一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法技术

本发明专利技术公开了一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法，其包括无遮挡正交投影视差图的生成和三维图像的重建两个过程。该方法利用投影机阵列向三维场景投影一系列具有确定函数表达的光栅图形，通过构建图像解析重建算法恢复出无遮挡的正交投影视差图像，进而利用集成成像显示，实现被遮挡的三维场景的完整再现，同时该方法投影次数少，装置简单，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法
本专利技术涉及集成成像技术，特别涉及一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法。
技术介绍
集成成像一种裸眼三维技术，能够全视差和全真色彩地重建出三维场景，其分为拍摄和显示两个过程。拍摄时，利用摄像机阵列获取三维场景的视差信息，生成微图像阵列；显示时，微图像阵列通过对应的微透镜阵列，依据光路可逆原理，在观看空间重建出三维场景。在三维场景中，有时会存在目标物体被障碍物遮挡的情况，如附图1所示。若采用常规的集成成像技术则无法重建出该物体的完整立体信息，从而极大地影响立体显示效果。对于遮挡物的去除，已公开的解决方案仅针对部分被遮挡的三维物体有效，当目标物体被完全遮挡时，上述方案将难以实现高质量的三维显示效果。
技术实现思路
本专利技术旨在实现现有集成成像中被完全遮挡的三维物体的完整显示。为达到上述目的，本专利技术提出一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法。所述方法包括无遮挡正交投影视差图的生成和三维图像的重建两个过程。无遮挡正交投影视差图的生成过程，采用投影机阵列向三维场景投影一系列光栅图形，利用前置散射介质的图像传感器获得无法分辨目标物体信息的图像，通过计算正交投影视差图的傅里叶谱，生成消除遮挡的正交视差信息；三维图像的重建过程，利用矢量渲染方法将恢复的无遮挡的正交投影视差图像交织成集成成像微图像阵列显示在显示屏上，通过微透镜阵列，实现三维场景的显示。所述无遮挡正交投影视差图的生成过程，利用投影机阵列投影结构光至三维场景表面，通过构建图像解析重建算法，恢复出不同角度的消除遮挡的正交视差信息。在投影机阵列中，P×Q台数字投影机分别以不同角度和时序向三维场景表面投影floor(M×N×2×k%)幅光栅图形(其中，比例因子k=0，1，…，100)，三维场景对光栅图形进行调制，经过遮挡物散射介质，在图像传感器上依次获得来自被三维场景调制的变形光栅图形的光强信号。从传感器获得的一系列图像均无法直接观察到目标物体的任何信息，仅接收到散射的光信号。所述投影的光栅图形，为不同频率、4步等相移间隔的正弦光栅，相邻正弦光栅的初相位差为π/2。当第(p,q)台投影机投影频率为(fx,fy)的正弦光栅图形时，正弦光栅图形可表示为：（1）其中，x、y为光栅图形的像素点坐标，x=0，1，…，M-1，y=0，1，…，N-1，Ap,q(x,y)表示背景强度，Bp,q(x,y)/Ap,q(x,y)为条纹对比度，初相位σ=0，π/2，π，3π/2，p=0，1，…，P-1，q=0，1，…，Q-1，fx=0，1/M，…，(0.1×M×k1/2-1)/M，fy=0，1/N，…，(0.1×N×k1/2-1)/N。图像传感器接收到的图像的总光强进而可以求得：（2）其中，Hp,q表示背景噪声，Rp,q(x,y)为三维场景表面不均匀的反射率。由于一个频率(fx,fy)对应四幅不同初相位的正弦光栅图形，因此图像传感器依次接收到四个来自被三维场景调制的变形光栅图形的光强信号，从而获得4个总光强值、、、。依据公式：（3）计算获得第(p,q)幅正交投影视差图频谱上(fx,fy)位置处的傅里叶系数Fp,q(fx,fy)。在计算傅里叶谱的过程中，背景噪声Hp,q将被完全消除。对获取的傅里叶谱Fp,q(fx,fy)进行傅里叶逆变换求得三维场景表面不均匀的反射率Rp,q(x,y)，进而重建出第(p,q)幅正交视差图像fp,q(x,y)，可表示为：（4）（5）本专利技术中，重建的正交视差图像fp,q(x,y)可观察到去除遮挡的三维场景信息。所述三维图像的重建过程，将获得的P×Q幅无遮挡的正交视差图像fp,q(x,y)合成为微图像阵列，利用微透镜阵列进行集成成像三维显示。所述微图像阵列水平方向像素个数为P×M，垂直方向像素个数为Q×N。假设E(i,j)表示微图像阵列上第i行第j列的像素，则微图像阵列E(i,j)与正交视差图像fp,q(x,y)满足：（6）其中：（7）（8）（9）（10）将合成的微图像阵列E(i,j)显示在显示屏上，通过前面的微透镜阵列，则可以在微透镜阵列前后方观看到完整的三维场景信息，从而实现被遮挡三维场景的高质量完整显示。根据本专利技术提出的一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法，通过具有确定数学函数表达的光栅图形，构建图像解析重建算法恢复出高质量的正交投影视差图像，进而利用集成成像显示实现被遮挡的三维场景的完整再现，同时所述方法投影次数少，装置简单，易于实现。另外，根据本专利技术上述提出的一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，所述投影机阵列中的每台投影机独立设置，相邻投影机之间等间距排列。