一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法技術

本發明專利技術公開了一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法，其包括無遮擋正交投影視差圖的生成和三維圖像的重建兩個過程。該方法利用投影機陣列向三維場景投影一系列具有確定函數表達的光柵圖形，通過構建圖像解析重建算法恢復出無遮擋的正交投影視差圖像，進而利用集成成像顯示，實現被遮擋的三維場景的完整再現，同時該方法投影次數少，裝置簡單，易于實現。

【技術實現步驟摘要】
一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法
本專利技術涉及集成成像技術，特別涉及一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法。
技術介紹
集成成像一種裸眼三維技術，能夠全視差和全真色彩地重建出三維場景，其分為拍攝和顯示兩個過程。拍攝時，利用攝像機陣列獲取三維場景的視差信息，生成微圖像陣列；顯示時，微圖像陣列通過對應的微透鏡陣列，依據光路可逆原理，在觀看空間重建出三維場景。在三維場景中，有時會存在目標物體被障礙物遮擋的情況，如附圖1所示。若采用常規的集成成像技術則無法重建出該物體的完整立體信息，從而極大地影響立體顯示效果。對于遮擋物的去除，已公開的解決方案僅針對部分被遮擋的三維物體有效，當目標物體被完全遮擋時，上述方案將難以實現高質量的三維顯示效果。
技術實現思路
本專利技術旨在實現現有集成成像中被完全遮擋的三維物體的完整顯示。為達到上述目的，本專利技術提出一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法。所述方法包括無遮擋正交投影視差圖的生成和三維圖像的重建兩個過程。無遮擋正交投影視差圖的生成過程，采用投影機陣列向三維場景投影一系列光柵圖形，利用前置散射介質的圖像傳感器獲得無法分辨目標物體信息的圖像，通過計算正交投影視差圖的傅里葉譜，生成消除遮擋的正交視差信息；三維圖像的重建過程，利用矢量渲染方法將恢復的無遮擋的正交投影視差圖像交織成集成成像微圖像陣列顯示在顯示屏上，通過微透鏡陣列，實現三維場景的顯示。所述無遮擋正交投影視差圖的生成過程，利用投影機陣列投影結構光至三維場景表面，通過構建圖像解析重建算法，恢復出不同角度的消除遮擋的正交視差信息。在投影機陣列中，P×Q臺數字投影機分別以不同角度和時序向三維場景表面投影floor(M×N×2×k%)幅光柵圖形(其中，比例因子k=0，1，…，100)，三維場景對光柵圖形進行調制，經過遮擋物散射介質，在圖像傳感器上依次獲得來自被三維場景調制的變形光柵圖形的光強信號。從傳感器獲得的一系列圖像均無法直接觀察到目標物體的任何信息，僅接收到散射的光信號。所述投影的光柵圖形，為不同頻率、4步等相移間隔的正弦光柵，相鄰正弦光柵的初相位差為π/2。當第(p,q)臺投影機投影頻率為(fx,fy)的正弦光柵圖形時，正弦光柵圖形可表示為：（1）其中，x、y為光柵圖形的像素點坐標，x=0，1，…，M-1，y=0，1，…，N-1，Ap,q(x,y)表示背景強度，Bp,q(x,y)/Ap,q(x,y)為條紋對比度，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。圖像傳感器接收到的圖像的總光強進而可以求得：（2）其中，Hp,q表示背景噪聲，Rp,q(x,y)為三維場景表面不均勻的反射率。由于一個頻率(fx,fy)對應四幅不同初相位的正弦光柵圖形，因此圖像傳感器依次接收到四個來自被三維場景調制的變形光柵圖形的光強信號，從而獲得4個總光強值、、、。依據公式：（3）計算獲得第(p,q)幅正交投影視差圖頻譜上(fx,fy)位置處的傅里葉系數Fp,q(fx,fy)。在計算傅里葉譜的過程中，背景噪聲Hp,q將被完全消除。對獲取的傅里葉譜Fp,q(fx,fy)進行傅里葉逆變換求得三維場景表面不均勻的反射率Rp,q(x,y)，進而重建出第(p,q)幅正交視差圖像fp,q(x,y)，可表示為：（4）（5）本專利技術中，重建的正交視差圖像fp,q(x,y)可觀察到去除遮擋的三維場景信息。所述三維圖像的重建過程，將獲得的P×Q幅無遮擋的正交視差圖像fp,q(x,y)合成為微圖像陣列，利用微透鏡陣列進行集成成像三維顯示。所述微圖像陣列水平方向像素個數為P×M，垂直方向像素個數為Q×N。假設E(i,j)表示微圖像陣列上第i行第j列的像素，則微圖像陣列E(i,j)與正交視差圖像fp,q(x,y)滿足：（6）其中：（7）（8）（9）（10）將合成的微圖像陣列E(i,j)顯示在顯示屏上，通過前面的微透鏡陣列，則可以在微透鏡陣列前后方觀看到完整的三維場景信息，從而實現被遮擋三維場景的高質量完整顯示。根據本專利技術提出的一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法，通過具有確定數學函數表達的光柵圖形，構建圖像解析重建算法恢復出高質量的正交投影視差圖像，進而利用集成成像顯示實現被遮擋的三維場景的完整再現，同時所述方法投影次數少，裝置簡單，易于實現。另外，根據本專利技術上述提出的一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法還可以具有如下附加的技術特征：進一步地，所述投影機陣列中的每臺投影機獨立設置，相鄰投影機之間等間距排列。進一步地，所述正交投影視差圖像對應傅里葉譜的獲取，可僅獲取低頻部分的傅里葉系數，以減少結構光的投影次數。本專利技術附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，或通過本專利技術的實踐了解到。附圖說明本專利技術的前述和附加的方面及優點從下述結合附圖與實施例的詳細描述中將得以進一步明確和容易理解，其中：圖1為三維場景中目標物體被遮擋的示意圖。圖2為本專利技術提出的一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法的流程圖。圖3為投影機陣列向三維場景投影的裝置圖。圖4為單個投影機投影正弦光柵圖樣的示意圖。圖5為實施例中重建的部分正交視差圖像。圖6為集成成像顯示的示意圖。圖7為實施例中不同深度平面上再現的三維場景。上述附圖中的圖示標號為：1三維場景，2遮擋物，3攝像機陣列，4投影機陣列，5圖像傳感器，6光柵圖形，7投影機，8顯示屏，9微透鏡陣列，10重建的三維場景，11觀看者。應該理解上述附圖只是示意性的，并沒有按比例繪制。具體實施方式下面詳細描述本專利技術提出的一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法的一個典型實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。有必要在此指出的是，下面描述的實施例是示例性的，旨在對本專利技術做進一步的解釋，而不能理解為對本專利技術保護范圍的限制，該領域技術熟練人員根據前述本
技術實現思路
對本專利技術做出一些非本質的改進和調整，仍屬于本專利技術的保護范圍。下面參照附圖描述本專利技術提出的一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法。參照附圖2，本專利技術的具體流程如下：無遮擋正交投影視差圖的生成過程中，參照附圖3所示，8×8臺計算機模擬的數字投影機分別以不同角度和時序向三維場景表面投影200×200×2×40%幅光柵圖形（即P=8，Q=8，M=200，N=200，k=40），三維場景對光柵圖形進行調制，經過遮擋物毛玻璃，在相機上依次獲得來自被三維場景調制的變形光柵圖形的光強信號。每臺投影機投影的光柵圖形，為不同頻率、4步等相移間隔的正弦光柵，相鄰正弦光柵的初相位差為π/2，參照附圖4所示。當第(p,q)臺投影機投影頻率為(fx,fy)的正弦光柵圖形時，正弦光柵圖形可表示為式（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。相機接收到的圖像上的總光強可以由式（2）求得。由于一個頻率(fx,fy)對應4幅不同初相位的正弦光柵圖形，因本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法，其特征在于，所述方法包括無遮擋正交投影視差圖的生成和三維圖像的重建兩個過程：無遮擋正交投影視差圖的生成過程，采用投影機陣列向三維場景投影一系列光柵圖形，利用前置散射介質的圖像傳感器獲得無法分辨目標物體信息的圖像，通過計算正交投影視差圖的傅里葉譜，生成消除遮擋的正交視差信息，之后進行三維圖像的重建，利用矢量渲染方法將恢復的無遮擋的正交投影視差圖像交織成集成成像微圖像陣列顯示在顯示屏上，通過微透鏡陣列，實現無遮擋的三維場景顯示。

