前沿数学论文

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1、学号0121014410202课程设计3D图像重建的研究题目3D图像重建的研究学院理学院专业信息与计算科学班级1002班姓名钟逊超指导教师黄小为2013年12月5日摘要3D图像重建技术是一种还原立体图像的技术，在现代社会中发挥着越来越重要的作用。三维全景图像(IntegralImage，简称II，又称集成图像或积分图像)技术是一种用微透镜阵列来记录和显示全真三维场景的图像技术该技术因不需要观察者佩戴特殊的装置，也不需要特殊的记录环境，被认为是最有希望应用于三维电视(C3DTV)的三维图像显示技术之一

2、，目前正引起众多关注。本文在对3D重建技术原理探讨的基础上，简要介绍了它的部分改进方法和重要应用。关键词：3D重建，三维全景成像系统，CGII目录一引言4二三维全景图像概述4三三维全景成像系统43.1Lippmann光学系统4四3D全景图像技术54.1IvesII成像系统54.1.1输入宏透镜阵列输出宏透镜阵列64.2三维全景图像的特点64.3三维全景图像技术的应用74.4三维全景图像技术的发展及研究现状7五计算机生成三维全景图像(CGII)8六参考文献9一引言作为传递信息的重要手段，图像信息是人们

3、由客观世界获取外界信息的最主要来源，占人类所接受信息的60%以上。目前人们广泛使用的图像显示系统都是基于两维的图像显示，它们能够呈现的只是对真实空间场景从某一特定角度的仿射投影。在现代激烈的商业竞争背景下，越来越多的视觉图像应用领域要求能够再现自然的三维空间场景。一些更具强烈视冲击力的三维图像技术相对于传统的平面图像技术而言具有革命性的突破，并已被广泛应用于很多与图像应用相关的领域中。在影视、印刷、商业、医学等的应用中，三维图像技术的使用在持续增长，这些新的应用为三维图像技术的发展增添了新的活力和动

4、力。未来三维图像技术将会发挥越来越重要的作用，由三维显示所增加的深度信息给观看者带来的整体视觉效果能大大增强图像的自然性和真实性，因此开发三维图像系统将是科学界和娱乐工业界长期追求的目标。二三维全景图像概述三维全景图像(IntegralImage，简称II，又称集成图像或积分图像)技术是一种用微透镜阵列来记录和显示全真三维场景的图像技术。这一技术是通过重建原来的物空间场景的光学模型来再现三维，观看者的眼睛可以自由的看到特定深度的相应空间位置，不存在立体视或多目视(multiview)中目光的汇聚于和

5、调整问题。观众得到的感觉好像是通过一个窗口观看真实景物，当观看者走近它时，物体向外扩展，反之亦然。II技术具有以下特点:C1)记录和显示的是点到点的立体空间信息，产生的图像包含全真色彩以及连续的视差信息;C2)其记录和显示过程简单，无须相干光源，不仅可以适用于静态三维场景，还可以应用于三维视频通讯领域动态捕获和显示;C3)无须观众佩戴特殊的眼镜，可多人同时观看;C4)以二维形式存在，较容易用现有的二维图像数据处理理论和传输技术来进行处理;以上特点使得这一技术在三维电视和可视化等领域有着广泛的应用前景

6、。三三维全景成像系统3.1Lippmann光学系统II技术的主要原理在于通过微透镜阵列来记录和显示三维场景。目前的各种II技术都源自于诺贝尔奖获得者Lippmann1908年的工作[f2}1经典的Lippmann三维全景光学成像和显示系统如图所示，它展现了传统II的记录和再现过程[f2l。这里，一张由微透镜阵列组成的薄片被用来记录三维物体空间场景，记录胶片被放置在微透镜阵列的焦平面上。由于每个微透镜都从不同的方向记录一部分物体空间，空间任意一点的视差信息被扩散在整个记录平面上，被记录胶片记录下来。图

7、3-1Lippmann三维全景图像系统在II中每个微透镜之下对应生成的一幅幅小图被称为子图(subimage)又叫元素图像(ElementalImage，有多少个微透镜就有多少个相应的子图，空间任意一点的视差信息都被这许许多多的元素图像扩散记录于整个记录胶片上。当将记录胶片放在一张具有同样参数的微透镜阵列薄片后时，相应的显示微透镜阵列把许许多多子图透射/反射出来的光线聚集还原，即可再现原来的三维光学场景，图3-1。由于该技术是通过重建原来物空间场景的光学模型来再现三维，包含全真色彩以及连续的视差信息

8、，观众得到通过一个窗口观看真实景物的感觉。四3D全景图像技术在将Lippmann提出的II技术直接应用于记录时存在一些问题。首先，再现的三维场景相对于原来的场景存在空间上深度的反转(pseudoscopic)a如图2-3所示，图像记录场景的观看方向为从左向右(A点在前，B点在后)，而场景再现时的观看方向为从右向左(此时A点在后，B点在前)。因此Lippmann系统所重现的三维场景相对于原来的物体存在着空间上的反转。4.1IvesII成像系统为了克服空间上的反转关系，I