便攜式光場三維成像研究

摘 要：傳統的二維甚至封閉的虛擬現實設備已不足以滿足人們對視覺體驗的追求，為了體驗更加真實的三維顯示效果，人們對光場三維做了大量研究。文中簡要比較了實現三維的經典技術，并基于光場相機以及仿生的原理，提出了一種全新的三維光場重建技術的構想。同時針對光場顯示的不同實現方法，討論了光場三維的應用與前景。

關鍵詞：三維顯示；光場相機；仿生；光場重建

1 研究現狀

隨著光電顯示等一系列技術的快速發展，傳統二維顯示已不能滿足人們的需求，而三維立體顯示技術可以給觀察者身臨其境的感受，其全新的用戶體驗受到歡迎。為了能夠更加真實的還原三維世界，國內外進行了大量研究，目前成熟的顯示技術分為兩種，一是光場顯示[1]技術，Balogh[2]等于2006年推出HoloVizio三維顯示系統，之后又將光場[3]采集裝置引入其中，實現從光場采集到三維顯示的解決方案。浙江大學劉旭[4，5]團隊研發到目前為止世界最大的光場三維顯示系統。北京理工大學陳飔[6]團隊設計出了周視懸浮立體顯示系統。美國加州大學的Jones等[7]使用72臺投影機和凸面散射屏構建了三維顯示系統。二是全息技術，劉永春等[8]設計出基于全息定向散射屏的三維成像顯示系統。

2 分析與創新

以上已有的三維重建方式存在數據量大；計算難度高；設備昂貴復雜，不易操作；成本高等缺點。本文基于上述問題提出研究的便攜式光場三維成像技術，這一技術將解決傳統的光場三維顯示技術中通過水平光場采集光線，利用平面投影技術顯示圖像造成的圖像不清晰、圖形易產生變形等問題。

在前人研究成果的基礎上，根據人眼視網膜成像的特點，提出模仿昆蟲的復眼式結構[9]，將多個微型拍攝模塊按照特定的排列順序集成在一個非平面框架上的特征點上。通過計算，使得每一個單獨拍攝模塊分別記錄某一角度的光場信息，從而解決傳感器平面采樣造成的數據量大等問題。即利用非平面拍攝模塊陣列對光線進行采集，然后通過光纖傳感耦合系統對采集到的圖像進行球面三維投影。這種裝置使用半球狀排列著180個顯微透鏡，使其具有160度的視野，能夠同時聚焦物體的不同深度。如圖1所示。

3 總結與展望

隨著近幾年光場重構與顯示技術的研究，三維顯示技術已日漸成熟，但是目前的成果僅限于實驗室，由于其存在的難以克服的缺點，與人們期待的實用化目標還有不小的距離。設備要向便攜式，易操作方向進行，提升設備的數據處理能力和速度，建立完善的質量衡量體系。隨著未來物聯網與可穿戴設備的發展，便攜式光場設備必將得到更廣闊的發展。

參考文獻

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[7]Jones A， Nagano K， Liu J， et al. Interpolating vertical parallax for an autostereoscopic three-dimensional projector array[J]. Journal of Electronic Imaging， 2014， 23（1）： Article No. 011005.

[8]劉永春， 龔華軍， 耿征，等. 基于全息定向散射屏的光場三維成像系統研究[J]. 激光與光電子學進展， 2015， 52（10）：163-171.

[9]史立芳， 葉玉堂， 鄧啟凌，等. 制備人工復眼結構的方法[J]. 紅外與激光工程， 2013， 42（9）：2462-2466.

作者簡介

王亞洲（1996-），男，漢族，鄭州大學物理工程學院2014級學生。