基于自由立體顯示器的三維視頻重建和顯示技術研究.pdf

1、三維立體顯示技術能給用戶帶來身臨其境的沉浸式立體感受，因此始終是顯示領域的研究熱點。自由立體顯示技術通過同時顯示同一三維場景的多視點圖像，支持多個用戶從不同角度裸眼觀看三維圖像，感受立體顯示帶來的震撼視覺體驗。柱鏡光柵自由立體顯示技術則以其低廉的成本和出眾的立體顯示效果從眾多自由立體顯示技術中脫穎而出，成為研究人員們關注的焦點。
　　本文在實驗室現(xiàn)有的自由立體顯示系統(tǒng)平臺上，重點研究基于自由立體顯示器的三維視頻重建和顯示算法，取得

2、的創(chuàng)新性成果包括:
　　(1)提出了一種后向基于深度圖像的虛擬視點繪制（后向DIBR）算法。采用深度圖邊界預處理算法確定出場景中深度值不連續(xù)的前后景物體交界處，標記出交界處深度不可信的過渡像素點，在虛擬視點繪制過程中，通過跳過這些不可信點可以消除虛假輪廓現(xiàn)象;先將紋理簡單的參考視點深度圖投影至虛擬視點位置得到虛擬視點深度圖，在每個虛擬像素點位置利用深度緩沖區(qū)解決可見性問題;再將虛擬視點深度圖反向映射至參考視點位置，通過反距離加權采

3、樣算法解決了重采樣問題，同時提高了虛擬視點圖像質(zhì)量。
　　(2)提出了一種虛擬相機陣列模型參數(shù)的設計方法。針對平板自由立體顯示技術，通過理論分析，確定出ShiftSensor相機模型是最佳的立體相機模型;理論推導了在立體效果不發(fā)生失真的情況下，虛擬相機陣列各個參數(shù)之間應該滿足的關系;給出了最優(yōu)虛擬相機陣列內(nèi)參矩陣和外參矩陣的確定步驟;給出了具有最小失真的真實三維空間到虛擬三維空間的映射關系。提出的設計方法理論推導嚴謹，立體顯示效果

4、真實，用戶交互性好。
　　(3)提出了一種聯(lián)合時空域遮擋信息的空洞修復算法。先通過靜態(tài)背景提取算法獲取視頻序列中的靜態(tài)場景信息，再利用后向DIBR算法將靜態(tài)場景渲染至虛擬視點位置，用于恢復空洞區(qū)域的紋理信息，極大地減小了運動前景物體四周空洞的面積;對于殘留的空洞區(qū)域，采用方向性的基于樣本塊采樣的空洞修復算法，按照從背景到前景的修復順序，從當前圖像幀內(nèi)部選取和目標塊紋理最相似的背景紋理塊修復空洞區(qū)域。提出的空洞修復算法充分利用了輸入

5、視頻序列時空域上的有效遮擋信息，修復后空洞區(qū)域的紋理真實可信，而且具有提高修復空洞區(qū)域紋理時域穩(wěn)定性的優(yōu)點。
　　(4)針對柱鏡光柵自由立體顯示技術，提出了一種視點內(nèi)插子像素映射立體顯示算法。首先，根據(jù)桂鏡光柵立體顯示器的參數(shù)計算出每個子像素位置取值對應的視點編號;其次，利用線性插值算法對多視點圖像數(shù)據(jù)源進行下采樣模擬低通濾波過程，然后再上采樣至立體顯示器的分辨率;接著根據(jù)子像素取值對應的視點編號N確定出其深度值，并將深度值轉(zhuǎn)換為