进一步地，所述正交投影视差图像对应傅里叶谱的获取，可仅获取低频部分的傅里叶系数，以减少结构光的投影次数。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的前述和附加的方面及优点从下述结合附图与实施例的详细描述中将得以进一步明确和容易理解，其中：图1为三维场景中目标物体被遮挡的示意图。图2为本专利技术提出的一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法的流程图。图3为投影机阵列向三维场景投影的装置图。图4为单个投影机投影正弦光栅图样的示意图。图5为实施例中重建的部分正交视差图像。图6为集成成像显示的示意图。图7为实施例中不同深度平面上再现的三维场景。上述附图中的图示标号为：1三维场景，2遮挡物，3摄像机阵列，4投影机阵列，5图像传感器，6光栅图形，7投影机，8显示屏，9微透镜阵列，10重建的三维场景，11观看者。应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。具体实施方式下面详细描述本专利技术提出的一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法的一个典型实施例，所述实施例的示例在附图中示出。有必要在此指出的是，下面描述的实施例是示例性的，旨在对本专利技术做进一步的解释，而不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据前述本
技术实现思路
对本专利技术做出一些非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。下面参照附图描述本专利技术提出的一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法。参照附图2，本专利技术的具体流程如下：无遮挡正交投影视差图的生成过程中，参照附图3所示，8×8台计算机模拟的数字投影机分别以不同角度和时序向三维场景表面投影200×200×2×40%幅光栅图形（即P=8，Q=8，M=200，N=200，k=40），三维场景对光栅图形进行调制，经过遮挡物毛玻璃，在相机上依次获得来自被三维场景调制的变形光栅图形的光强信号。每台投影机投影的光栅图形，为不同频率、4步等相移间隔的正弦光栅，相邻正弦光栅的初相位差为π/2，参照附图4所示。当第(p,q)台投影机投影频率为(fx,fy)的正弦光栅图形时，正弦光栅图形可表示为式（1），其中，x=0，1，…，199，y=0，1，…，199，σ=0，π/2，π，3π/2，p=0，1，…，7，q=0，1，…，7，fx=0，1/200，…，125/200，fy=0，1/200，…，125/200，Ap,q(x,y)=127.5，Bp,q(x,y)=127.5。相机接收到的图像上的总光强可以由式（2）求得。由于一个频率(fx,fy)对应4幅不同初相位的正弦光栅图形，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法，其特征在于，所述方法包括无遮挡正交投影视差图的生成和三维图像的重建两个过程：无遮挡正交投影视差图的生成过程，采用投影机阵列向三维场景投影一系列光栅图形，利用前置散射介质的图像传感器获得无法分辨目标物体信息的图像，通过计算正交投影视差图的傅里叶谱，生成消除遮挡的正交视差信息，之后进行三维图像的重建，利用矢量渲染方法将恢复的无遮挡的正交投影视差图像交织成集成成像微图像阵列显示在显示屏上，通过微透镜阵列，实现无遮挡的三维场景显示。

【技术特征摘要】
1.一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法，其特征在于，所述方法包括无遮挡正交投影视差图的生成和三维图像的重建两个过程：无遮挡正交投影视差图的生成过程，采用投影机阵列向三维场景投影一系列光栅图形，利用前置散射介质的图像传感器获得无法分辨目标物体信息的图像，通过计算正交投影视差图的傅里叶谱，生成消除遮挡的正交视差信息，之后进行三维图像的重建，利用矢量渲染方法将恢复的无遮挡的正交投影视差图像交织成集成成像微图像阵列显示在显示屏上，通过微透镜阵列，实现无遮挡的三维场景显示。2.根据权利要求1所述的一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法，其特征在于，无遮挡正交投影视差图的生成过程中，P×Q台数字投影机分别以不同角度和时序向三维场景表面投影floor(M×N×2×k%)幅光栅图形(其中，比例因子k=0，1，…，100)，三维场景对光栅图形进行调制，经过遮挡物散射介质，在图像传感器上依次获得来自被三维场景调制的变形光栅图形的光强信号。3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种基于傅里叶谱的被遮挡三维物体显示方法，其特征在于，采用的光栅图形，为不同频率、4步等相移间隔的正弦光栅，相邻正弦光栅的初相位差为π/2，当第(p,q)台投影机投影频率为(fx,fy)的正弦光栅图形时，可以求得图像传感器依次接收到的四个来自被...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琼华，邢妍，熊召龙，邓欢，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51