集成成像方向性再现

集成成像方向性再现

纪超超1，邓欢1, 王琼华1,2

（1 四川大学电子信息学院，成都，610065）

（2 四川大学视觉合成图形图像技术国家重点学科实验室，成都，610065）摘要：文中提出了一种聚焦模式下的集成成像方向性再现的方法。该方法通过像素提取实现极小的观看视角供单人观看3D图像，同时在一定的观看区域内可以控制重建3D图像的观看方向。通过理论分析和像素提取实验证明了该方法具有可行性。该方法有望实现在一台电视同时播放多套3D节目，其应用潜力巨大。

关键字：集成成像；方向性再现；像素提取

Integral Imaging Directional Reconstruction

Chao-Chao Ji1, Huan Deng1, and Qiong-Hua Wang1,2,

（1 School of Electronics and Information Engineering, Sichuan University,

Chengdu 610065，China）

（2 State Key Laboratory of Fundamental Science on Synthetic Vision, Sichuan University,

Chengdu 610065, China）

Abstract: In this paper we propose an integral imaging directional reconstruction method in focused mode. The proposed method can provide a very small viewing angle and three-dimensional (3D) images only for one person through pixel extraction. In addition, it can control the viewing direction of the reconstructed 3D images within a view zone. According to theoretical analysis and the experimental results, we demonstrate the feasibility of the proposed method.it is possible for a TV to show multiple 3D programs at the same time.

Keywords: integral imaging; directional reconstruction; pixel extraction.

1 引言

在目前众多三维（3D）图像显示技术中，集成成像显示技术能够提供全真色彩与全视差的3D图像且不需任何辅助的设备，是最有希望较快实现3D电视的技术之一[1-3]。一个集成成像显示系统的观看特性通常可通过图像分辨率、观看视角、图像深度等参数表征。对于一个常规的集成成像系统，如果显示面板的分辨率固定，其三个参数之间有一个平

衡点[4]。也就是说，如果增大其中一个参数必将导致其他两个参数降低，常规集成成像的实际应用也因此受到了很大的限制。许多先进的技术如可控观看方向集成成像[5]、多观看视区集成成像[6]、集成成像图像加密[7]等技术的提出为集成成像的深入研究增加了新的方向，同时也拓展了集成成像的实际应用范围。

本文提出一种聚焦模式下基于像素提取的集成成像方向性再现的方法，该方法简便可行且无需在常规集成成像系统上增加辅助设备。

2 原理

集成成像在一定的视角范围内具有连续的视点，观众在不同的观看方向将观看到不同3D 感官的图像。在一个视点上观看到的3D 图像其实是由微图像阵列上的部分像素组成的，如果只保留该部分像素而把其他的像素去除，我们仍能在该视点上看到3D 图像。也就是说，经过一定的像素提取后我们只能在一个特定的方向上看到3D 图像，即集成成像的方向性再现。图1为集成成像传统再现与集成成像方向性再现的再现效果对比示意图。

图1 两种集成成像再现的观看效果

对比示意图 Fig. 1. Schematic of viewing point of (a) the conventional integral imaging reconstruction

and (b) the directional integral imaging reconstruction.

3D 图像

(b) 集成成像方向性再现示意图

3D

Fig. 2. Parameters of a viewing point of the

integral imaging.

图2 一个视点参数示意图 s

图2所示为集成成像单个视点的参数示意图。为简单起见，我们只讨论水平方向，垂直方向上情况类似。假定微图像阵列由n m ⨯个节距为p 的图像元组成，微透镜阵列

与微图像阵列的间距为g ，微透镜阵列与眼睛的距离为l ，双眼间距w 。首先计算出单眼所见微图像阵列两端图像元中的像素的相对位置间距d s ，与双眼所看到同一图像元中像素间距d t 如图2所示，通过几何关系，我们可以得出 ()l p m g d s 1-=

(1)

l

gw d t = (2)

其中，因为2

p d s <，则l>2g (m -1)。接着，计

算出单眼所见微图像阵列两端图像元中像素位置差异k h 和双眼所见同一图像元中像素位置差异 k h ’。k h 和k h ’可表示为 ()⎪⎭

⎫

⎝⎛-==lr p m g round r d round k s h 1)(

(3) ⎪⎭

⎫

⎝⎛==lr gw round r d round k t h )(' (4)

其中，round 函数表示四舍五入，r 表示像素的尺寸，通常情况下，k h

们将微图像阵列化分成k h ×k v 个块，令第（x ，y ）个块为A x,y ，这里，x 取值（1，k h ），y 取值（1，k v ）。每一个块均由 round (m/k h ) ×round (n/k v )个图像元构成（不能平均分配的，最后一行一列的块将多于或者少于round (m/ k h ) ×round (n/ k v )个），从一个块中每一个图像元提取出k h ’ ×k v ’个相同的像素。假令，从A x,y

中的每一个图像元提取的第一个像素为P i+x,j+y ，相邻块中提取的像素有一个像素差异。如图3所示为部分为图像阵列像素提取示意图,其中红色方块表示提取像素。 最后我们得到的是一个经过像素提取过

后的微图像阵列，将该微图像阵列进行常规集成成像再现即可实现集成成像的方向性再现。提取像素不同的可以控制3D 图像的观看方向。

3 实验

在我们所进行的实验中，微图像阵列是

通过计算机生成集成成像方法生成并通过高

分辨率打印机打印。所用的3D 模型如图4所

示为一个积木方块，微透镜阵列由140×120

个节距为p =1.27mm 的透镜元构成，设置l =2000mm, g =3.34mm 和 w =70mm. 每一个

图像元包含30×30个像素，于是r =p /30=0.0423mm.。根据公式(3)和(4)，计算

图3 部分微图像阵列像素提取示意图 Fig. 3. A part of the elemental image array after pixel extraction