三維集成成像特性理論表征研究

《三維集成成像特性理論表征研究》是依託西安電子科技大學，由王曉蕊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：三維集成成像特性理論表征研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王曉蕊
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

三維集成成像(Integral Imaging, II)技術是一種採用雙微透鏡陣列實現場景視差圖像記錄和立體圖像顯示的新型三維圖像技術。本項目擬針對典型三維集成成像系統，立足於系統端到端性能表征思想，理論分析系統模組引入的空間濾波特性、深度特性、噪聲特性、空間採樣效應、空間幾何扭曲對三維集成圖像質量的作用機理，結合人眼視覺感知特性，構建三維集成圖像的感知對比度閾值曲面模型及空間扭曲分析模型。利用微透鏡陣列的光學模型和景像渲染技術，構建基於成像物理效應的三維集成成像虛擬樣機，獲取微單元圖像和三維集成圖像仿真數據；並通過已構建的三維集成成像實驗樣機獲取實測微單元圖像和三維集成圖像數據，從仿真和實驗兩方面驗證和修正上述三維集成成像特性理論模型。研究成果可為集成微鏡陣列裸眼三維立體顯示技術的發展、集成圖像處理算法的開發提供理論與圖像數據支持，對促進我國立體信息顯示產業的發展具有重要的理論意義。

結題摘要

集成成像三維顯示技術是一種新型的立體顯示技術，以其全視差、連續視點無需要輔助觀看設備等優點稱為目前的研究熱點。針對典型集成成像系統，理論分析系統各模組引入的調製傳遞函式、深度特性、採樣效應、空間幾何扭曲對集成成像質量的作用，從系統端到端降質特性模型構建、集成圖像計算重構與圖像顯示質量提升及在微生物三維圖像識別套用等方面開展了深入的研究工作：基於系統端到端的思想，結合觀測者對三維圖像的視覺感知特性，構建了三維集成圖像感知對比度閾值曲面性能模型，該模型可以體現集成成像深度、空間解析度和感知對比度制約關係，可作為集成成像系統最佳化設計準則。利用調製傳遞函式描述了欠採樣導致的三維圖像頻譜混淆，實現了視覺採樣效應對系統端到端散焦調製傳遞函式的修正，定量表征了探測器陣列像素結構尺寸、微透鏡陣列占空比和採樣步長對集成圖像視覺解析度特性的貢獻。用靶標邊緣展寬定量描述了CCD採樣效應對集成成像降質的影響。針對微透鏡陣列幾何會聚和單透鏡會聚位置不匹配現象，利用波動光學理論分析了重構圖像軸向壓縮失真機理，表征了軸向位移誤差和微透鏡焦距與顯示面板距微透鏡陣列距離的比值之間的關係。針對集成成像系統工程設計與裝配誤差，利用幾何光學定量分析了集成成像顯示過程中顯示面板與顯示透鏡間的旋轉角度轉配誤差和傾斜角度裝配誤差與系統參數間的關係，研究了三維集成成像空間扭曲問題，建立了用以定量評價三維圖像空間扭曲程度的球體模型。三維集成成像顯示系統目前還存在很多瓶頸問題，比如顯示解析度低、視角小、難以滿足實時性等。針對傳統重構圖像解析度低的問題，首先提出了基於非零像素點衍生插值的重構方法以及基於全光函式的高解析度自由視點重構算法，有效提高了計算重構圖像的解析度；使用基於非均勻稜鏡陣列的集成成像顯示系統，將集成成像顯示視角提高了兩倍；為了滿足集成成像實時顯示的需要，提出了基於雙相機的微單元圖像生成方法以及基於粒子的微單元圖像高效並行生成方法，目前幀頻可以基本滿足視頻要求；利用齊次光場轉換模型，初步實現了觀察者對集成成像觀看參數的自由互動控制。集成成像的套用領域很廣，本項目在集成成像用於生物微小目標識別方面進行了探索。針對現有系統中的不足，搭建了集成成像顯微裝置並實現了對生物微小組織三維信息的獲取，並完成了對生物微小組織的識別。