[发明专利]采集和显示三维光场的方法和系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及采集和显示光场，更具体地说，涉及利用摄像机的阵列采集光场并对该光场重采样以显示在自动多视点(automultiscopic)显示器件上。

背景技术

人们希望采集真实的三维场景的图像并将该三维场景图像显示为逼真的三维图像。自动多视点显示器使得能够在观看区域中的任意位置无限制地(即，不戴眼镜)观看高分辨率立体图像。自动多视点显示器包括具有不同强度(intensity)的视点相关像素和基于视角的颜色。视点相关像素可以使用常规的高分辨率显示器和视差栅栏(parallax-barrier)来实现。

在典型的自动多视点显示器中，图像通过视差栅栏投影到柱面光栅(lenticular sheet)或整体式透镜光栅(lens sheet)上。一百多年前就已经知道了多视点自动立体观察的光学原理，参见Okoshi，Three-Dimensional Imaging Techniques，Academic Press，1976。具有高分辨率的实用显示器最近已可供使用。结果，三维电视重新受到关注。

然而，自动多视点显示器具有几个问题。首先，移动的观众会看到干扰性的视觉伪影(artifact)。其次，难以获得无伪影的三维图像。广播和电影行业的摄影师、摄像师和专业人员不熟悉用于记录三维图像所需的复杂设置。不象常规的二维电视那样，目前没有针对多摄像机参数、布置及制作后加工的指南或标准。

具体地说，在大多数实际情况中，图像传感器(即，摄像机)中的像素并不以一对一方式直接映射到显示器件中的像素。这需要对图像数据进行重采样。该重采样需要以使得视觉伪影最小化的方式进行。还没有对自动多视点显示器的光场进行有效重采样的现有技术。

用于三维显示的大多数现有的抗混叠技术使用波动光学。所有巳知的方法都没有正确地处理遮挡(occlusion)和镜面。此外，为了进行适当滤波，这些方法需要以每像素为基础的景深(scene depth)。在缺乏深度信息的情况下，这些方法使用的是保守最坏情况方法并基于场景中的最大深度进行滤波。实际上，这限制了在具有非常浅深度的场景方面的实现。

通常，自动多视点显示器发出静态的或时变的光场。光场代表了辐射(radiance)，所述辐射作为在空间中的无遮光物区域中的位置和方向的函数。使用全光采样理论(plenoptic sampling theory)进行光场的频率分析。其中，对场景的频谱进行分析，该频谱是目标深度的函数。这揭示出大多数光场是混叠的。可以应用重构(reconstruction)滤波器来去除混叠并尽可能地保留原始频谱。

重新参数化(re-parameterization)可用于在自动多视点显示器上显示光场。然而，重新参数化没有解决显示混叠。重构滤波器可以用宽孔径滤波器来增强。这能够产生具有较大场深(field ofdepth)的三维图像，而不牺牲焦平面上的锐度。

没有一种现有技术方法解决了自动多视点显示器的采样和抗混叠。这些现有技术方法不考虑显示器的采样率，而仅考虑了在重构过程中从采样的光场去除混叠的问题。

发明内容

本发明提供了一种可以用于电视和数字娱乐的三维显示系统。这种显示系统需要高质量光场数据。光场是使用摄像机阵列来采集的，并且该光场在分离的自动多视点显示器上呈现。然而，大多数时间，采集装置和显示器件具有不同的采样模式。

因此，本发明对光场数据进行重采样。然而，重采样易于发生混叠伪影。在光场数据的显示中最麻烦的伪影是由透视间混叠(inter-perspective aliasing)引起。

本发明提供了使得这种混叠最小化的对光场重采样的方法。该方法保证了光场在自动多视点显示器上的高质量显示。该方法合并了光场重构滤波器和根据显示器件的采样栅格(sampling grid)确定的显示预滤波器。

与现有技术方法对比，本重采样法不需要深度信息。本方法有效地合并了多个滤波阶段以产生高质量显示。本方法可用于在柱面显示屏幕或视差栅栏显示屏幕上显示光场。

附图说明

图1A是根据本发明一个实施方式的用于采集并在三维显示器件上显示三维光场的系统的俯视图；

图1B是根据本发明一个实施方式的用于对光场进行重采样和抗混叠的方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施方式的显示参数化的示意图；

图3是根据本发明一个实施方式的四边形采样栅格；

图4是根据本发明一个实施方式的带宽要求的示意图；