基于狭缝光栅的自由立体显示器视区模型与计算仿真

对多视点狭缝光栅自由立体显示器的视区分布进行了研究,发现不同视点的视区中存在串扰区,即视点视区分布呈现出不连续的特征．通过计算狭缝光栅光路方程,建立了狭缝光栅自由立体显示器的视区分布模型,计算给出了合适的立体观看位置和视区范围,并对多视点串扰问题进行了仿真研究．仿真结果验证了视点视区的不连续性以及串扰区的分布特征,从而验证了所提理论的有效性．所提出的方法可以用来对狭缝光栅自由立体显示器参数进行校正,能有效地降低光栅设计难度,提高光栅设计的准确度．     

基于倾斜狭缝光栅的自由立体显示串扰比

自由立体显示采用倾斜放置的狭缝光栅来减轻莫尔条纹的影响,却因此造成各视点图像之间的串扰．首先基于子像素判决提出一种定量计算串扰比的方法,建模得到光栅倾斜角度与相邻视点图像之间串扰比的关系．然后提出立体图像有效分辨率的概念,将串扰比引入其中,能够客观地衡量经过立体显示后得到的立体图像分辨率．此外,假设装配误差为随机变量,经由模型仿真得到串扰比误差与装配误差之间的关系．研究表明：基于倾斜缝光栅的自由立体显示设备中,各个最优观看位置的串扰比随着光栅倾斜角度的增大而增大,但是当光栅倾斜角取某些特殊值时,串扰比为局部最小值．     

减小倾斜光栅式自由立体显示串扰的方法

光栅式自由立体显示中将光栅倾斜放置来平衡立体图像分辨率在水平和竖直方向的损失,并同时减小莫尔条纹的影响.但是,却因此造成了相邻视点图像间的串扰.串扰的存在降低了立体图像质量,且易引起观看者的视觉疲劳.本文在分析串扰产生原因的基础上,进行逆向推导,提出了一种减小串扰的方法.该方法通过调整合成图像中各子像素的灰度值来使串扰后的图像为原本应该显示的图像以达到减小串扰的目的.实验验证了该方法的有效性.     

狭缝光栅式自动立体显示器的优化设计

根据光栅式自动立体显示原理建立光学系统模型,运用ASAP光学设计软件对该系统进行仿真. 通过对光线透过狭缝后形成的视区分布条纹图的分析,提出了一种增大视区和控制串扰的方法,实现了对狭缝光栅式自动立体显示器的优化设计.     

倾斜交错狭缝光栅的设计

针对立体显示中传统光栅设计方法存在的斜光栅所形成的可视区域比较小和垂直光栅所形成的莫尔条纹比较明显的问题,提出一种可视区域和莫尔条纹均在人眼视觉可接受范围内的倾斜交错光栅设计方法,在斜光栅结构的基础上以一个像素高度的一半为单位对光栅进行分段,将相邻两段狭缝错开一定距离,能减小斜光栅存在的视点间的干扰问题,从而提高可视区域范围.仿真及实测结果表明倾斜交错光栅比斜光栅可视区域增加了20%,而莫尔条纹亮度只减少9%,具有较高的实用价值.     

自由立体显示的自适应图像合成算法

现有的自由立体显示图像合成算法存在合成倾斜角度调整不灵活、合成速度慢、效果差等问题.为此,文中在自由立体显示的双目视差原理基础上,提出了在图像合成过程中对图像排布的倾斜角度进行调整的自适应立体图像合成算法.为减少子像素的判决次数,加快立体图像的合成速度,文中首先提出了一种新的判决准则——首列子像素视点判决准则,然后在图像合成过程中根据已经完成排布的部分图像的倾斜角度对将要排布图像的倾斜角度进行自动调整.仿真结果表明:文中算法能够适用于光栅倾斜角度为任意值的自由立体显示设备,并且能够得到排布更为合理的合成图像.     

柱透镜光栅立体显示的串扰度

为实现对柱透镜光栅立体显示串扰的定量分析,提出了一种串扰度的计算方法.首先,创建了用于描述显示屏上子像素视差图像的视点矩阵.然后,基于几何光学并结合视点矩阵,创建了用于描述观看位置上观看到的各幅视差图像信息量的视区矩阵.最后,由视区矩阵推导出串扰度的计算公式.实验测量结果与计算结果相近.验证了该计算方法的有效性.该方法可用于分析光栅倾斜角度、视点数及观看位置等因素对串扰的影响,且在定义串扰度阈值的基础上可确定最佳立体观看区域.     

