基于视场拼接的全视差三维显示系统

提出了一种新的基于视场拼接的全视差三维显示方法及图像生成方案.系统核心部分由一个微投影机阵列、一个反射光路和一个散射屏组构成,图像生成方案采用基于OpenGL的算法实现.为了验证所提出的基于视场拼接理论的正确性,利用液晶显示器、菲涅耳镜组、定向散射屏和背投式反射光路搭建了实验样机.该装置可以在更紧凑的系统结构下显示包括横向视差和纵向视差在内的三维图像,并且通过图像生成算法的配合实现了动态三维显示效果.     

基于视场拼接的全视差三维显示系统

提出了一种新的基于视场拼接的全视差三维显示方法及图像生成方案.系统核心部分由一个微投影机阵列、一个反射光路和一个散射屏组构成,图像生成方案采用基于OpenGL的算法实现.为了验证所提出的基于视场拼接理论的正确性,利用液晶显示器、菲涅耳镜组、定向散射屏和背投式反射光路搭建了实验样机.该装置可以在更紧凑的系统结构下显示包括横向视差和纵向视差在内的三维图像,并且通过图像生成算法的配合实现了动态三维显示效果.     

基于光场重构的空间三维显示技术

真实空间三维显示可以通过精确再现三维物体的空间光场分布来实现.依据三维景物空间光场分布特性,提出并介绍基于光场重构的真实空间三维场景显示的基本原理与方法.实验表明,利用光场重构原理,可以运用现有的光学空间光调制器构造出比全息再现更为优越的真实三维显示.     

基于单光场相机的火焰三维温度场测量

相比于传统相机,光场相机不仅可记录投射到相机探测器上光线的强度,而且能分辨光线的方向。本文在光场成像技术基础上,提出一种基于单光场相机的火焰三维温度场测量新方法。建立了基于光场成像的火焰辐射正向计算模型,追迹了燃烧火焰投射到光场相机探测器上每个像素对应的辐射光线,并用源项六流法(SSF)计算了对应光线的辐射强度,获得了光场相机探测面强度分布。建立了基于QR分解的最小二乘算法温度场反演模型,获得了火焰的三维温度场,并对温度场反演结果进行了分析。计算结果证明了该方法测量火焰三维温度场的可行性。     

基于共轭透视相关相机的光场图像渲染与显示

为提升光场图像的渲染效率,提出一种基于共轭透视相关相机的光场图像渲染算法并搭建了相应的光场显示系统。利用共轭透视相机实现了深度正确的光场图像的一步渲染,从而省去了图像编码过程。同时利用相邻共轭相机之间的透视相关性减少重复计算,加速了渲染过程。对比传统算法,该算法并行处理能力强,非常适合利用图形处理硬件进行加速处理。利用中央处理器和图形处理器混合编程技术搭建了获取光场图像的渲染管线。对比测试结果表明,算法对视点数目不敏感,尤其适合高密度视点的光场图像的渲染。而且所渲染的视点越多,效率提升越明显。该算法还可以有效地兼容计算机图形学中的纹理贴图、光照等技术实现逼真场景的渲染。为验证算法的正确性,搭建了一套光场显示系统,利用所渲染的光场图像实现了虚拟场景的3D显示,获得了良好的3D立体效果。     

基于光场相机层析法的颗粒三维位置测量

利用光场相机采集颗粒图像,改进层析反演算法,可以快速准确地获得颗粒三维空间位置.基于光场相机成像原理,建立光线正向追迹模型,在此基础上对图像非零像素发出的光线进行反向追迹,实现非零像素与空间体素之间的映射,构建层析法反演颗粒三维位置的模型.根据提出的降维求解MART算法权重矩阵方法,结合相似三角形原理提高颗粒深度位置的反演精度.依据高斯Blob模型,将强度最大的体素中心位置作为反演的颗粒三维位置.实验证明改进型MART算法明显减少了计算时间及所需内存,x轴坐标误差为±0.16 mm,y轴坐标误差为±0.18 mm,z轴坐标误差为±1.8 mm,满足精度要求,更加适用于对计算速度要求较高的场合,具有良好实际应用价值.     

光场显微镜实现裸眼三维实时显示

提出了一种将光场显微镜与裸眼三维显示技术相结合的方法,实现了利用光场显微镜对微观样品进行三维裸眼实时观察的技术。该技术将光场显微镜得到的子图像阵列直接投影在微透镜阵列的焦平面上,在空间一定区域内双眼可分别观看到两幅不同视角图像,使观察者产生立体视觉。该系统具有结构简单,无需相干光源,无需佩戴特殊眼镜,可多人同时观看等优点,应用前景广泛。     

