图像在计算机中生成的原理,自由立体图像的计算机生成原理及实现.pdf

第 13 卷第 4 期 1998 年 12 月 安徽机电学院学报 Journal of Anhui Institute of Mechanical 在 图片的左 右视象合成过程中 通过特殊的 合成设备 将左右视象分割成若干等分 分 别成像于各透镜元的光轴两边 如图 1 b 所示 并且每一透镜元的左半部都记录同 一视像 例如右视像 其右半部则都记录另一视像 例如左视像 而当双眼透过柱镜板观看图 片时 柱镜板又将其记录的的左 右视象还原 使人左 右眼分别看到左 右视像 从而人脑中 形成一幅有纵深效果的立体图像 图 2 图像显示结构示意图 2 自由立体图像生成技术 自由立体图片技术早在本世纪 20 30 年代就已有 人开始研究 并在40 年代制作出效果很好的杂志封面 70年代走向成熟并传入东南亚 借助于成熟的自由立 体图片技术 我们尝试研究一种新型的计算机图像的立 体显示方法 这种方法姑且称作自由立体图像显示 根据柱镜板的成像原理 我们可将柱镜板的切距 选取为CRT 或 LCD偶数个象素的几何宽数 如 2 个 4 个 6 个或 8 个像素宽 然后在显示屏对应位置上依次 显示左 右视象的图像 如图 2 L 处和 R 处的几何尺 寸为 1 个 2 个或 3 个像素宽 它们分别显示左眼 右眼视像 图中的图像对 如 RiLi 必须位 于柱镜板的某一柱面透镜元内 不应当交错于两个相邻柱面的透镜元之内 为了判断各图 像对与所要表现的图像之间的关系 我们可以按照自由立体图片的合成与再现技术加以分析 图 3为双画面图片合成示意图 Pr Pl分别为所要表现的图像 如景物 的左 右视像 它 们各自由合成物镜 Lr Ll投影到柱镜板 S 上 并由透镜板 S 将其成像于柱镜板的背面 需 要说明的是 实际装置中 柱镜板 S 的节距 t 相对于合成物镜的中心距E 是很小的 一般 t 60 mm 则最佳观位置应大 于 L 若 E 60 mm 则相反 当 E 60 mm 即左 右眼 瞳分别处在 Ol Or时 观看效果最佳 另外 由于柱镜 板 瓣象效应 的作用 在 Ol Or的左 右还各有一处 位置可很好地观看到图像的立体效果 可见 E 的取值 十分重要 一般取 E 60 mm 取 L 500 mm 这样 用户双眼在距屏幕 500 mm 左右的中央垂直位置可观 看到良好的立体效果 图 5 立体图像生成实例 计算机软件在图像合成中的任务是 从左 右眼视 像中提取对应位置 i 2i 或 3i 列像素宽的图像分别显示 到计算机的屏幕上 例如以 2 列像素宽 并且所使用显 示器为 640 480 分辨率 如图 4 则将屏幕象素分割为 160 640 4 组 group 每组 包含 4 列象素 同时 将要显示图像的左 右视像也各自 分割为 160 组 每组 4 列共 640列 如图4 a b 依照 上述关于自由立体图片原理的分析 将右视像的第 4k 1 4k 2 k 0 2 159 列 collum 显示在屏幕 的相同组 group 上 将左视图的第 4 k 1 1 4 k 1 k 0 2 159 列 collum 显示在屏幕的相同组 group 上 从而构成如图 4 c 所合成的图像 再用图 2所示的结构 即可在屏幕观看到具有纵深感的立体图像 如图 5 至于柱镜板光学参数的选取以及左 右视像最大视差容限等问题 也是必须考虑的 由 于篇幅有限 本文不再赘叙 41 第 3 期 王元庆等 自由立体图像的计算机生成原理及实现 3 结束语 柱镜板对图像的折射后形成的效果 是在一定范围内观看才能有立体感的 因此 当我们的双眼处在屏幕的中间位置时 观察屏 幕两侧的图片会产生立体效果不强的感觉 我们把这种现象称作 边缘效应 消除 边缘效 应 的方法有两种 一种方法是在图像合成时 对边缘部分不采用等间距分割 而采用不等间距分割 比如 在每个柱面的焦平上有 4 个或 6 个象素宽的图像 而在边缘处则按照一定比例来分割图 像 这样可在一定程度上消除 边缘效应 由此 我们可以看出 柱镜板节距越大 越利于不 等间距分隔 而且消除 边缘效应 的效果也会越好 但节距大 又会让我们觉得图像有 离 散的感觉 因而需要采取折衷的办法 一般取 4个或 6 个象素宽 此外 如果显示器分辨率 高 例如为 1024 列象素或更高 上述矛盾也将会得以缓解 另一种消除 边缘效应 的方法是采用不等宽度的柱镜板 但这种柱镜板的制作工艺十 分复杂 成本也高 柱镜板显示立体图像的另一个缺点是 定点观察 观察者只有处在几个特定的位置 观看才能有较强的立体感 这对它在各种场合上的应用会有不利的影响 要解决这个问题 还有待于进一步研究 自由立体图像的生成有着广阔的应用前景 例如立体可视电话 工程检测 探伤 体内医 检 展览 广告等领域 诸如这些场合 人们既希望图像具有立体效果又不宜使用立体头盔 这样的辅助工具 这种场合下 使用自由立体图像技术将能解决这一需求 不过 自由立体 图像生成术在目前还不够成熟 可以说还处在起步阶段 还需要我们不断加以研究 使之更 加完善 本文仅阐述作者的近期研究结果 希望能得到从事这方面研究的同行指教 参 考 文 献 1 大越孝敬著 董太和译 三维成像技术 北京 机械工业出版社 1987 10 120 2 张永辉 叶孔仪 杨志维译 图像显示 北京 国防工业出版社 1984 120 150 3 曾建超 俞志和 虚拟现实技术及其应用 北京 清华大学出版社 1996 11 18 The Principle of Parallax Stero Image Constructed by Computer Wang Yuanqing Xu Xiaoguang AnHui Insititute of Mechinery Electrical Engineering Wuhu 241000 Abstract Auto stero image made by a computer is a kind of new and advantagous method of displaying technology It uses a cylindic lens board a cheap smart thin plastic board As an auxiliary hardware this board provides us stero image Key words Stero Graph Auto Stero Graph T rue Parallax 42 安 徽机电学院学报 1998年

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