【摘要】：人的雙眼是非常精密的感光器件,不僅可以得到高動(dòng)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(rèn)知這個(gè)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(jī)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(cè)三維世界的體驗(yàn)極其不符,從而降低了對(duì)顯示內(nèi)容的理解和感知。目前,隨著技術(shù)的進(jìn)步,越來越多的領(lǐng)域,比如粒子仿真、建筑設(shè)計(jì)、生命科學(xué)等等,對(duì)于逼真的三維信息的采集及顯示提出了強(qiáng)烈的需求。近年來,多視點(diǎn)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(diǎn)數(shù)和顯示視點(diǎn)數(shù)過少信息量不足,導(dǎo)致觀測(cè)時(shí)存在人眼疲勞,視點(diǎn)切換不平滑,三維顯示質(zhì)量不高等問題。針對(duì)上述問題,本文進(jìn)行了密集視點(diǎn)生成及密集視點(diǎn)計(jì)算光場(chǎng)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(diǎn)如下:(1)基于圖像匹配的虛擬視點(diǎn)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(diǎn)直接進(jìn)行三維顯示會(huì)由于視點(diǎn)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(duì)這些問題,本文提出一種基于稀疏特征點(diǎn)網(wǎng)格的虛擬視點(diǎn)生成方法。將稀疏匹配的特征性點(diǎn)進(jìn)行三角剖分進(jìn)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(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)看出,生成的視點(diǎn)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(shí)現(xiàn)虛擬視點(diǎn)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(diǎn)。在程序?qū)崿F(xiàn)中,我們將多視點(diǎn)實(shí)時(shí)生成,并根據(jù)自由立體的顯示方式進(jìn)行合成和三維顯示。實(shí)現(xiàn)證明,本方法計(jì)算速度非常快,整個(gè)過程可以實(shí)時(shí)執(zhí)行處理,速度達(dá)到40fps,非常適合多視點(diǎn)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(huì)以大片的黑背景和空洞呈現(xiàn)。為了更好的進(jìn)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(chǎng)景的彩色信息和深度信息。場(chǎng)景前景可以由采集的三維點(diǎn)重建生成,場(chǎng)景背景可以用三角測(cè)量的方法計(jì)算生成。在得到完整的場(chǎng)景模型以后,重采樣具有視差的虛擬視點(diǎn),合成并放到光柵顯示器上可以顯示三維效果。實(shí)驗(yàn)表面,模型的生成質(zhì)量較好,而且具有背景紋理。同時(shí),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(diǎn)合成方法多視點(diǎn)圖像在合成三維立體顯示圖時(shí)需要較大計(jì)算量,難以進(jìn)行實(shí)時(shí)的CPU運(yùn)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(shí)現(xiàn)多視點(diǎn)的合成顯示。實(shí)驗(yàn)表明,在應(yīng)用此方法后,可以實(shí)時(shí)生成三維顯示的圖像。在提高顯示的視點(diǎn)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(diǎn)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(shí),需要考慮光柵與印刷點(diǎn)之間的參數(shù)。當(dāng)采用的光柵與印刷網(wǎng)點(diǎn)不匹配時(shí),會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的錯(cuò)位從而導(dǎo)致顯示質(zhì)量下降。本文提出基于浮點(diǎn)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(diǎn)去表示一個(gè)像素。此方法可以用來對(duì)齊光柵與印刷點(diǎn),并且還能復(fù)用更多的視點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)和分析標(biāo)明,在應(yīng)用當(dāng)前方法后,可以基本消除錯(cuò)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(diǎn),提升了視點(diǎn)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(chǎng)顯示方式針對(duì)壓縮光場(chǎng)顯示存在視角小,質(zhì)量不高等缺點(diǎn),本文提出了基于觀看位置權(quán)重分布函數(shù)的壓縮光場(chǎng)顯示方式。通過確定當(dāng)前觀看者的位置,可以建立一個(gè)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(diǎn)被賦予更高的權(quán)重值。在擬合光場(chǎng)計(jì)算時(shí),當(dāng)前視點(diǎn)可以被更好的優(yōu)化從而得到更好的效果。實(shí)驗(yàn)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(shí),可以支持四個(gè)人同時(shí)觀看。
[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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本文編號(hào)：2421701