基于密集视点的计算三维显示若干关键技术研究

发布时间：2019-02-13 15:55

【摘要】：人的双眼是非常精密的感光器件,不仅可以得到高动态的彩色信息,还可以感受到空间信息。双目视觉是我们认知这个三维世界的重要信息来源。但是,传统的采集与显示方式,比如数码相机与液晶显示器,都只能记录和传输二维图像。这样,人眼在不同角度只能看到具有色彩的平面图,与观测三维世界的体验极其不符,从而降低了对显示内容的理解和感知。目前,随着技术的进步,越来越多的领域,比如粒子仿真、建筑设计、生命科学等等,对于逼真的三维信息的采集及显示提出了强烈的需求。近年来,多视点采集技术及三维显示技术发展快速。但是由于采集视点数和显示视点数过少信息量不足,导致观测时存在人眼疲劳,视点切换不平滑,三维显示质量不高等问题。针对上述问题,本文进行了密集视点生成及密集视点计算光场显示等相关技术研究,并提出了新的解决方案。本文研究工作的主要内容及创新点如下:(1)基于图像匹配的虚拟视点生成方法目前,双目采集的方法被广泛应用。但是将两视点直接进行三维显示会由于视点过少,出现内容过度不平滑,透视关系不正确,三维显示效果不高等问题。针对这些问题,本文提出一种基于稀疏特征点网格的虚拟视点生成方法。将稀疏匹配的特征性点进行三角剖分进而组成了左右图像的内容结构,通过渲染可以生成密集虚拟视点。通过实验看出,生成的视点质量较好,鲁棒性高。另外,本文同样提出了一种基于稠密视差网格实现虚拟视点生成的方法。将稠密匹配的深度结果组织为整齐的网格结构,通过渲染也可以生成密集虚拟视点。在程序实现中,我们将多视点实时生成,并根据自由立体的显示方式进行合成和三维显示。实现证明,本方法计算速度非常快,整个过程可以实时执行处理,速度达到40fps,非常适合多视点三维视频的显示。(2)基于横拍导轨的三维重建及三维显示系统大部分采用Kinect的室内建模方法只处理深度范围内的三维数据,其中超过范围的内容会以大片的黑背景和空洞呈现。为了更好的进行三维显示,本文提出一种基于横拍导轨的三维重建及三维显示系统,采用搭载Kinect的横拍导轨从不同角度采集场景的彩色信息和深度信息。场景前景可以由采集的三维点重建生成,场景背景可以用三角测量的方法计算生成。在得到完整的场景模型以后,重采样具有视差的虚拟视点,合成并放到光栅显示器上可以显示三维效果。实验表面,模型的生成质量较好,而且具有背景纹理。同时,可以调节零平面改变显示效果。(3)基于纹理数组的快速视点合成方法多视点图像在合成三维立体显示图时需要较大计算量,难以进行实时的CPU运算。本文根据光栅合成的特性,提出了一种基于D3D10的快速合成方法,利用纹理数组实现多视点的合成显示。实验表明,在应用此方法后,可以实时生成三维显示的图像。在提高显示的视点数目后,由于纹理数组的优异特性,开销增加不明显。(4)基于浮点型网分复用半色调的光栅三维显示方法制作印刷品的三维显示图画时,需要考虑光栅与印刷点之间的参数。当采用的光栅与印刷网点不匹配时,会出现严重的错位从而导致显示质量下降。本文提出基于浮点型网分复用半色调的光栅三维显示方法,利用部分网点去表示一个像素。此方法可以用来对齐光栅与印刷点,并且还能复用更多的视点。实验和分析标明,在应用当前方法后,可以基本消除错位带来的影响,提升了观看质量。另外,在保证观看质量的情况下,可以加入更多的视点,提升了视点间的平滑程度。(5)基于观看位置权重分布函数的压缩光场显示方式针对压缩光场显示存在视角小,质量不高等缺点,本文提出了基于观看位置权重分布函数的压缩光场显示方式。通过确定当前观看者的位置,可以建立一个与当前位置相关的权重分布函数。其中,当前观看的视点被赋予更高的权重值。在拟合光场计算时,当前视点可以被更好的优化从而得到更好的效果。实验和分析标明,在应用当前方法后,窄FOV的PSNR可相应提高7dB,宽视角可以被展宽到70°×60°。另外,在宽FOV时,可以支持四个人同时观看。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41

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