基于柱镜光栅的多视点自由立体显示技术研究

摘要

立体显示技术具有高度临场感，能给观众带来无与伦比的立体视觉享受，因此一直是显示技术领域的研究热点。以往的立体显示技术需要借助立体眼镜、头盔显示器等辅助视具，从而大大限制了其推广应用；而多视点自由立体显示技术突破了这种局限性，使观众能够在较大角度内的多个位置用裸眼自由清晰地感受到立体画面所带来的视觉冲击，从而极大地推动了立体显示技术的发展和应用。 在众多自由立体显示技术中，基于柱镜光栅的自由立体显示技术因技术比较实用、立体显示效果比较出众而成为当前的研究热点和主要方向。 本文研究的是基于柱镜光栅的多视点自由立体显示技术，取得的创新性成果包括： （1）提出了一种基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用光栅参数测量方法。该法不仅适用于具有任意线数LPI值和任意倾斜角α值的柱镜光栅，而且不需要打印测试图片，只要通过基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备进行观察，就能精确测量光栅参数，克服了现有光栅参数测量方法的诸多不足。 （2）提出了一种基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用立体图像合成方法。该法不仅适用于具有任意线数LPI值和任意倾斜角α值的柱镜光栅，而且能够快速而高效地合成具有任意视点个数和任意分辨率的立体图像，从而大大扩展了基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备的应用领域。 （3）提出了一种基于柱镜光栅LCD自由立体显示设备的通用立体图像分解方法。该法能够从具有特定视点个数、特定分辨率和特定光栅参数的立体图像中分解出具有不同视觉角度的各视点图像，然后再利用通用的立体图像合成方法将其合成为所需分辨率、视点个数和光栅参数的立体图像，从而大大扩展了立体图像的应用领域。 （4）提出了一种改进的边缘自适应图像缩放算法。该算法利用像素点间的一阶差分绝对值将图像边缘细分成8个方向，其中在水平、垂直方向以及无明显边缘区域运用改进的二阶牛顿插值法进行插值，在其他方向则运用双线性插值法进行插值。实验表明运用该算法能够获得边缘清晰的高质量目标图像，并且算法复杂度不高，便于硬件实时实现。

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论文说明：图表目录

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致谢

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 立体显示技术的发展历史

1.3 自由立体显示技术研究现状

1.4 自由立体显示技术的应用

1.5 本文的主要工作和贡献

第2章 自由立体显示基本原理及相关理论

2.1 立体视觉机制

2.2 基于柱镜光栅的LCD自由立体显示设备

2.3 柱镜光栅的光学原理

2.3.1 厚透镜光学系统

2.3.2 平凸透镜光学系统

2.3.3 柱镜光栅板参数分析

2.4 圆柱透镜单元光路分析

2.4.1 圆柱透镜单元光路分析

2.4.2 立体图像合成时的各视点排列顺序

2.5 柱镜光栅板参数间的关系

2.5.1 柱镜光栅板参数间的关系

2.5.2 柱镜光栅板参数对立体显示效果的影响

2.6 本章小结

第3章 通用立体图像合成方法和分解方法

3.1 多视点子像素映射

3.1.1 多视点子像素映射关系

3.1.2 视点个数对立体视觉效果的影响

3.2 通用光栅参数测量方法

3.3 通用立体图像合成方法

3.3.1 通用立体图像合成方法的合成过程

3.3.2 通用立体图像合成方法的改进思路

3.4 通用立体图像分解方法

3.4.1 通用立体图像分解方法的分解过程

3.4.2 通用立体图像分解方法的有效性和通用性

3.5 本章小结

第4章 一种改进的边缘自适应图像缩放算法

4.1 传统的图像缩放技术

4.1.1 最近领域插值法

4.1.2 双线性插值法

4.1.3 双三次插值法

4.2 多项式插值

4.2.1 拉格朗日插值多项式

4.2.2 牛顿插值多项式

4.3 基于边缘的图像缩放技术

4.4 改进的边缘自适应图像缩放算法

4.4.1 判断边缘方向

4.4.2 计算目标像素点

4.4.3 IEAIS算法的缩放质量评价

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

作者简历