适于多种透镜阵列排布的光场图像生成技术研究

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基于微透镜阵列的自由立体显示系统,其显示内容具有水平和垂直两个方向的连续运动视差,具有广阔的应用前景。随着对其研究的不断深入,具有不同透镜阵列排布的显示系统在集成成像显示领域得到广泛应用,而目前使用的渲染方法并不通用于所有的透镜阵列排布,并且生成效率较低。本文使用计算机渲染光场显示内容的方法,通过寻找透镜位置和单元图像之间的对应关系,基于逆向光线跟踪技术对三维光场图像进行渲染,在显著提高渲染效率的同时得到高真实感的光场显示内容。本论文的主要研究内容以及创新性结果如下:1.对适用于规则透镜阵列排布下的光场显示器显示内容生成方法进行了研究。确定视点和像素的对应关系,针对不同透镜阵列排布确定了不同的像素分配规则,并对光线跟踪具体执行流程进行了详细阐述。实验结果证明了传统生成方法在规则透镜阵列排布下的适用性和高效性。2.论文提出的光场内容生成方法,利用光线跟踪技术计算光线起点和方向,准确把控元素图像覆盖像素的颜色和亮度,使得渲染出的显示内容更加真实。最终实现生成的光场图像结构相似形指标最多提升0.4,最高达到0.85及以上。同时,基于光线跟踪算法将渲染耗时控制在稳定范围内,实时生成光场显示内容,其生成帧率可以达到40帧,满足实时生成的要求。3.使用相机完成对透镜实际位置的采集,记录像素的索引值,利用维诺图原理完成像素范围的分配,获得像素与光线,透镜位置和单元图像的正确对应关系,实现从特殊到一般的递推,完成任意透镜阵列排布基础下的光场显示内容的生成,解决多种显示设备的兼容问题。本文研究成果对使用计算机生成光场显示内容的方法进行了补充,提出的方法能够实时生成高真实感的光场显示内容,同时适配于多种透镜阵列排布的光场显示设备。
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