基于深度相机的集成成像拾取技术研究
发布时间：2022-01-09 12:40
集成成像技术具有全视差观看、图像全真色彩、不需要任何辅助设备可裸眼观看等优点,成为受到诸多国内外研究人员关注的立体显示技术之一。目前集成成像技术存在系统采集端操作复杂、观看视野有限、图像分辨率低等问题。因此本文使用深度相机简化了集成成像的拾取过程,同时提出了两种方法分别对拾取过程中采集的图像质量与视场有限问题进行解决。本文首先提出一种像素填充和改进联合双边滤波的深度图修复算法。针对深度相机由于自身设备因素或是拍摄环境因素等问题,采集到的深度图像存在的背景噪声和物体边缘前后景空洞的现象,先对大的边缘空洞区域根据情况采取背景填充法或邻域值填充法完成初步修复,再结合加入深度图像深度值相似因子的改进联合双边滤波算法对初步修复深度图二次修复优化。深度图像经过修复优化处理后,三维物体轮廓清晰、边缘平滑,结合拾取的彩色图像可以后续生成高质量的元素图像阵列应用于集成成像显示系统。还提出一种将图像拼接技术应用到集成成像领域中的方法。针对深度相机拍摄视场范围有限且物体前后景之间由于拍摄角度问题存在遮挡的现象,通过彩色图像拼接扩宽了观看视场范围,拼接后的彩色图像较原图像观看视场增大了10.24。。通过深度图...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Lippmaon集成成像原理
光源，采集和重构装置相对简便，观看时不需要额外佩戴辅助装备等特点，在现实生活中有着很大的实际应用价值。本章首先介绍了集成成像技术的工作原理，然后介绍了系统中关键技术的分类，并对影响最终显示效果的分辨率、景深范围、观看视场角等性能指标进行了介绍。2.1集成成像基本原理三维集成成像技术是应用透镜阵列和光电材料（CCD、CMOS等）对三维场景进行采集并同时应用相同参数的透镜阵列和显示屏幕对三维场景进行重构的立体显示技术。该技术起源于对于昆虫复眼的仿生学研究。众多的小眼紧密排列形成了昆虫的复眼，如图2.1所示，紧密排列的小眼可以观察到空间场景多个方向和角度的信息，由这些小眼观测到的不同像点拼合成了一幅完整的图像[24]。根据这个原理模拟昆虫的复眼结构，采用透镜阵列或相机阵列代替复眼结构，产生图像的方式主要是透镜阵列的每一个透镜或者相机阵列的每一台相机对三维物体的不同位置的空间信息从不同的方向上来进行记录的过程，通过记录的立体图像信息可以完整的将三维物体还原出来。(a)(b)图2.1昆虫复眼结构(a)昆虫复眼；(b)昆虫复眼成像效果最初科学家Lippmann在1908年提出集成成像显示系统并进行实验，集成成像技术在传统的光线通路中额外加入了微透镜阵列，可以获取在同一场景下多个角度的图像，这些带有视差信息的图像存储待测物体的三维信息[25]。如图2.2所示，采集过程和重构过程是集成成像技术的两个核心环节。由于当时存在的透镜制作工艺差和光学器件精度低等问题只能用针孔阵列代替透镜胶片代替采集屏幕来完成三维立体图像的显示需求。近年来，随着透镜制作工艺的进步和光电技术的发展，在搭建集成成像
第2章集成成像系统的原理和分类8系统时可以采用高分辨率的透镜阵列和高精度的CCD采集设备代替原有的试验设备，采集效果和重构质量都有了很显著的提高。采集过程重构过程图2.2集成成像系统2.1.1集成成像系统采集部分的实现过程从图2.3可以看出集成成像系统对于三维空间场景物体信息的采集过程大体由以下三部分构成：三维空间场景物体、微透镜阵列和图像感应器。微透镜阵列对采集到的图像感应器中三维空间场景的物体信息完成记录和保存。应用透镜的光学成像原理[26]，公式2-1表示该过程：fgl11111=+（2-1）其中，1l代表微透镜阵列和作为参照的物体平面之间距离，1g代表图像感应器与微透镜阵列之间的长度，f代表微透镜阵列本身的焦距。目标透镜阵列CCD1l1g图2.3集成成像系统的采集过程使用微透镜阵列采集三维空间场景物体信息时，光线穿过物体和微透镜阵列被图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于可变孔径针孔阵列的集成成像3D显示[J]. 范钧,吴非,吕国皎,赵百川,邓欢,王琼华. 红外与激光工程. 2018(06)