【技術特征摘要】
1.一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法，其特征在于，所述方法包括無遮擋正交投影視差圖的生成和三維圖像的重建兩個過程：無遮擋正交投影視差圖的生成過程，采用投影機陣列向三維場景投影一系列光柵圖形，利用前置散射介質的圖像傳感器獲得無法分辨目標物體信息的圖像，通過計算正交投影視差圖的傅里葉譜，生成消除遮擋的正交視差信息，之后進行三維圖像的重建，利用矢量渲染方法將恢復的無遮擋的正交投影視差圖像交織成集成成像微圖像陣列顯示在顯示屏上，通過微透鏡陣列，實現無遮擋的三維場景顯示。2.根據權利要求1所述的一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法，其特征在于，無遮擋正交投影視差圖的生成過程中，P×Q臺數字投影機分別以不同角度和時序向三維場景表面投影floor(M×N×2×k%)幅光柵圖形(其中，比例因子k=0，1，…，100)，三維場景對光柵圖形進行調制，經過遮擋物散射介質，在圖像傳感器上依次獲得來自被三維場景調制的變形光柵圖形的光強信號。3.根據權利要求1和權利要求2所述的一種基于傅里葉譜的被遮擋三維物體顯示方法，其特征在于，采用的光柵圖形，為不同頻率、4步等相移間隔的正弦光柵，相鄰正弦光柵的初相位差為π/2，當第(p,q)臺投影機投影頻率為(fx,fy)的正弦光柵圖形時，可以求得圖像傳感器依次接收到的四個來自被...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王瓊華，邢妍，熊召龍，鄧歡，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川,51