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基于光子映射的立体元图像阵列快速生成方法

许正男  
【摘要】:集成成像技术是由物理学家M.G.Lippmann于1908年第一个提出。在立体显示技术当中,三维集成成像无疑是一种前景好,发展迅猛的技术,它是采用立体元透镜阵列来进行视差图像获取以及实现三维图像在现实空间中的复现的新型三维显示技术。该技术具有系统结构不复杂,不需要额外的光源,视点连续,可以很好地与目前的图像处理和传输技术方法相结合等众多优点,在医学、生物学、军事和娱乐等领域中具有广泛应用,因此吸引了国内外研究人员的广泛关注,在裸眼立体显示技术领域展现了巨大的潜力,是研究的热点。按照采集和重构过程中采用设备的差异,集成成像三维显示系统可分为全光学集成成像方法、计算机辅助生成立体元图像阵列集成成像方法和计算机重构集成成像方法三大类。三维集成成像显示的立体元图像阵列数据源通过采集设备来获得,这些数据源会影响最终成像的质量以及视觉体验。目前,实验所需的数据源主要是通过计算机虚拟采集生成或者通过相机阵列获取。随着科技进一步的发展,市场对于三维空间场景的实时采集和再现的需求越来越强烈。因此,如何能够快速实现立体元图像阵列生成是目前亟待解决的技术问题。本文首先研究了基于光线跟踪的立体元图像阵列生成方法。该方法从光源向场景内发射光线,使用光线跟踪算法计算出每一个视点下的图像,并最终生成立体元图像阵列。该方法的缺点在于每一幅图像都需要单独计算,在视点数量庞大的情况下需要花费大量的时间在计算上。然后,本文研究了基于光子映射算法及其改进的渐进式光子映射算法的立体元图像阵列生成方法。该类方法从光源向场景内发射光子,与光线跟踪算法流程相似,通过光子映射算法计算出每一个视点下的图像,每生成一幅图像都需要获取其相应的光子图,最终生成立体元图像阵列。该类方法的缺点同样是需要大量的计算时间。为了能够提升立体元图像阵列的生成速度,本文提出了一种基于光子映射的立体元图像阵列快速生成方法。该方法首先利用光子映射生成一次光子图,并将相同的光子图用来生成多个视点的其他图像,然后,将多视图图像转换为立体元图像阵列,避免了多次生成光子图的时间消耗。为了验证所提出的快速算法的性能,本文针对简单场景和复杂场景两种情况下使用多种方法生成立体元图像阵列的显示效果和时间进行了对比分析。实验结果表明对比基于光线跟踪和基于传统光子映射的立体元图像阵列生成方法,本文提出的方法在保证生成质量的前提下提高了立体元图像阵列的生成速度,特别是多幅立体元图像的生成速度。


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