單目狹縫光柵自由立體顯示系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、自由立體顯示是顯示領(lǐng)域的重要前沿方向。立體視頻突出的優(yōu)勢在于其能為觀眾創(chuàng)造身臨其境的感受，提供全方位媒體交互的能力。傳統(tǒng)立體顯示需要攜帶輔助工具，容易產(chǎn)生視覺疲勞感，觀察范圍較窄且設(shè)備昂貴。因此設(shè)計一種便攜的、結(jié)構(gòu)較為簡單、處理速度較快的實(shí)時立體處理系統(tǒng)具有重要的意義。
　　本文研究的課題是新加坡淡馬錫理工學(xué)院IDC ASIA的項(xiàng)目，針對自由立體顯示的工藝以及算法進(jìn)行研究并實(shí)現(xiàn)了五視點(diǎn)的自由立體顯示方案，重點(diǎn)研究了顯示器件的選取、

2、預(yù)處理、目標(biāo)分割、深度計算以及視差圖重建部分。并以FPGA為核心控制處理器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集視頻、存儲、立體處理以及顯示系統(tǒng)。主要的研究工作包括以下三個方面。
　　(1)分析項(xiàng)目的具體設(shè)計需求，根據(jù)設(shè)計需求選擇升級空間大的硬件平臺，建立基礎(chǔ)軟硬件系統(tǒng)并下載到FPGA中進(jìn)行實(shí)時在線調(diào)試；對系統(tǒng)的資源使用情況加以分析；根據(jù)FPGA設(shè)計的策略對圖像處理部分進(jìn)行功能模塊劃分。
　　(2)給出五視點(diǎn)自由立體顯示算法，MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)，

3、對立體效果進(jìn)行參數(shù)評價，自由立體顯示算法包括降噪處理、圖像分割和圖像立體化算法。降噪處理主要對常用的中值濾波和均值濾波算法以及一種自適應(yīng)加權(quán)平均算法進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)仿真對比。圖像分割將馬氏距離分割法和參數(shù)分割法進(jìn)行對比，并在其基礎(chǔ)上改進(jìn)了一種交互的半自動式的分割方法。圖像立體化算法包括深度算法模塊、重構(gòu)圖像組模塊以及亞像素排列模塊。深度算法根據(jù)反射圖方程的逆運(yùn)算求解原理，將求解轉(zhuǎn)變?yōu)閷ふ冶砻孀钚』炼葐栴}，算法過程得到簡化；重構(gòu)圖像組模塊

4、根據(jù)深度圖像的投影原理，在已知圖像深度的前提下，還原視差圖；亞像素排列模塊分析本設(shè)計采用的光學(xué)器件的特性，設(shè)計出與之物理參數(shù)匹配的五視點(diǎn)排列方案。用交叉熵和均方值誤差對立體圖進(jìn)行參數(shù)評價。
　　(3)基于System Generator的平臺，設(shè)計在FPGA上實(shí)現(xiàn)的自由立體顯示算法，對算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并嵌入到系統(tǒng)下載到FPGA上實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集、處理和顯示。設(shè)計的算法硬件模塊包括圖像預(yù)處理算法、圖像分割算法以及圖像立體化算法。圖像預(yù)

5、處理部分設(shè)計了中值濾波模塊、亮度/對比度控制模塊、Bayer格式轉(zhuǎn)換模塊、色彩平衡模塊、Gamma補(bǔ)償模塊。圖像分割算法和立體化算法由于其算法復(fù)雜度高，采用了較為簡單的處理方式，圖像分割主要針對圖像中在紅色、綠色和藍(lán)色閾值范圍內(nèi)的顏色進(jìn)行分割；立體化算法將分割出的物體進(jìn)行水平方向的位置移動，后利用雙線性插值方式對移動后的圖進(jìn)行插值，彌補(bǔ)移動產(chǎn)生的黑洞；立體圖像的排列采用大量的ROM塊對五副生成的視差圖進(jìn)行存儲，輸出時選擇順序，實(shí)現(xiàn)排列。