[發明專利]基于粒子追蹤的集成成像微單元圖像并行生成方法

有效

• 申請號: 201310392012.9
• 申請日: 2013-08-31
• 公開（公告）號: CN103456036A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 王曉蕊;張啟平;李凌澄;袁影;姚凱凱;張建奇;黃曦;劉德連;何國經
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T15/06
• 分類號: G06T15/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，更進一步涉及集成成像技術領域的基于粒子追蹤的集成成像微單元圖像并行生成方法。本發明可以快速獲得從不同角度拍攝的微單元圖像，結合集成成像顯示設備實現對物體的三維光學重構。

背景技術

在三維集成成像中，常常需要根據三維場景生成微單元圖像陣列。傳統的微單元圖像生成方法，一種是利用CPU根據光線追蹤的方法，根據物體模型生成微單元圖像陣列；一種是利用類似于Microsoft?Direct3D（以下簡稱D3D）的三維渲染引擎，根據虛擬面片模型，逐幅渲染每一幅微單元圖像。這兩種方法在微單元圖像的數量較多時，渲染的速度都非常的緩慢，不能滿足集成成像三維顯示實時性的要求。

南開大學提出的專利申請“基于相機陣列的元素圖像陣列快速獲取方法”（申請日：2011年12月6日，申請號：201110400206.X，公開號：CN102523462A）中公開了一種微單元圖像陣列快速獲取方法。該方法基于集成成像獲取的微單元圖像陣列中微單元圖像間的相關性，利用四個相機組成的相機陣列快速獲取微單元圖像陣列。該方法由于使用的相機獲取的微單元圖像較少，所獲取的信息僅僅是微單元圖像陣列中的四幅微單元圖像，因此可以快速的獲取微單元圖像陣列。但是，該方法仍然存在的不足之處是，數據源只考慮了原始三維物體在某幾個角度觀看的幾何視差信息，相較于原始三維物體丟失了大量的幾何信息，因此所獲得的微單元圖像陣列效果較差。

韓國的Gang?Li等人在文章“Simplified?Integral?Imaging?Pickup?Method?for?Real?Objects?Using?a?Depth?Camera”(Journal?of?the?Optical?Society?of?Korea，Vol.16,No.4,pp.381-385,Dec.2012)中提出了一種微單元圖像生成方法。該方法利用可見光圖像和深度圖象進行虛擬三維地形網格重建，從而生成微單元圖像陣列。該方法由于僅追蹤簡單的地形網格，因此能夠提高微單元圖像生成速度。但是，該方法存在的不足之處是，首先，該方法在執行時微單元圖像陣列每一個像素點顏色值的獲得受三維場景中很多點的影響，因此，如果該方法并行運行，將難以保證微單元圖像陣列中的每個像素點獲得正確的顏色值，因此，該方法不適合并行運行，不能利用GPU的強大能力，速度較慢。其次，該方法僅利用面片建立三維地形網格，因此在遍歷所有面片來獲取像素點的顏色值的過程中，難以保證微單元圖像陣列的每個像素點獲得離其最近的面片的顏色值，從而會錯誤的獲得沒有考慮三維物體遮擋關系的微單元圖像陣列。這些缺點造成了微單元圖像生成速度較慢，并且生成的微單元圖像陣列質量較差。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出了基于粒子追蹤的集成成像微單元圖像并行生成方法，以實現利用合成的三維地形網格，通過粒子追蹤的方法實時并行的生成微單元圖像陣列。

實現本發明目的的思路是，對實際三維場景進行拍攝，獲得其對應的深度圖和可見光圖，接著基于拍攝的圖像建立三維地形網格，從所有需要生成的微單元圖像中同時發射追蹤粒子，并行的獲得微單元圖像中的像素點與三維地形網格中的著色小長方體的顏色對應關系，從而同時并行的生成大量的微單元圖像。

實現本發明目的的具體步驟如下：

(1)生成三維地形場景：

1a）利用一個可見光CCD相機，獲得實際三維場景正交投影的可見光圖像。利用一個深度相機，獲得實際三維場景的深度圖像。

1b）利用地形網格重建方法，將可見光圖像和深度圖像轉化為三維地形場景。

1c）以三維地形場景的中心為原點，將三維地形場景向后的方向設為z軸正方向，三維地形場景向右的方向設為x軸正方向，三維地形場景向上的方向設為y軸正方向，建立坐標系。

1d）采用包圍盒選擇方法，在三維地形場景中選擇一個最小包圍盒。

(2)放置微透鏡：

在三維地形場景中，選擇一個與z軸垂直的微透鏡陣列平面，在微透鏡陣列平面上放置多個微透鏡，各微透鏡之間緊密排列。

(3)放置微單元圖像陣列平面：

在三維地形場景中，放置一個與z軸垂直的微單元圖像陣列平面，三維地形場景通過微透鏡陣列在該平面生成微單元圖像陣列，微單元圖像陣列中每一幅微單元圖像與每一個微透鏡一一對應。

(4)獲得像素點編號：

對微單元圖像陣列中的每一幅微單元圖像的像素點，依次從1到N進行編號，每個像素點獲得一個對應的像素點編號，N表示微單元圖像像素總數。