【摘要】：由于二維顯示設(shè)備無法提供場景深度信息,為了滿足當(dāng)前人們對(duì)三維數(shù)據(jù)的需求,有必要提供與人眼認(rèn)知習(xí)慣相統(tǒng)一的三維內(nèi)容顯示。如今,隨著三維顯示設(shè)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(diǎn)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(duì)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(yīng)的光場信息處理方法,實(shí)現(xiàn)多種三維顯示應(yīng)用。現(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(gè)視點(diǎn)信息和相機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)規(guī)律上還存在不足,圖像處理后各個(gè)視點(diǎn)間內(nèi)容一致性難以保證,圖像處理的思想還未從對(duì)傳統(tǒng)圖像的處理提升到對(duì)整個(gè)光場的處理。針對(duì)上述問題,本文對(duì)三維顯示中的光場信息處理技術(shù)進(jìn)行研究。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)基于光場控制的深度可調(diào)諧密集視點(diǎn)三維顯示。在三維顯示中,采集設(shè)備與三維顯示設(shè)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(huì)造成內(nèi)容立體感的分布失調(diào)甚至錯(cuò)誤,所以在顯示前需要對(duì)內(nèi)容進(jìn)行視差調(diào)整。然而通過設(shè)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(diǎn)情況下需要對(duì)多視點(diǎn)圖像逐對(duì)匹配求取深度信息,忽略了多視點(diǎn)的相關(guān)性,沒有使用多視點(diǎn)圖像間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,計(jì)算量大,視差估計(jì)浮動(dòng)量大,運(yùn)動(dòng)視差不平滑。因此提出一種適用于密集視點(diǎn)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(diǎn)圖像作為一個(gè)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(duì)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(diǎn)圖像視差,實(shí)現(xiàn)了不同參數(shù)內(nèi)容采集設(shè)備與顯示設(shè)備的對(duì)接。(2)基于光場對(duì)齊的無跳變密集視點(diǎn)三維顯示。對(duì)于柱鏡光柵類和集成成像類自由立體顯示設(shè)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(gè)固有的缺陷嚴(yán)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(jìn)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(fù)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(duì)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(diǎn)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(shí)提出了周期復(fù)用策略使顯示光場的視點(diǎn)數(shù)目可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于自由立體顯示器視點(diǎn)數(shù)。(3)基于光場融合的三維增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示。近年來增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等計(jì)算顯示技術(shù)快速發(fā)展,然而現(xiàn)階段增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在密集視點(diǎn)立體顯示上還是空白,同時(shí)由于缺乏對(duì)場景的深度信息和場景邊界的適當(dāng)分割,使得解決真實(shí)物體對(duì)虛擬物體的遮擋問題還十分困難。如何利用密集視點(diǎn)采集所提供的大量場景信息準(zhǔn)確的確定場景深度和虛實(shí)物體的邊界具有重要意義。本文中,真實(shí)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(duì)應(yīng)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(shí)物體對(duì)應(yīng)的線性光場軌跡斜率來解決,同時(shí)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(shí)現(xiàn)了真實(shí)場景邊界的準(zhǔn)確像素級(jí)分割,從而準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)遮擋關(guān)系,最終實(shí)現(xiàn)了雙目視差與單目視差(遮擋與運(yùn)動(dòng)視差)一致的裸眼立體增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示。(4)集成成像中邊緣優(yōu)先的遮擋物去除計(jì)算顯示算法。當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了計(jì)算成像技術(shù)的出現(xiàn),較傳統(tǒng)光學(xué)成像計(jì)算成像可以突破光學(xué)器件的物理特性限制,實(shí)現(xiàn)更為理想的成像效果。人們常常借助計(jì)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(jì)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(diǎn)采集能得到場景各個(gè)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(jì)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(shí)現(xiàn)清晰完整的背景再現(xiàn)。較傳統(tǒng)集成成像,計(jì)算集成成像方法充分利用了兩者的優(yōu)勢(shì)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(duì)比明顯,該邊界區(qū)域紋理比較豐富,深度估計(jì)準(zhǔn)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(kuò)散實(shí)現(xiàn)遮擋物確定,最后通過計(jì)算集成成像過濾掉遮擋物發(fā)出的光線實(shí)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(xì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)遮擋物特性不敏感的遮擋物去除。較以往計(jì)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(yīng)用到不同的計(jì)算三維顯示中,將光場理論與算法應(yīng)用于多視點(diǎn)內(nèi)容處理中,完善了多視點(diǎn)內(nèi)容處理方法。在三維顯示的不同應(yīng)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(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP391.41

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4 葉o，

本文編號(hào)：2413566