[2]递进填充线算法对DIBR虚拟图像的修复[J]. 王双梅. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(08)
[3]一种改进的快速全景图像拼接算法[J]. 常伟,刘云. 电子测量技术. 2017(07)
[4]结合彩色图像局部分割的Kinect深度图修复算法[J]. 吴倩,史晋芳,王德娇,刘桂华. 计算机应用研究. 2017(12)
[5]基于不确定度评价的Kinect深度图预处理[J]. 余亚玲,张华,刘桂华,史晋芳. 计算机应用. 2016(02)
[6]基于3DSMAX的虚拟现实建模技术研究[J]. 赵青,李欣亮. 电子技术与软件工程. 2016(02)
[7]大视角的全息真彩色显示方法[J]. 王迪,唐文华,王君,王琼华. 激光与光电子学进展. 2015(06)
博士论文
[1]大景深、大视角3D光场显示关键技术研究[D]. 杨神武.北京邮电大学 2019
[2]基于集成成像的三维场景采集、显示与重构技术研究[D]. 郭敏.吉林大学 2018
[3]高密度小间距LED集成成像显示系统关键技术研究[D]. 武伟.吉林大学 2018
[4]集成成像三维显示质量提升方法研究[D]. 张建磊.西安电子科技大学 2017
硕士论文
[1]集成成像立体显示技术的研究[D]. 张力中.吉林大学 2019
[2]透镜（针孔）阵列的光学特性与显示机理研究[D]. 佀同岭.长春理工大学 2019
[3]基于裸眼三维显示系统的图像信息处理[D]. 张春雨.北京邮电大学 2019
[4]基于视觉感知的集成成像三维显示的研究[D]. 卜敏.安徽大学 2019
[5]基于透镜阵列的集成成像三维显示技术的研究[D]. 李京.吉林大学 2018
[6]虚拟微透镜获取图像色度补偿技术[D]. 姜璐.长春理工大学 2018
[7]基于彩色图像聚类分割的Kinect深度图像修复算法[D]. 钱锐.郑州大学 2018
[8]基于SIFT的全景图像拼接算法研究[D]. 荣燕.青岛科技大学 2018
[9]基于混合滤波的深度图像修复算法的研究[D]. 梁晓升.重庆大学 2018
[10]基于光线跟踪的光场显示中像素排列的实时校正[D]. 管延鑫.北京邮电大学 2018
本文编号：3578740
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Lippmaon集成成像原理
光源，采集和重构装置相对简便，观看时不需要额外佩戴辅助装备等特点，在现实生活中有着很大的实际应用价值。本章首先介绍了集成成像技术的工作原理，然后介绍了系统中关键技术的分类，并对影响最终显示效果的分辨率、景深范围、观看视场角等性能指标进行了介绍。2.1集成成像基本原理三维集成成像技术是应用透镜阵列和光电材料（CCD、CMOS等）对三维场景进行采集并同时应用相同参数的透镜阵列和显示屏幕对三维场景进行重构的立体显示技术。该技术起源于对于昆虫复眼的仿生学研究。众多的小眼紧密排列形成了昆虫的复眼，如图2.1所示，紧密排列的小眼可以观察到空间场景多个方向和角度的信息，由这些小眼观测到的不同像点拼合成了一幅完整的图像[24]。根据这个原理模拟昆虫的复眼结构，采用透镜阵列或相机阵列代替复眼结构，产生图像的方式主要是透镜阵列的每一个透镜或者相机阵列的每一台相机对三维物体的不同位置的空间信息从不同的方向上来进行记录的过程，通过记录的立体图像信息可以完整的将三维物体还原出来。(a)(b)图2.1昆虫复眼结构(a)昆虫复眼；(b)昆虫复眼成像效果最初科学家Lippmann在1908年提出集成成像显示系统并进行实验，集成成像技术在传统的光线通路中额外加入了微透镜阵列，可以获取在同一场景下多个角度的图像，这些带有视差信息的图像存储待测物体的三维信息[25]。如图2.2所示，采集过程和重构过程是集成成像技术的两个核心环节。由于当时存在的透镜制作工艺差和光学器件精度低等问题只能用针孔阵列代替透镜胶片代替采集屏幕来完成三维立体图像的显示需求。近年来，随着透镜制作工艺的进步和光电技术的发展，在搭建集成成像
