[发明专利]一种优化的光线追踪立体元图像阵列获取方法

说明书

一种优化的光线追踪立体元图像阵列获取方法属3D图像处理技术领域，本发明具体涉及一种虚实结合的基于BVH的光线追踪立体元图像阵列的获取方法，本发明利用BVH对三维物体进行分类，进而加速立体元图像阵列的获取，通过读入由相机序列拍摄的真实物体的三维模型，经过计算机在虚拟环境下建立理想相机阵列，运用基于BVH分类算法的光线追踪算法，得到无深度翻转的立体元图像阵列，再使用加速算法高效率运行，通过约束其背景色块占比修正立体图像显示范围，使显示屏得到有效利用，经超高密度小间距LED集成成像显示平台验证，实际显示效果清晰度高，且无深度翻转。

技术领域

本发明属于3D图像处理技术领域，具体涉及一种基于光线追踪的立体元图像阵列获取方法。

背景技术

近年来，立体显示技术相关学科的关注度越来越高。立体显示包括视差式立体显示和真立体显示。视差式立体显示技术主要分为裸眼光栅式和借助辅助设备(如眼镜)式，这种技术由于将含有视差信息的图像分别传递给左右眼，在人脑中融合产生立体感，不符合人眼观看真实立体时的辐辏角，容易产生眩晕感，且无法实现大范围连续多视点的视差变化，因此实际中无法长时间高专注度地观看。真实立体显示技术主要包括全息显示、体显示技术和集成成像显示技术。三种显示技术均能在空间中重现被摄物体的三维信息，符合人眼观看时的辐辏调节效应，不易产生视觉疲劳，因此是立体显示技术研究的重点。相较于设备成本较高、时空分辨率受限的全息显示和体显示技术，集成成像技术由于其显示设备成本不高，全彩色以及视点范围宽等诸多优点得到了越来越多的重视。

集成成像立体显示技术研究内容主要包含立体元图像阵列的获取及集成成像显示。在获取过程中，物体发出的光线通过透镜阵列记录在图像记录媒体上，得到立体元图像阵列，阵列中每个立体元图像分别记录了被摄物体不同方位的信息。集成成像显示过程，显示器中的立体元图像阵列通过透镜阵列成像，在空间中呈现出真实的立体图像。

立体元图像阵列获取的研究方向主要集中在全光学集成成像采集、计算机辅助集成成像采集和计算机集成成像采集三个方面。全光学集成成像采集和计算机辅助集成成像采集均涉及到对三维物体实际拍摄，对摄像机的位置和时延的精度要求较高，相比较而言，计算机集成成像采集易于实现，且显示效果好，是目前的研究重点。但是传统的计算机获取立体元图像阵列的方法多依赖于三维软件来实现，不能自由地设置所需的相机参数以趋近于理想相机，在相机焦距和视角方面需要折中，进而不能任意控制成像效果，且在传统方法中图像生成过程耗时较长。针对以上问题，本发明采用了C++源程序建立虚拟相机，使其符合小孔成像规则，并使用基于BVH的光线跟踪算法高效地渲染图像，得到无深度反转的立体元图像阵列，通过修正相机位置使获得理想的显示范围，并通过光学显示平台进行验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用BVH对三维物体进行分类，加速立体元图像阵列获取，并且约束其背景色块占比优化立体元图像阵列显示效果的方法。

本发明提出的一种优化的光线追踪立体元图像阵列获取方法，其特征在于包括下列步骤：

1.1读入三维物体模型，模型由相机序列拍摄实际物体，通过三维重建算法得到PLY模型文件；提取PLY模型文件头，读取点云坐标、三角面片数量和颜色信息；

1.2利用C++语言在虚拟环境下建立虚拟相机阵列，包括下列步骤：

1.2.1将相机光心的初始位置设为世界坐标系原点，给定相机绕各个坐标轴的旋转角度和平移量，求得相机坐标系下旋转矩阵和平移矩阵为：