多视成像实时校正与立体显示

手工摆放的平行摄像机阵列所拍摄的多视点立体图像往往会产生垂直视差. 为了消除多视点图像的垂直视差, 必须进行多视点图像的校正. 提出一种简单有效的多视图校正算法, 并基于该算法构建了自由立体显示系统. 应用多线程进行摄像机软同步以及后续的实时优化. 当摄像机图像的上传分辨率为1 280×960、上传速率为25 帧/s、目标3D 显示器的分辨率为1 920×1 080 时, 采用双线性插值, 可达到20 帧/s 左右的显示速率; 若采用复杂度更低的插值方法, 则可达到20 帧/s以上的显示速率. 该算法实现了8路摄像机实时校正和立体显示的3D电视系统.     

基于柱镜光栅的超多视点大幅面立体画设计

光栅立体画广泛应用于户外大型广告、巨幅海报及舞台背景墙。针对目前光栅立体画视点数少、立体感弱、视点串扰等问题,提出了基于柱镜光栅的超多视点大幅面立体画设计方法。根据人眼的视觉原理和柱镜的光传输特性,推导了柱镜厚度、曲率半径、光栅节距等参数的计算公式。设计了满足观看距离6m、观看区域3m、视点数59个的柱镜光栅。利用光学设计软件LightTools模拟了该系统的视点分布,视点宽度为50mm,小于正常成年人眼瞳距。设计了圆弧形柱镜光栅减小视点串扰,视点串扰值为11.7%～15.8%。对模拟结果进行了实验验证,结果表明所设计的超多视点大幅面立体画满足自由立体观看的要求。     

视频会议系统中基于图像拼合的中间视合成

中间视合成是实现立体交互式显示的关键技术,即在观察者改变观看位置时,可以通过系统合成的虚拟视点获得环视的效果.该文提出一种基于图像拼合的中间视合成算法,利用图像插值和变形技术,生成虚拟视点图像.首先对立体图像对进行亮度均匀化处理,以消除左右图像间的平均亮度差异;然后根据左右视所含信息的不对称性,利用视差信息判断可靠区域,生成过渡中间视;最后采用图像拼合变形的方法进行中间视插值合成.实验表明,生成的虚拟中间视图像效果良好,基于对象的处理方式使得本算法具有速度上的优势,可用于头肩型视频会议场景的立体交互显示.     

透镜式立体液晶显示的模拟仿真

为优化透镜式立体液晶显示器的设计,通过ASAP光学软件对系统进行建模仿真.系统模型包括背光系统、液晶屏和透镜式光栅系统.通过优化直下型背光系统使其提供均匀、高亮度的光照,通过优化透镜式光栅系统使其分离左右眼图像对形成更好的立体视觉效果.最后给出了17寸(431.8 mm)透镜式立体液晶显示系统的技术参数,并进行了建模仿真分析.结果表明:该软件模拟仿真可以实现单用户、单立体视区的立体视觉,并能够验证设计的效果和优化设计.     

发光二极管彩色阵列显示像质优化技术及其实现

发光二极管(Light emitting diode,LED)彩色阵列显示因规模等原因,难以通过物理像素实现高分辨率显示.为提高LED彩色阵列显示的视在分辨率,利用抽样原理分析了LED阵列显示中的欠抽样情况及其产生的频谱折叠混淆噪声,研究了通过图像数据空间重组分配,将高分辨率图像转换成低分辨率图像组,在三基色独立驱动的LED显示阵列上,通过像素交错组合、时分循环高帧频显示,在低物理像素LED显示阵列上实现了高分辨率图像的显示,设计并实现了LED彩色阵列显示像质优化装置.实验结果表明,该方法能有效提高LED阵列显示的视在分辨率,消减欠采样产生的频谱折叠混淆噪声,改善显示画面质量.     

立体电视中对比灵敏度方程的影响因素

在开关眼镜式和偏振光眼镜式2种立体液晶电视中进行视觉感知实验,通过改变测试图像的景深和空间频率,研究了眼镜式立体电视中立体图像的视差对人眼对比灵敏度感知阈值的影响.实验中共选用3种景深和10种空间频率的图像.实验结果表明,液晶电视中显示的二维图像与传统成像方法显示的二维图像在不同空间频率处对人眼对比灵敏度阈值的影响不同.2种立体液晶电视中三维模式下显示的立体图像和二维模式下显示的平面图像,对人眼对比灵敏度阈值有显著性影响.但在三维显示模式下,不同景深的立体图像对人眼对比灵敏度感知阈值的影响不显著.     

