CN103024417A - 全视差立体成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全视差立体成像方法，其步骤为：首先，采集方阵列二维视角图像，采用点阵合成法生成全视差像素；然后，合成正交柱透镜光栅；其次，拼接成全视差合成图像；最后，调节正交光栅位置将每一个全视差像素位于对应的光栅方格内合成为全视差立体图像。该方法裸眼自由立体显示法，避免了佩戴辅助设备的麻烦，另外该方法为全视差观察（既有水平视差又有垂直视差），而且用正交柱透镜光栅代替微透镜阵列节约了成本，能使光栅格的边缘与每一个全视差像素边缘对齐，避免莫尔条纹以及图像的串扰，实现多用户多角度观察到清晰立体图像。

Description

全视差立体成像方法

技术领域

本发明涉及多用户多视点自由立体显示领域的图像编码方法及基于正交柱透镜光栅的全视差立体成像方法。

背景技术

立体成像技术在军事和国民经济中有重要的战略意义和商业前景。实现立体成像的方法有很多，随着光栅制备技术越来越成熟，用光栅制作立体图越来越受到关注。目前，光栅立体成像基本采用单片柱透镜光栅或狭缝光栅配合水平视差合成图进行成像，观察者只能在水平方向观察到立体效果。随着科技发展，人们已经不满足于单方向立体效果，全视差技术应运而生。全视差图像将方阵列视角图像像素重组并拼接，不仅包含了水平方向视差信息还包含了垂直方向视差信息。正交柱透镜光栅与全视差合成图精密耦合在一起，光栅格将全视差合成图中视差像素分开，根据双目视觉原理，观察者可在大脑中形成立体图像。

图像的获取要满足立体制作要求。立体图片必须是对同一景物按照一定间隔,从不同视角所拍摄的一组图片组成; 由于光栅的单向立体特性,要求此组图片拍摄时的位置处于同一高度;照相机的光轴始终对着制图地区的中心,照相机运动的总距离要以满足再现图像的要求为准。立体图成像方法有很多种，例如立体眼镜法、互补色眼镜法等。大部分需要辅助设备而且大多只有一维视差。已经不能满足人们的需求。

发明内容

本发明提出了一种基于正交柱透镜光栅的全视差立体成像方法。所谓正交柱透镜光栅，就是规格相同的柱透镜光栅凸面对凸面正交叠加，该方法用正交柱透镜光栅代替微透镜阵列节约了成本，能使光栅格的边缘与每一个全视差像素边缘对齐，避免莫尔条纹以及图像的串扰，实现多用户多角度观察到清晰的立体图像。

本发明的一种全视差立体成像方法，具体步骤如下：

(1)、采集方阵列二维视角图像；

(2)、采用点阵合成法生成全视差像素； 

(3)、合成正交柱透镜光栅；

(4)、拼接成全视差合成图像；

(5)、调节正交光栅位置将每一个全视差像素位于对应的光栅方格内合成为全视差立体图像。                        

上述的步骤(1)所述的采集方阵列二维视角图像。采用摄像机采集方阵列二维视角图像，首先设定摄像机的相关参数：摄像机方阵列视角数目为M*M，摄像机路径L1为方阵路线，摄像机相邻间距为基线长度L，图像像素值为K*W，摄像机与目标物之间距离为目标距离D，摄像机主光轴线L2重合于拾取点A，点A位于目标物B的中心，利用渲染器输出间距相同的方阵列二维视角图像。

上述的步骤(2)所述的采用点阵合成法生成全视差像素。首先将上述视角图像像素化，定义为：第i行j列的图像V(i，j) ，其矩阵表达式表示为：

，

其中，p（K,W）表示第K行第W列的像素值。

按照光栅成像的逆序原理，采用点阵合成法生成全视差像素FPP(i,j) ，其矩阵表达式为：

其中，V(M,M).p（i,j）表示图像V(M,M)的第i行j列的像素值。

上述的步骤(3)所述的合成正交柱透镜光栅，首先用3D光栅测试软件（LPI Test software）测出柱透镜光栅的实际栅距P，再用两块实际栅距相同且规格相同的光栅板正交叠加（凸面1对凸面2），生成正交柱透镜光栅。

上述的步骤(4)所述的拼接成全视差合成图像，以柱透镜光栅实际测出的栅距P调节全视差像素的尺寸大小，使全视差像素水平与垂直方向的尺寸均为P,再将调整后的全视差像素按照顺序拼接成全视差合成图FPS，其矩阵表达式为：

 其中， FPP(K,W)表示第K行第W列的全视差像素。

本发明与现有技术相比较，具有显而易见的突出实质性特点和显著进步：该方法为裸眼自由立体显示法，避免了佩戴辅助设备的麻烦；该方法为全视差观察（既有水平视差又有垂直视差），而且用正交柱透镜光栅代替微透镜阵列节约了成本，能使光栅格的边缘与每一个全视差像素边缘对齐，避免莫尔条纹以及图像的串扰，实现多用户多角度观察到清晰的立体图像。

