[发明专利]用于全息显示的三维场景信息的获取方法有效

专利信息
申请号: 201410307063.1 申请日: 2014-06-30
公开(公告)号: CN104090476B 公开(公告)日: 2017-01-04
发明(设计)人: 岳伟瑞;司徒国海 申请(专利权)人: 中国科学院上海光学精密机械研究所
主分类号: G03H1/04 分类号: G03H1/04
代理公司: 上海新天专利代理有限公司31213 代理人: 张泽纯
地址: 201800 上海市*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 用于 全息 显示 三维 场景 信息 获取 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及三维场景信息获取,特别是一种在自然光照明条件下用于全息显示的三维场景信息的获取方法。 

背景技术

全息显示是一种裸眼真三维显示技术,相比目前市场上比较成熟的助视或光栅式三维显示技术,全息显示能够提供几乎接近于真实世界的3D图像,不存在显示机理与人眼视觉生理之间的矛盾,使用户能在连续视点获得很好的3D视觉体验,被公认为是最理想的3D显示技术之一。全息显示涉及若干个关键的核心技术:包括计算全息图的产生、高分辨全息图载体(显示面板)以及用于全息显示的三维视频/图像的获取等等。这些均是本领域的研究与技术人员应该重点考虑的问题。 

针对用于全息显示的真实世界三维场景信息的获取,当前的技术方案主要有以下两种: 

1、全息照相法:利用干涉原理,将三维场景光波的振幅和相位信息都记录下来,使物光波的全部信息(即场景的三维信息)都存储在数字化的记录介质如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)像感器中。由于在记录过程中需要用到相干性很好的激光,所产生的激光散斑也会记录在全息图中,难以实现对大型场景的全息照相。 

2、集成成像法:利用微透镜阵列的各个子透镜对三维场景进行分视场成像,获得相应的“元图像(element image)”,用像感器对这些元图像阵列进行成像可实现从多个不同角度对该三维场景的记录。通过计算机对所记录的元图像阵列进行处理,可生成相应的三维图像,然后便可把该三维图像编码成计算机产生全息图用于全息显示。 

利用集成成像技术来获取三维场景信息,并实现三维场景计算全息图制作的方案虽能够利用自然光照明实现对较大物体的计算全息图制作,但由于集成成像技术中微透镜阵列的使用,因而在全息图再现中引入了集成成像显示中固有的分辨率低和景深浅的问题。 

近来,科研人员已为提高集成成像分辨率作出诸多努力[参见Optics letters,2012,37(24):5103-5105;Optics express,2004,12(19):4579-4588;Optical Engineering,2006,45(11):117004-117004-7.]。这些方案对于提高集成成像分辨率有一定帮助,但是方案自身仍存在一定的缺陷。例如,1)通过构建一个距离投影面很近的虚拟面,结合特定的插值算法,得到高密度采样的虚拟面并编码成计算机产生全息图可得到高分辨率三维场景再现,但该方法得到三维场景景深较浅。2)在图像获取阶段通过移动透镜阵列,获得较多的元素图像通过计算机拼接后再现高分辨率三维场景,但该方法对成像系统稳定性要求较高,图像获取不便且景深较浅。 

发明内容

针对上述三维场景获取技术的不足,本发明公开一种在自然光照明条件下利用彩色像感器用于全息显示的三维场景信息的获取方法。本发明具有低散斑噪声、高分辨率和大景深等优点。 

本发明的技术解决方案如下: 

一种用于全息显示的三维场景信息获取方法,其特征在于该方法包括以下步骤: 

1、首先确定所使用的像感器的参数:包括像感器的尺寸、各像素的尺寸、颜色滤波片阵列的排布方式、颜色滤波片的光谱型状和宽度;所采用的摄影定焦镜头的参数:包括焦距、光圈大小、共轭距; 

2、在自然光条件下,利用一台所述的彩色像感器对一个三维场景拍摄二维彩色图像或视频; 

3、利用拍摄的二维彩色图像或视频获取用于全息显示的三维场景信息并进行显示,步骤如下: 

1)根据彩色相机或摄像机的像感器的像素尺寸确定水平(X)方向和竖直(Y)方向的采样间隔,分别记为δx和δy; 

2)根据像感器的尺寸确定X方向和Y的采样数量,分别记为M和N; 

3)把所拍摄的二维离焦彩色图片或视频帧载入到计算机的缓存; 

4)从缓存读取一幅二维彩色图片或视频帧I(m,n),其中m和n分别表示X和Y方向的离散坐标; 

5)从I(m,n)中提取红、绿、蓝三色光强分量,分别记为Ir(m,n)、Ig(m,n)和Ib(m,n), 其中下标r、g、b分别表示红、绿、蓝; 

6)根据像感器对红、绿、蓝三色光的量子效率曲线,对Ir(m,n)、Ig(m,n)和Ib(m,n)进行归一化处理; 

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