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1、- 3D相机图像处理与显示技术研究专业名称： 指导教师：. z-摘要近年来，随着三维显示技术的进步，特别是3D电视、3D游戏和3D电影等一系列产品的投入，电子市场已经掀起了一场关于三维成像与显示的热潮。群众娱乐生活已迈进一个全新的纪元，人们已经不再满足于拍摄二维图像的普通数码相机，因而能实时拍摄和显示三维图像的3D相机、全景相机等受到了人们的大力追捧。 本论文研究3D相机图像处理与显示技术，主要涉及两个方面：一是基于双像合成的图像匹配技术，二是基于柱透镜的裸眼3D显示技术。论文首先介绍了3D相机的工作原理、构造和工作流程，并对几个重要部件进展了简要介绍。然后重点分析和研究了图像匹配技术和自由立
2、体显示技术，给出基于灰度变换的彩色图像区域匹配技术，并做了详细分析。对柱透镜光栅立体显示技术的单元光路光学参数和光栅参数做了详细分析，并给出一套用于5.0英寸液晶显示屏的柱镜光栅构造及参数。最后，讨论了研究过程中可能出现的理论缺陷及相应的解决方案。 关键词：3D相机 图像匹配技术 柱透镜 裸眼3D. z-Abstract In recent years, with the progress of three-dimensional display technology, especially, the 3D TV, 3D games, 3D movies and a series of pro
3、ducts inputs, a new upsurge of three-dimensional imaging and display in the electronic market is ing. Mass entertainment has entered a new era. People satisfy with two-dimensional image of the ordinary digital camera no longer, which can real-time shooting and displaying three-dimensional images of
4、the 3D camera, panoramic camera are vigorously sought after by the people. Image processing and display technology of 3D camera are researched in the thesis. It mainly involves two aspects of the image matching technique based on the synthesis of double image, and based on the cylindrical lens glass
5、es-free 3D display technology. Firstly, the 3D camera operating principle, structure, workflow, and several important parts are introduced. Then, the image matching technology and stereoscopic display technology are researched, and the area matching technology of color image which based on gray-scal
6、e transformation is given, and analyzed in detail. The optical parameters of cylindrical lens unit are analyzed in detail, and the parameters of grating structure for a 5.0-inch LCD display are given. Finally, theoretical defects during the research process are discussed and the solutions are given.
7、Keywords: 3D camera, image matching technology, column lens, glasses-free 3D. z-目录摘要IAbstractII目录III前 言11 3D相机的构造与工作流程71.1 3D相机的构造原理71.1.1 图像传感器81.1.2 A/D转换器91.1.3 数字信号处理器101.1.4 图像数据压缩器111.2 3D相机的工作流程112 图像匹配处理技术142.1 基于区域灰度的彩色图像匹配算法142.2 基于灰度变换的匹配152.2.1 灰度变换152.2.2 基于灰度变换的SAD匹配算法代价函数162.3 灰度变换的彩色
