基于微透鏡陣列的集成成像和光場成像研究.pdf

1、近年來，三維成像與顯示技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。由于具有完整的視差，連續(xù)的視點、無需任何觀察眼鏡和特殊光照，基于微透鏡陣列的集成成像脫穎而出，逐漸發(fā)展成為最具潛力和前景的自動立體顯示技術(shù)。本論文圍繞基于微透鏡陣列的集成成像和光場成像開展研究工作。通過分析和利用透鏡陣列采集的圖像陣列的視差信息，提出并實現(xiàn)了深度提取線性插值增強方法，無網(wǎng)格噪音的深度切片重建方法和多視點重建方法。除此之外，還實現(xiàn)了光場照相機點擴散函數(shù)的精確模擬，為光場照相機的

2、性能研究奠定基礎(chǔ)。
　　 本論文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 1、提出了深度提取精密度和深度提取正確度兩個評估量，量化地證明了線性插值對集成成像互相關(guān)視差匹配深度提取方法的增強作用。集成成像的應(yīng)用常常受到單元圖像低分辨率的限制。無需額外的光學(xué)元件和硬件移動，采用線性插值將單元圖像像素個數(shù)增加一倍，深度提取精密度提升了20％，深度提取正確度提升了15％。集成成像還可以同時實現(xiàn)三維場景的重建和深度的提取。這是其他深度提取

3、技術(shù)所不具備的特點。利用增強方法提取的深度信息輔助三維場景的重建，使重建圖像更為清晰?；诩沙上竦纳疃忍崛】蓱?yīng)用于三維場景的背景去除。
　　 2、提出了一種無網(wǎng)格噪音的計算集成成像重建方法。網(wǎng)格噪音是由于單元圖像之間的非均勻疊加造成的。重建圖像光強歸一化是通過計算所有逆向投影的單元圖像的光強加權(quán)平均值實現(xiàn)的。在傳統(tǒng)的計算集成成像重建方法中，由于權(quán)重形式的缺陷，造成了較為嚴(yán)重的網(wǎng)格噪音和冗長的計算時間。在本論文的研究工作中，采用

4、了高斯函數(shù)形式的權(quán)重。即單元圖像邊緣部分重疊次數(shù)較多的部分具較小的權(quán)重，從而在任意重建深度，使造成網(wǎng)格噪音的單元圖像非均勻疊加得到較好的補償。而且高斯函數(shù)形式的權(quán)重可以縮短傳統(tǒng)計算集成成像重建方法中冗長的權(quán)重計算，使計算效率提升4％左右。利用這種方法實現(xiàn)的重建圖像質(zhì)量增強利于實現(xiàn)基于集成成像的三維可視化和識別。
　　 3、根據(jù)針孔陣列模型和光線光學(xué)理論，仿照人眼觀察集成成像顯示系統(tǒng)的原理，提出并實現(xiàn)了搜索式的多視點計算集成成像重

5、建方法。該方法中，通過推導(dǎo)不同單元圖像中對應(yīng)像素的空間幾何關(guān)系，依次從相鄰單元圖像中，把中心單元圖像缺失的圖像信息提取出來并拼接在一起。即使單元透鏡個數(shù)較少時，也能獲得完整圖像信息的視點圖像，視圖分辨率不受單元透鏡個數(shù)的限制。
　　 4、研究了光場照相機記錄三維場景信息的原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和點擴散函數(shù)。
　　 研究表明光場照相機點擴散函數(shù)的兩個特征量——光斑中心位置和直徑對光場照相機的重建圖像質(zhì)量和三維信息的精度產(chǎn)生影響。本

6、文實現(xiàn)了光場照相機點擴散函數(shù)的精確模擬。提出了精確模擬需要滿足的判據(jù)條件。該條件確保了模擬結(jié)果與理論計算結(jié)果相吻合。
　　 本論文的主要創(chuàng)新點如下：
　　 1、提出并實現(xiàn)了一種具有高斯權(quán)重的計算集成成像重建方法。實現(xiàn)了任意重建深度下，無網(wǎng)格噪音的三維場景深度切片重建。而且，簡潔的高斯權(quán)重形式是計算效率提升了4％左右。
　　 2、提出并實現(xiàn)了集成成像深度提取的線性插值增強方法。通過定義兩個評估量從結(jié)果的整體分布和整