[发明专利]基于粒子追踪的集成成像微单元图像并行生成方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，更进一步涉及集成成像技术领域的基于粒子追踪的集成成像微单元图像并行生成方法。本发明可以快速获得从不同角度拍摄的微单元图像，结合集成成像显示设备实现对物体的三维光学重构。

背景技术

在三维集成成像中，常常需要根据三维场景生成微单元图像阵列。传统的微单元图像生成方法，一种是利用CPU根据光线追踪的方法，根据物体模型生成微单元图像阵列；一种是利用类似于Microsoft Direct3D（以下简称D3D）的三维渲染引擎，根据虚拟面片模型，逐幅渲染每一幅微单元图像。这两种方法在微单元图像的数量较多时，渲染的速度都非常的缓慢，不能满足集成成像三维显示实时性的要求。

南开大学提出的专利申请“基于相机阵列的元素图像阵列快速获取方法”（申请日：2011年12月6日，申请号：201110400206.X，公开号：CN102523462A）中公开了一种微单元图像阵列快速获取方法。该方法基于集成成像获取的微单元图像阵列中微单元图像间的相关性，利用四个相机组成的相机阵列快速获取微单元图像阵列。该方法由于使用的相机获取的微单元图像较少，所获取的信息仅仅是微单元图像阵列中的四幅微单元图像，因此可以快速的获取微单元图像阵列。但是，该方法仍然存在的不足之处是，数据源只考虑了原始三维物体在某几个角度观看的几何视差信息，相较于原始三维物体丢失了大量的几何信息，因此所获得的微单元图像阵列效果较差。

韩国的Gang Li等人在文章“Simplified Integral Imaging Pickup Method for Real Objects Using a Depth Camera”(Journal of the Optical Society of Korea，Vol.16,No.4,pp.381-385,Dec.2012)中提出了一种微单元图像生成方法。该方法利用可见光图像和深度图象进行虚拟三维地形网格重建，从而生成微单元图像阵列。该方法由于仅追踪简单的地形网格，因此能够提高微单元图像生成速度。但是，该方法存在的不足之处是，首先，该方法在执行时微单元图像阵列每一个像素点颜色值的获得受三维场景中很多点的影响，因此，如果该方法并行运行，将难以保证微单元图像阵列中的每个像素点获得正确的颜色值，因此，该方法不适合并行运行，不能利用GPU的强大能力，速度较慢。其次，该方法仅利用面片建立三维地形网格，因此在遍历所有面片来获取像素点的颜色值的过程中，难以保证微单元图像阵列的每个像素点获得离其最近的面片的颜色值，从而会错误的获得没有考虑三维物体遮挡关系的微单元图像阵列。这些缺点造成了微单元图像生成速度较慢，并且生成的微单元图像阵列质量较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出了基于粒子追踪的集成成像微单元图像并行生成方法，以实现利用合成的三维地形网格，通过粒子追踪的方法实时并行的生成微单元图像阵列。

实现本发明目的的思路是，对实际三维场景进行拍摄，获得其对应的深度图和可见光图，接着基于拍摄的图像建立三维地形网格，从所有需要生成的微单元图像中同时发射追踪粒子，并行的获得微单元图像中的像素点与三维地形网格中的着色小长方体的颜色对应关系，从而同时并行的生成大量的微单元图像。

实现本发明目的的具体步骤如下：

(1)生成三维地形场景：

1a）利用一个可见光CCD相机，获得实际三维场景正交投影的可见光图像。利用一个深度相机，获得实际三维场景的深度图像。

1b）利用地形网格重建方法，将可见光图像和深度图像转化为三维地形场景。

1c）以三维地形场景的中心为原点，将三维地形场景向后的方向设为z轴正方向，三维地形场景向右的方向设为x轴正方向，三维地形场景向上的方向设为y轴正方向，建立坐标系。

1d）采用包围盒选择方法，在三维地形场景中选择一个最小包围盒。

(2)放置微透镜：

在三维地形场景中，选择一个与z轴垂直的微透镜阵列平面，在微透镜阵列平面上放置多个微透镜，各微透镜之间紧密排列。

(3)放置微单元图像阵列平面：

在三维地形场景中，放置一个与z轴垂直的微单元图像阵列平面，三维地形场景通过微透镜阵列在该平面生成微单元图像阵列，微单元图像阵列中每一幅微单元图像与每一个微透镜一一对应。

(4)获得像素点编号：

对微单元图像阵列中的每一幅微单元图像的像素点，依次从1到N进行编号，每个像素点获得一个对应的像素点编号，N表示微单元图像像素总数。