第2章集成成像系统的原理和分类8系统时可以采用高分辨率的透镜阵列和高精度的CCD采集设备代替原有的试验设备，采集效果和重构质量都有了很显著的提高。采集过程重构过程图2.2集成成像系统2.1.1集成成像系统采集部分的实现过程从图2.3可以看出集成成像系统对于三维空间场景物体信息的采集过程大体由以下三部分构成：三维空间场景物体、微透镜阵列和图像感应器。微透镜阵列对采集到的图像感应器中三维空间场景的物体信息完成记录和保存。应用透镜的光学成像原理[26]，公式2-1表示该过程：fgl11111=+（2-1）其中，1l代表微透镜阵列和作为参照的物体平面之间距离，1g代表图像感应器与微透镜阵列之间的长度，f代表微透镜阵列本身的焦距。目标透镜阵列CCD1l1g图2.3集成成像系统的采集过程使用微透镜阵列采集三维空间场景物体信息时，光线穿过物体和微透镜阵列被图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于可变孔径针孔阵列的集成成像3D显示[J]. 范钧,吴非,吕国皎,赵百川,邓欢,王琼华. 红外与激光工程. 2018(06)
[2]递进填充线算法对DIBR虚拟图像的修复[J]. 王双梅. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(08)
[3]一种改进的快速全景图像拼接算法[J]. 常伟,刘云. 电子测量技术. 2017(07)
[4]结合彩色图像局部分割的Kinect深度图修复算法[J]. 吴倩,史晋芳,王德娇,刘桂华. 计算机应用研究. 2017(12)
[5]基于不确定度评价的Kinect深度图预处理[J]. 余亚玲,张华,刘桂华,史晋芳. 计算机应用. 2016(02)
[6]基于3DSMAX的虚拟现实建模技术研究[J]. 赵青,李欣亮. 电子技术与软件工程. 2016(02)
[7]大视角的全息真彩色显示方法[J]. 王迪,唐文华,王君,王琼华. 激光与光电子学进展. 2015(06)
博士论文
[1]大景深、大视角3D光场显示关键技术研究[D]. 杨神武.北京邮电大学 2019
[2]基于集成成像的三维场景采集、显示与重构技术研究[D]. 郭敏.吉林大学 2018
[3]高密度小间距LED集成成像显示系统关键技术研究[D]. 武伟.吉林大学 2018
[4]集成成像三维显示质量提升方法研究[D]. 张建磊.西安电子科技大学 2017
硕士论文
[1]集成成像立体显示技术的研究[D]. 张力中.吉林大学 2019
[2]透镜（针孔）阵列的光学特性与显示机理研究[D]. 佀同岭.长春理工大学 2019
[3]基于裸眼三维显示系统的图像信息处理[D]. 张春雨.北京邮电大学 2019
[4]基于视觉感知的集成成像三维显示的研究[D]. 卜敏.安徽大学 2019
[5]基于透镜阵列的集成成像三维显示技术的研究[D]. 李京.吉林大学 2018
[6]虚拟微透镜获取图像色度补偿技术[D]. 姜璐.长春理工大学 2018
[7]基于彩色图像聚类分割的Kinect深度图像修复算法[D]. 钱锐.郑州大学 2018
[8]基于SIFT的全景图像拼接算法研究[D]. 荣燕.青岛科技大学 2018
[9]基于混合滤波的深度图像修复算法的研究[D]. 梁晓升.重庆大学 2018
[10]基于光线跟踪的光场显示中像素排列的实时校正[D]. 管延鑫.北京邮电大学 2018
本文编号：3578740
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