附图说明

附图1为本发明实施例中采用摄像机采集方阵列的二维视角图像时设定的摄像机的相关参数的示意图；

附图2为本发明实施例中中定义的第i行j列的图像V(i，j)视角图像素矩阵的示意图；                   

附图3为本发明实施例中采用点阵合成法生成的全视差像素矩阵的示意图；

附图4为本发明实施例中采用的正交柱透镜光栅结构示意图，图中，测量的栅距为：P=1.007mm；

附图5为本发明实施例中拼接成的全视差合成图像矩阵的示意图；

附图6为本发明实施例中调节正交光栅位置使每一个全视差像素位于对应的光栅方格内的调节正交柱透镜光栅位置使每一个全视差像素位于对应的光栅方格内的示意图。

具体实施方法

以下结合附图通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例：本发明的一种全视差立体成像方法，其步骤如下：

(1)、采集方阵列二维视角图像。采用摄像机采集方阵列二维视角图像，首先设定摄像机的相关参数：摄像机方阵列视角数目为M*M=10*10，摄像机路径L1为方阵路线，摄像机相邻间距为基线长度L=6.5mm，图像像素值为K*W，摄像机与目标物之间距离为目标距离D=60mm，摄像机主光轴线L2重合于拾取点A，点A位于目标物B的中心，如图1所示，图中，利用渲染器输出间距相同的方阵列二维视角图像；

 (2)、采用点阵合成法生成全视差像素，首先将上述视角图像像素化，定义为：第i行j列的图像V(i，j) ，如图2所示，其矩阵表达式可表示为：

其中，p(100,100)表示第100行第100列的像素值。按照光栅成像的逆序原理，采用点阵合成法生成全视差像素FPP(i,j) ，如图3所示，，其矩阵表达式为：

其中，V(10,10).p(i,j)表示图像V(10,10)的第i行j列的像素值；

(3)、合成正交柱透镜光栅，首先采用3D光栅测试软件（LPI Test software）测出柱透镜光栅的实际栅距P=1.007mm，再用两块实际栅距相同且规格相同的光栅板正交叠加（凸面1对凸面2），生成正交柱透镜光栅，如图4所示；

(4)、拼接成全视差合成图像，以柱透镜光栅实际测出的栅距P=1.007mm调节全视差像素的尺寸，使全视差像素水平与垂直方向的尺寸都为1.007mm ，再将调整后的全视差像素按照顺序拼接成全视差合成图FPS，如图5所示，其矩阵表达式为：

其中， FPP(100,100)表示第100行第100列的全视差像素；

(5)、调节正交光栅位置将每一个全视差像素位于对应的光栅方格内合成为全视差立体图像，首先将全视差合成图像按1:1比例打印在相片纸上，将相片纸紧贴于正交柱透镜光栅一面（相片纸边线与光栅条纹平行），调节正交光栅位置使每一个全视差像素位于对应的光栅方格内（如图6所示），此时会观察到清晰的立体图像。 

Claims (5)

1.一种全视差立体成像方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)，采集方阵列二维视角图像；(2)，采用点阵合成法生成全视差像素；(3)，合成正交柱透镜光栅；第四步(4)，拼接成全视差合成图像；(5)，调节正交光栅位置将每一个全视差像素位于对应的光栅方格内合成为全视差立体图像。

2.根据权利要求1所述的一种全视差立体成像方法，其特征在于，上述步骤(1)所述的采集方阵列二维视角图像，其具体为：采用摄像机采集方阵列二维视角图像，首先设定摄像机的相关参数：摄像机方阵列视角数目为M*M，摄像机路径L1为方阵路线，摄像机相邻间距为基线长度L，图像像素值K*W，摄像机与目标物之间距离为目标距离D，摄像机主光轴线L2重合于拾取点A，点A位于目标物B的中心，利用渲染器输出间距相同的方阵列二维视角图像。

3.根据权利要求1所述的一种全视差立体成像方法，其特征在于，上述步骤(2)所述的采用点阵合成法生成全视差像素，其具体为：首先将上述视角图像像素化，定义为：第i行j列的图像V(i，j) ，其矩阵表达式表示为：

，

其中，p（K,W）表示第K行第W列的像素值，

按照光栅成像的逆序原理，采用点阵合成法生成全视差像素FPP(i,j) ，其矩阵表达式为：

其中，V(M,M).p(i,j)表示图像V(M,M)的第i行j列的像素值。

4.根据权利要求1所述的一种全视差立体成像方法，其特征在于，上述步骤(3)所述的合成正交柱透镜光栅，其具体为：首先用3D光栅测试软件（LPI Test software）测出柱透镜光栅的实际栅距P，再用两块实际栅距相同且规格相同的光栅板正交叠加（凸面1对凸面2），生成正交柱透镜光栅。

5.根据权利要求1所述的一种全视差立体成像方法，其特征在于，上述步骤(4)所述的拼接成全视差合成图像，其具体是：以柱透镜光栅实际测出的栅距P调节全视差像素的尺寸大小，使全视差像素水平与垂直方向的尺寸均为P,再将调整后的全视差像素按照顺序拼接成全视差合成图FPS，其矩阵表达式为：

 其中，FPP(K,W)表示第K行第W列的全视差像素。

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