基于棱柱镜技术的自由立体显示图像合成

根据棱柱镜的光学和物理结构以及LCD子像素的排列特征,提出了一种用于棱柱镜自由立体LCD显示的多视点合成新方法.该方法属于数字合成算法,由子像素判断准则、视点视图下采样以及多视点子像素的排列3部分组成.将该方法与传统模拟光筛合成方法和常规数字合成方法进行比较,实验结果证明新方法在合成速度和观看效果上优于后两种方法.同时,由于该方法对各视点视图进行了下采样,大幅减少了原始数据量,十分有利于压缩.     

超大屏幕自由立体显示系统关键技术的研究

为了获得低成本超大屏幕自由立体显示器,采用了DLP投影的技术方案.分析了柱透镜光传输特性.通过模拟透镜光路,获得了立体视区图.结合立体视区的交叉干扰现象,推导出适合大屏幕立体显示的光栅参数.针对显示器的最佳观看距离,分析了虚拟摄像机架设间距和前后景极限位置的关系.实现了约150 in超大屏幕立体显示墙,同时提高了显示系统的立体感和临场感.     

面向IP网络的多视点立体视频的实时容错传输

提出了一种在IP网络上实时传输多视点立体视频的传输系统.视频流采用H.264/AVC格式编码.由于多视点立体视频庞大的数据量,系统通过2个IP信道分别进行传输.针对网络中的丢包现象,该系统采用一种新的数据包处理方法,利用各个视点之间的相关性进行丢失数据恢复.提出了一种多视点立体视频错误掩盖的算法,用来解决IP网络传输中的丢包问题.实验结果表明了该多视点立体视频传输系统的可行性.     

基于立体视觉的自由曲面三维重构

利用BP神经网络对立体视觉系统进行隐式标定,采用投射大小光斑的方法增加自由曲面的图像特征;提出了一种基于射影变换原理的分块匹配算法,分别在左右两幅图像上,对大点构成的区域进行标准形状变换,然后实现区域内小点的自动匹配.对石膏像面部进行三维重构的实验表明,投射光斑的方法增加了自由曲面的图像特征,分块匹配算法能有效地实现图像间的特征匹配.     

光轴外扩式布置的双目相机图像立体校正

摘要： 针对宽视野光轴外扩式布置双目图像采集和显示系统的图像立体校正问题,利用三维重建误差,提出了一种基于双目图像视差特性的立体校正方法.在分析光轴外扩式布置双目相机图像视差特性的基础上,针对相机光心与显示投影中心间的位置误差和相机光轴与显示视轴间的角度误差,建立图像仿射变换、水平视差畸变和垂直视差的校正函数,利用一组空间采样点的三维重投影误差作为目标函数通过优化方法求解校正参数.仿真实验表明：在视轴外扩夹角为30°时,本方法可以有效地消除光心位置误差和光轴角度误差对图像视差造成的影响.真实图像校正实验表明：校正后的图像水平畸变小,在显示宽视野双目图像时,能保持正确的三维立体感.
关键词：中图分类号：文献标志码： A     

真三维显示系统的构建及其成像效果分析

基于人眼的视觉暂留原理，从机械和电路两个方面构建了基于LED旋转屏的真三维显示系统，运用切面原理把空间体系里的三维图像转换成N份平面二维体系里的二维曲线；同时提出了新的扫描映射方法曲线网格离散化用于对图像和LED灯的位置关系的精确处理。通过硬件平台的实验，验证了不同转速带对真三维显示的影响。实验表明，存在最佳电机转速带使LED旋转真三维显示效果最佳，在转速饱和区之外图像显示效果将受到影响。     

基于多RGBD摄像机的动态场景实时三维重建系统

使用多台基于FPGA嵌入立体计算的RGBD摄像机搭建动态场景实时三维重建系统. RGBD摄像机能够以视频速度输出场景的彩色(RGB)图像及对应的稠密视差(disparity)图像,由视差图像可进一步得到场景的深度图. 多台RGBD摄像机运行在统一的外部时钟和控制信号下,可实现对目标场景数据的同步采集. 为了提高各视点所获取的场景深度图质量,根据多RGBD摄像机系统视点分布较为稀疏的特点,使用概率密度函数估计的方法进行多视点深度图的融合. 融合后的深度图由PC集群进行处理,可实时生成所拍摄场景的三维空间点云. 实验结果表明,本文系统可以有效地重建包含多个运动目标的大型动态场景.