水平光场三维显示单目聚焦特性研究

水平光场三维(3D)显示可以在保证较好立体显示效果的同时,显著压缩需处理的海量光线信息,因此是一种重要的三维显示方法。由于缺少竖直方向的光场变化,水平光场的显示清晰度表现力与单目聚焦能力都与理想的光场形式不同。基于扫描型光场显示技术,分析了水平光场的点扩展函数(PSF);基于人眼和相机的自动聚焦原理,对不同显示参数下所重构的水平光场进行聚焦仿真,得出光线横向散射角以及每圈更新图像数对水平光场单目聚焦能力的影响;通过扫描型水平光场显示样机对所得结论进行验证。结果表明,水平光场的最大可聚焦高度随光线横向散射角的增加而减小,随每圈更新图像数的增加而增加。该分析方法及结论可以为单目聚焦水平光场显示系统提供设计依据。     

基于相机阵列的红外光场成像

光场成像作为一种应用广泛的计算成像方法,其研究仍局限于电磁波谱中的可见光波段。因此,提出基于相机阵列的红外光场成像方法。首先利用单台被动红外相机移动到同一平面的不同位置分别对同一静态目标场景成像,获取原始红外图像序列,经平移视差校正后生成红外光场数据库;然后基于光场渲染理论,获得重采样图像。与只记录二维位置信息的传统红外成像比较,红外光场成像能够记录包含位置和方向的四维信息。实验结果表明,该法能够融合多幅低信噪比的图像获得一幅信噪比提高的重采样图像,通过孔径叠加平均可实现穿透遮挡物成像,通过选取不同深度值进行重采样可实现红外场景不同深度的数字重聚焦,使红外成像在军事和民用领域更有应用价值。     

一种基于光场图像的聚焦光场相机标定方法

基于光场成像技术的场景三维深度重建,需标定光场相机的几何参数。本文提出一种基于原始光场图像的聚焦光场相机的标定方法。拍摄标定板不同旋转角度的原始光场图像;根据图像上像点与虚拟像点(像点关于微透镜的共轭点)的共轭关系,计算得到虚拟像点的坐标;根据标定板上角点与虚拟像点的共轭关系,建立聚焦光场相机标定模型;利用Levenberg-Marquardt算法求解标定模型,进行标定实验;比较所提方法与基于全聚焦图像的标定方法的标定参数。结果表明,原始光场图像与全聚焦图像对应的虚拟像点(角点关于主透镜的共轭点)之间的误差小于21pixel,角点的标定误差小于3%,基于原始光场图像和全聚焦图像方法获得的结构参数和外部参数具有较好的一致性,表明基于原始光场图像的标定方法的可行性。     

基于光场相机的四维光场图像水印及质量评价

光场相机通过在主镜组和传感器间特定位置设置微透镜阵列,在采集物方光强的同时可记录光线方向。提出一种在频域内对光场相机获取的四维光场图像加密的图像数字水印方法。植入信息经Base64编码后生成二维图像,并通过Aronld迭代对此图像进行均匀化处理,建立与原始光场坐标系匹配的虚拟计算光场,在四维傅里叶域内以切片替换的方式将加密信息植入原始光场中,实现光场图像加密,然后,基于二者坐标对应关系,应用傅里叶逆变换提取加密光场图像中的植入信息。搭建光场采集系统,应用本文方法对采集的原始光场图像进行加密处理。实验结果表明,加密光场图像信噪比高,与原始光场图像相关性强,加密光场图像无明显伪迹和失真,算法简便快捷,稳定可靠。     

三维显示中基于彩色叠栅条纹的视差障栅参数设计

为确定三维显示中视差障栅(PB)的最优参数,提出一种基于彩色叠栅条纹的PB参数设计方法。液晶显示器(LCD)和PB简化为相应参数的黑白光栅模型,而具有特定参数的特定辐射光栅作为周期和倾角变化的PB模型,通过序数方程和傅里叶分析方法分析特定辐射光栅和LCD单色等效黑白光栅的叠加图样,由此推断出不同PB周期的低频主导条纹频率组项,然后利用傅里叶理论的部分和提取方法(PSE)分析不同PB周期的低频主导叠栅条纹的强度轮廓,得出PB的最佳节距和相应倾斜角度。实验结果表明,所设计的PB三维显示系统没有出现降低像质的叠栅条纹,具有较好的三维显示效果。     

基于视差原理的三维视觉系统

本文介绍一种三维视觉系统，该系统采用了一种视差测距图像匹配算法，该算法包括景像压缩、核心线选择和特征匹配。实验分析表明，该系统的测量精度主要取决于摄像机的分辨率。     

多层光场三维显示及其图像计算的优化

为了实现对多层光场三维显示技术的优化,利用亚克力板和光学胶片实现光场的还原,增加多层权重和光场权重,扩大调整显示效果的自由度,在计算过程中能够在外部参数不变的情况下改变多层装置的显示效果.证明了水平视场下各行图像的相互独立性,采用行分治方法进行计算,降低了拟合运算的时间复杂度,节省了运算所需的时间与内存,使有限时间内更高精度的计算成为可能.在其他参数确定的情况下,采用原始方法能够进行计算的最大尺寸是900×1 200像素,而行分治方法能够计算1 800×2 400像素的图像而不出现内存不足的问题.基于图像方差建立了衡量光场重建效果的标准,在此标准下,发现增加层数、分辨率,减少视场大小和平均多层权重可以提高整体成像质量,增加特定视场角的权重能够提高其特定方向的成像质量.从实际制作的3层共2 mm厚的多层模型中观测到了视差,证明了多层装置在光场还原方面的显著优势.     