8、图像匹配172.3.1 三基色原理172.3.2 基于灰度变换的彩色图像匹配算法182.4 选择匹配窗口192.5 约束条件193 3D显示技术213.1 3D显示技术简介213.2 基于柱镜光栅的LCD显示设备223.2.1柱镜光栅的光学原理223.2.2单元光路与视点排列顺序分析243.3 柱透镜光栅的参数设计253.4 问题与解决方案274 总结32致 34参考文献35. z-前 言 随着数码时代的到来，照相技术的开展极为迅速。数码化带动了相机价格的逐步降低，也推动了照相技术的开展和照相机的普及。而随着显示技术的不断成熟，以3D(英文：Three Dimension，中文：三维)电影为代
9、表所引发了一轮新的立体显示热潮。人们在感受了立体显示所带来的视觉冲击后，已经不再满足于拍摄二维图像的相机了。人们越来越渴求能实时拍摄并显示三维图像的相机。普通相机的开展1 照相起源于针孔成像，早在公元前四百多年，我国的?墨经?一书就详细记载了光的直线前进、光的反射，以及平面镜、凹面镜、凸面镜的成像现象。到了宋代，在括所著的?梦溪笔谈?一书中，还详细表达了“小孔成像匣的原理。在16世纪文艺复兴时期，欧洲出现了供绘画用的“成像暗箱。下面我们把相机的开展按照时间划分为以下四个阶段：第一阶段：从1839年至1924年为照相机开展的第一阶段。1839年8月19日法国画家达盖尔公布了他创造的达盖尔银版摄影
10、术，于是世界上诞生了第一台可携式木箱照相机。图1 世界上第一台135照相机 1841年光学家沃哥兰德创造了第一台全金属机身的照相机。该相机安装了世界上第一只由数学计算设计出的、最大孔径为1:3.4的摄影镜头。1845年德国人马腾斯创造了世界上第一台可摇摄150的转机。1849年戴维布鲁司特创造了立体照相机和双镜头的立体观片镜。1861年物理学家马克斯威创造了世界上第一彩色照片。1866年德国化学家肖特与光学家阿具在蔡司公司创造了钡冕光学玻璃，产生了正光摄影镜头，使摄影镜头的设计制造得到迅速开展。1888年美国柯达公司生产出了新型感光材料柔软、可卷绕的“胶卷。这是感光材料的一个飞跃。同年，柯达公
11、司创造了世界上第一台安装胶卷的可携式方箱照相机。1913年德国人奥斯卡巴纳克研制出了世界上第一台135照相机图1。 第二阶段：从1925年至1938年为照相机开展的第二阶段。这段时间，德国的莱兹、罗莱、蔡司等公司研制生产出了小体积、铝合金机身等双镜头及单镜头反光相机。在此阶段，照相机的性能逐步提高和完善，光学式取景器、测距器、自拍机等被广泛采用，机械快门的调节围不断扩大。照相机制造业开场大批量生产照相机，各国照相机制造厂纷纷仿制莱卡型和罗莱弗莱型照相机。黑白感光胶片的感光度、分辨率和宽容度不断提高；彩色感光片开场推广，从而使摄影队伍迅速扩大并走向专业化。第三阶段：从1939年到1981年为照相
12、机开展的第三阶段。此阶段的前半期即上世纪六十年代之前，黑白、彩色胶片的质量有了进一步的提高，光学工业制成了含有稀有元素的新型光学玻璃，如镧、钛、镉等玻璃。从而更好地校正了摄影镜头的相差，使镜头向大孔径和多种焦距的方向迅速开展。因而，出现了变焦、微距、折反射式、广角等多种摄影镜头。镜头单层镀膜得到普遍推广。照相机出现了计数器自动复零、反光镜自动复位、半自动和全自动收缩光圈等构造。照相机的质量、产量开场飞速开展。图2 佳能RC-701 从上世纪六十年代初至九十年代初为第三阶段的后期。这期间，日本的小西六摄影公司生产出第一台自动调焦照相机柯尼卡C35A型135照相机。接着日本又生产出世界上第一台双优
13、选式自动曝光照相机美能达DG型135单镜头反光相机，开创了一台相机具有多种曝光功能的先例。这期间，光学传递函数理论进入了光学设计领域，出现了成像质量高，色彩复原好，大孔径，低畸变的摄影镜头。同时，镜头向系列化开展，由焦距几毫米的鱼眼镜头到焦距长达2米的超摄远镜头，并有了透视调整、变焦微距、夜视等摄影镜头。电子技术逐渐深入到照相机部，多种测光、高精度的电子镜间快门、电子焦平面快门以及易于控制的电子自拍机等纷纷出现。曝光补偿、存储记忆、多记录功能、电子上弦卷片、自动调焦等各种功能得到愈益精巧的应用，高度自动化、小型、轻便等方面到达了前所未有的高度。第四阶段：从1981年至今为照相机开展的第四阶段。
14、1981年索尼公司创造了世界第一架不用感光胶片的电子静物照相机静态视频马维卡照相机。这是当今数码照相机的雏形。图4 DSC-R1 1988年富士与东芝在德国科隆博览会上，展出了共同开发的，使用闪存卡的富士克斯数字静物相机DS1P。在这前后，富士、东芝、奥林巴斯、柯尼卡、佳能等相继发表了数字相机的试制品：如佳能RC-701(图2)、卡西欧VS-101、富士DS-1P、东芝MC2000等。这些产品的推出大大刺激了群众的好奇心，不需要感光胶片，相机同样可以纪录影像成为当时最热门的话题之一。 图3富士M*-2700 1997年11月柯达公司发布了DC210数码相机，这款数码相机使用了109万的正方像素CCD图像传感器，而且还开场在数码相机上采用变焦镜头，使得数码相机的开展有了全新的突破。到了1999年，数码相机再度在像素上有所突破，全面跨入200万像素之年。富士推出的M*-2700图3，号称是当时全球首款最轻230万像素的数码相机，机身只有230克。其最高分辨率到达18001200像素。 进入2000年，不管在计算机方面，还是存储设备方面，都有了很大程度的提高,数码相机
