基于自由立體顯示器的三維視頻重建和顯示技術(shù)研究.pdf

1、三維立體顯示技術(shù)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(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。自由立體顯示技術(shù)通過同時(shí)顯示同一三維場(chǎng)景的多視點(diǎn)圖像，支持多個(gè)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(yàn)。柱鏡光柵自由立體顯示技術(shù)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(shù)中脫穎而出，成為研究人員們關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　本文在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的自由立體顯示系統(tǒng)平臺(tái)上，重點(diǎn)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(diǎn)繪制（后向DIBR）算法。采用深度圖邊界預(yù)處理算法確定出場(chǎng)景中深度值不連續(xù)的前后景物體交界處，標(biāo)記出交界處深度不可信的過渡像素點(diǎn)，在虛擬視點(diǎn)繪制過程中，通過跳過這些不可信點(diǎn)可以消除虛假輪廓現(xiàn)象;先將紋理簡單的參考視點(diǎn)深度圖投影至虛擬視點(diǎn)位置得到虛擬視點(diǎn)深度圖，在每個(gè)虛擬像素點(diǎn)位置利用深度緩沖區(qū)解決可見性問題;再將虛擬視點(diǎn)深度圖反向映射至參考視點(diǎn)位置，通過反距離加權(quán)采

3、樣算法解決了重采樣問題，同時(shí)提高了虛擬視點(diǎn)圖像質(zhì)量。
　　(2)提出了一種虛擬相機(jī)陣列模型參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。針對(duì)平板自由立體顯示技術(shù)，通過理論分析，確定出ShiftSensor相機(jī)模型是最佳的立體相機(jī)模型;理論推導(dǎo)了在立體效果不發(fā)生失真的情況下，虛擬相機(jī)陣列各個(gè)參數(shù)之間應(yīng)該滿足的關(guān)系;給出了最優(yōu)虛擬相機(jī)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(shí)三維空間到虛擬三維空間的映射關(guān)系。提出的設(shè)計(jì)方法理論推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)，立體顯示效果

4、真實(shí)，用戶交互性好。
　　(3)提出了一種聯(lián)合時(shí)空域遮擋信息的空洞修復(fù)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(chǎng)景信息，再利用后向DIBR算法將靜態(tài)場(chǎng)景渲染至虛擬視點(diǎn)位置，用于恢復(fù)空洞區(qū)域的紋理信息，極大地減小了運(yùn)動(dòng)前景物體四周空洞的面積;對(duì)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(fù)算法，按照從背景到前景的修復(fù)順序，從當(dāng)前圖像幀內(nèi)部選取和目標(biāo)塊紋理最相似的背景紋理塊修復(fù)空洞區(qū)域。提出的空洞修復(fù)算法充分利用了輸入

5、視頻序列時(shí)空域上的有效遮擋信息，修復(fù)后空洞區(qū)域的紋理真實(shí)可信，而且具有提高修復(fù)空洞區(qū)域紋理時(shí)域穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。
　　(4)針對(duì)柱鏡光柵自由立體顯示技術(shù)，提出了一種視點(diǎn)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(jì)算出每個(gè)子像素位置取值對(duì)應(yīng)的視點(diǎn)編號(hào);其次，利用線性插值算法對(duì)多視點(diǎn)圖像數(shù)據(jù)源進(jìn)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(duì)應(yīng)的視點(diǎn)編號(hào)N確定出其深度值，并將深度值轉(zhuǎn)換為