集成成像三維顯示光場轉(zhuǎn)換與重構(gòu)方法研究.pdf

1、集成成像三維顯示技術(shù)是一種新型的立體顯示技術(shù)，可用來顯示具有全視差、連續(xù)視點(diǎn)的三維立體圖像，顯示過程中不需要輔助觀看設(shè)備以及相干光源，因此，集成成像技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。本文系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外對集成成像技術(shù)的研究現(xiàn)狀，隨后圍繞集成成像三維顯示技術(shù)展開研究，主要工作如下：
　　為實(shí)現(xiàn)集成成像光場轉(zhuǎn)換與重構(gòu)，首先分析了集成成像系統(tǒng)參數(shù)與總體性能之間的關(guān)系；重點(diǎn)研究了三維圖像顯示過程中出現(xiàn)的多平面結(jié)構(gòu)、圖像交織現(xiàn)象、重構(gòu)像點(diǎn)軸向位移誤差

2、等降質(zhì)因素的產(chǎn)生機(jī)理，表征了軸向位移誤差和微透鏡焦距f與顯示面板距微透鏡陣列距離g的比值之間的關(guān)系。
　　基于系統(tǒng)端到端性能表征思想，綜合考慮微透鏡陣列對光場信號在光場坐標(biāo)空間中的轉(zhuǎn)換作用、光學(xué)衍射效應(yīng)以及采樣效應(yīng)，通過引入光場參數(shù)化方法，建立了三維集成成像系統(tǒng)的光場模型。以光場模型為基礎(chǔ)，定量分析了微透鏡陣列與記錄設(shè)備像素的采樣效應(yīng)，確定了三維集成成像系統(tǒng)中光場信號的采樣帶寬，探討了三維集成成像系統(tǒng)最大空間分辨率與微透鏡陣列間距

3、以及像素間距之間的關(guān)系。為后續(xù)集成成像光場轉(zhuǎn)換與重構(gòu)提供理論支持。
　　針對集成成像高分辨率三維可視化需求，在分析了現(xiàn)有計(jì)算集成成像重構(gòu)方法（基于深度面的計(jì)算重構(gòu)方法和基于視角的計(jì)算重構(gòu)方法）的基礎(chǔ)上，提出了一種基于光場的高分辨率自由視點(diǎn)計(jì)算重構(gòu)方法。該方法按照視點(diǎn)位置和觀看矢量，將微單元圖像陣列映射到重構(gòu)平面，有效利用了微單元圖像陣列中的信息。并將該方法與傳統(tǒng)的計(jì)算重構(gòu)方法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)對比，分析了重構(gòu)圖像與虛擬針孔陣列之間的距

4、離和單個微單元圖像分辨率對重構(gòu)圖像質(zhì)量的影響。仿真結(jié)果表明，本文提出的光場計(jì)算重構(gòu)方法與傳統(tǒng)的背投式計(jì)算重構(gòu)方法相比，運(yùn)算時間更短，且重構(gòu)圖像與原始圖像更加接近，重構(gòu)圖像質(zhì)量更好；與基于視角的傳統(tǒng)計(jì)算重構(gòu)方法相比，重構(gòu)圖像的分辨率有了很大的提升。
　　針對集成成像系統(tǒng)中記錄端與顯示端參數(shù)不匹配和深度反轉(zhuǎn)的問題，提出了齊次光場轉(zhuǎn)換模型，定義了齊次光場坐標(biāo)空間，分別推導(dǎo)了平移和旋轉(zhuǎn)變換矩陣，通過光線的坐標(biāo)矢量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了從原始微單元圖