體元圖像陣列生成法。建立真實(shí)物體的三維模型并與虛擬模型融合,利用光線(xiàn)追蹤渲染生成虛實(shí)融合的立體元圖像陣列。既豐富了場(chǎng)景內(nèi)容,又可避免透鏡陣列直接采集視角小或相機(jī)陣列采集間隔大、視差不連續(xù)等問(wèn)題。2.集成成像顯示系統(tǒng)構(gòu)建與透鏡陣列光學(xué)參數(shù)匹配及優(yōu)化提出了集成成像顯示系統(tǒng)總體構(gòu)建方案及光學(xué)參數(shù)優(yōu)化方法。大尺寸、高分辨率的顯示設(shè)備和與之光學(xué)匹配的透鏡陣列是實(shí)現(xiàn)集成成像大屏幕顯示的關(guān)鍵。高精密倒裝Mini LED芯片的出現(xiàn),使LED顯示屏的象素點(diǎn)間距縮小,也使LED顯示應(yīng)用于集成成像顯示系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸得以突破,同時(shí)LED顯示的色域、亮度、視角、刷新頻率、使用范圍等均優(yōu)于LCD和投影儀,本文提出將像素點(diǎn)間距1.25mm的LED顯示模組與單元透鏡陣列光學(xué)參數(shù)優(yōu)化匹配,作為集成成像顯示單元,構(gòu)建高密度小間距LED集成成像顯示系統(tǒng)。高密度小間距LED顯示模組可以通過(guò)無(wú)縫拼接實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示;單元透鏡陣列的優(yōu)化光學(xué)參數(shù)匹配解決了無(wú)法制作大尺寸透鏡陣列以及光學(xué)校正復(fù)雜的難題。根據(jù)顯示場(chǎng)地需求,將一定數(shù)量的集成成像顯示單元組合可實(shí)現(xiàn)平面、弧形等多種大屏幕立體顯示。為探索有限信息帶寬下,提高集成成像顯示系統(tǒng)性能的有效方式,設(shè)計(jì)了具有不同內(nèi)切圓直徑的圓形、方形和六邊透鏡陣列。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文搭建的不同孔徑高密度小間距LED集成成像顯示系統(tǒng),可以重建具有近似連續(xù)水平及垂直視差、色彩鮮艷、效果逼真的立體圖像。通過(guò)對(duì)比不同透鏡陣列的成像效果可以看出,填充率和采樣率較高的六邊形透鏡陣列重建的立體圖像更清晰。3.集成成像顯示系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型通常用來(lái)評(píng)價(jià)集成成像系統(tǒng)性能的函數(shù)是在假定立體圖像的水平和垂直分辨率相同的情況下提出的,所以只適用于正方形透鏡陣列。本文提出了使用不同孔徑透鏡陣列的集成成像系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)模型,分析了透鏡元的形狀、大小、排列結(jié)構(gòu)及透鏡陣列的填充率、采樣率和衍射與立體像點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。量化分析了不同透鏡陣列對(duì)系統(tǒng)性能的影響。為了驗(yàn)證量化結(jié)果的正確性,提出利用不同深度平面重建圖像質(zhì)量波動(dòng)性衡量立體圖像質(zhì)量的客觀(guān)評(píng)價(jià)方法。實(shí)驗(yàn)通過(guò)主客觀(guān)兩種方式對(duì)比了本文設(shè)計(jì)的三種不同透鏡陣列的成像效果,結(jié)果表明六邊形透鏡陣列的顯示效果最好,這一結(jié)論與主觀(guān)評(píng)價(jià)結(jié)果一致。
【圖文】：

第1章 緒論背景及意義人類(lèi)獲取自然信息的重要感官，而圖像是承載信息的技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)二維平面圖像顯示已經(jīng)不能滿(mǎn)體顯示設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。立體電視、立體眼鏡、立體顯覺(jué)帶來(lái)了新的體驗(yàn)。然而，目前這些顯示設(shè)備顯示出缺乏物體的深度信息，觀(guān)眾需要根據(jù)生活中積累的視體的空間位置關(guān)系，長(zhǎng)時(shí)間觀(guān)看會(huì)產(chǎn)生不適感[1,2]。顯對(duì)立體視覺(jué)體驗(yàn)的要求。顯示被國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家認(rèn)為是未來(lái)顯示技術(shù)發(fā)展的終極目熱點(diǎn)。在國(guó)家“十三五”規(guī)劃中的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃定會(huì)成為未來(lái)國(guó)家顯示技術(shù)發(fā)展的重要方向，如圖 1.

圖 1.2 三維顯示技術(shù)分類(lèi)3.1 雙目視差三維顯示人眼在觀(guān)察景物時(shí)，由于兩眼間存在一定距離導(dǎo)致左右眼視網(wǎng)膜上形視覺(jué)圖像略有不同，同一物點(diǎn)在左、右視覺(jué)圖像中所成的像點(diǎn)位置不同個(gè)視覺(jué)差異就是雙目視差。物體距離人眼越近，形成的雙目視差越大。根據(jù)左、右眼的視差圖像進(jìn)行分析處理，就可以識(shí)別場(chǎng)景中不同物體的關(guān)系，進(jìn)而形成立體視覺(jué)�；谶@一原理，雙目視差立體顯示只需為觀(guān)的雙眼分別提供不同的視差圖像，通過(guò)光學(xué)等技術(shù)使得左眼只看到左視像，右眼只看到右視差圖像，在大腦的融合作用下，就可以感知到立體。根據(jù)視差圖像分光方式的不同，，雙目視差立體顯示分為助視三維顯示柵三維顯示。(1) 助視三維顯示助視三維顯示需要佩戴眼鏡、頭盔等輔助設(shè)備將視差圖像分光從而完左、右眼的匹配，如圖 1.3 所示。根據(jù)原理不同又可分為分色三維顯示[67
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN27;TP391.41

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本文編號(hào)：2674067