基于预识别技术及SART算法的单光场相机三维流场重建

提出了一种基于预识别及联合代数重建技术(SART)的单光场相机三维流场重建方法。首先结合光场图像,采用光线追迹的预识别技术预先筛选出控制体中包含示踪粒子的离散体素,实现对权矩阵结构的优化,然后利用插值法准确计算出测量体体素与图像像素之间的权函数。最终采用SART实现对示踪粒子三维空间位置的重构。单颗粒的重建结果表明:重建颗粒的中心位置准确,且其沿深度方向的拉伸程度较经典算法(MART)的结果明显减弱。此外,该算法在提高了重建效率的同时也降低了对权矩阵存储空间的需求。     

基于聚焦型光场相机的火焰温度场重建

光场成像技术可以在一次曝光中,同时记录下入射光线的空间分布信息和传播方向信息,能够得到更丰富的热辐射信号。本文利用聚焦型光场相机对三维火焰进行了光场采集,并利用这些光场信息通过截断奇异值分解(TSVD)重建了不同火焰的三维温度场分布,在重建过程中考虑了光场相机白图像的特点,剔除了对重建不利的无效像素,并且分别对均匀分布、轴对称分布和非轴对称分布的火焰进行了温度场重建,重建结果表明均匀温度分布的重建结果最佳,轴对称分布的重建结果次之,非轴对称分布的重建结果最差。最后考察了不同测量误差下重建结果,重建结果表明在一定的测量误差范围内,TSVD方法的重建效果对测量误差不敏感。     

光场相机视觉测量误差分析

光场相机通过一次曝光可以获取空间目标的位置和方向信息,具有重聚焦和多视角的特性,利用光场的这些特性可以进行视觉测量.本文对光场极平面图像视觉测量、重聚焦视觉测量、双目视觉以及多目视觉测量方法的测量原理和误差影响因素进行了理论分析,并通过实验验证了光场视觉测量误差跟不同视角基线长度,主透镜焦距大小,目标离相机的实际距离等结构参量的关系;理论分析和实验结果表明,由于相机基线较短,远距离测量误差较大,近距离测量具有较高的精度;在光场微透镜阵列大小有限条件下,采用多个视角组合的测量方法具有更高的测量精度.     

基于光场成像的表面三维重构

传统的成像方式单次曝光只能获取物空间二维横向分辨率信息,无法获取纵向深度信息,导致单次拍摄过程中物空间的深度信息丢失, 无法对物空间的目标物进行三维重构。光场相机内部采用光场传感器,不同于传统成像系统单次采集只能获取二维信息而造成的信息缺失,光场传感器可获取物空间的多维光场信息,同时其还具有便携等优点。采用光场相机进行拍摄,利用数字重聚焦以及散焦测距和相关计算的方法,实现密集深度图像的获取,基于matlab软件平台,对所获取的图像深度数据矩阵进行处理,最终实现物空间的三维重构。得到物空间的相对深度的归一化结果。本实验中,在深度范围为100 mm~1 500 mm范围内,实现平均误差为5.47%深度信息的表面三维重构,最大重构误差为8.30%。     

基于视差信息的三维图像的计算机重构

为了解决全景成像技术中观察者位于观察区域之外看到的图像会存在失真的问题,提出了一种基于视差信息的计算机重构3D视图技术.利用3D场景中的物体点经过不同微透镜在元素图像中记录的视差信息,根据光学路径分析,对重构视图中的失真部分用其它元素图像中存在的同一物体点的匹配像素进行替代,从而得到无失真的3D视图.该技术能够在更宽的观察区域内产生3D图像.     

基于相机扫描的太赫兹光场成像预处理方法

太赫兹光场成像是一种太赫兹波段内的计算成像手段。在太赫兹相机扫描成像的基础上进行了图像预处理和光场计算。针对太赫兹相机受器件性能限制导致输出图像存在噪声大、分辨率低和视场小等问题,对基于相机扫描的太赫兹光场成像进行了预处理,通过控制二维平移台,采集到一系列存在特定视角差别的目标图像;采取高通滤波方式对图像进行处理,得到噪声小、锐化程度好的图像;在不降低图像分辨率的基础上利用Harris特征图像拼接算法计算得到较大视场的图像。通过上述方法,有效地提高了光场成像质量,为实现太赫兹光场成像三维重构奠定了基础。