基于层次化建模和显著性分析协同优化的光场三维显示技术研究

Multi-layer light field displays are a type of computational three-dimensional (3D) display which has recently gained increasing interest for its holographic-like effect and natural compatibility with 2D displays. However, the major shortcoming, depth limitation, still cannot be overcome in the traditional light field modeling and reconstruction based on multi-layer liquid crystal displays (LCDs). Considering this disadvantage, this project classifies the research topic into three parts in term of the problem that co-optimized content and display for layered light field display. Firstly, theoretically analyze the performance of layered light field display through its physical and mathematical model, and set up the prototypes with different parameters for performance measurement and analysis. Secondly, explore the light field saliency detection algorithm to adaptively distinguish ROI from non-ROI according to the performance limitation of layered light field display. Thirdly, convert the traditional individual display or content optimization into the new content and display co-optimization by exploring the algorithms of depth initialization and global depth optimization, and thus provide the theoretical foundation and key technique for data processing and display optimization of light filed 3D display with high resolution, high fidelity and high comfort.

多层光场显示是一种计算三维显示，近来由于其全息似的效果和对二维显示的兼容性得到广泛关注。然而深度局限这一主要缺点在传统基于多层LCD的光场显示建模和重建过程中依然无法被克服。考虑到这一不利条件，本项目围绕层次化光场显示应用中内容和显示协同优化的问题，将研究课题分为三个层次：首先，基于层次化光场显示技术的物理与数学模型对层次化光场显示模型的相关性能进行理论分析，并搭建支持多种参数的实验原型样机进行显示性能局限的实测与分析；其次，根据层次化光场显示技术的性能限制探索面向待显示光场数据的显著度分析算法，对待显示的光场数据进行自适应的ROI区域和非ROI区域划分；最后，通过探究层次化光场显示中的深度初始化算法以及全局深度优化算法最终实现从单一优化内容或显示的传统方法到内容和显示协同优化的全新解决方案的转变，从而为面向高清、高保真、高舒适度的三维光场显示的数据处理和显示优化提供理论基础和关键技术。

近年来随着技术的进步与发展，3D 显示技术如 3D 电影和 VR 眼镜等逐渐走 进我们的生活。伴随着 3D 技术发展的如火如荼，作为真 3D 显示的光场技 术也 逐渐引起研究者的关注。光场是一个空间中所有的光线集合，理论上完 备的采集 和显示光场就可以重现真实世界的场景。然而光场的数据维度比较 高，其采集和 显示对比传统的采集和显示均有极大的挑战。本文研究的是如 何在基于光场深度 信息重建高质量的光场。我们采用的是 4D 光场模型作为 理论基础，并在此之上 研究光场显示的技术提出了改进的算法和系统，同时 搭建了实物样机进行验证。 完成了的主要工作如下:.(1) 基于光场深度的光场重建 光场重建是光场显示的重要过程，现如今有很多研究者从不同方向来提高光 场重建质量。本文通过分析得到光场显示有效深度范围远小于实际光场采集 深度 范围。利用光场深度估计的方法获得光场深度估计图，并基于深度信息 提出了深 度信息量的概念。并利用深度信息量来引导光场重建从而获得更好 的重建结果。.(2) 搭建基于 4D 光场模型的光场显示样机 由于光场显示是四维数据而通常使用的传统显示器并不能实现其功能，所以 我们需要依据 4D 光场模型来设计一种可实现裸眼 3D 显示的光场显示样 机。对此，我们从亮度、光场显示模型、分辨率、负载率、液晶层数和层间 距等方面进 行分析和计算。最终搭建出基于 4D 光场模型的光场显示样机， 并能正常实现裸 眼 3D 的功能，可以作为最终实验主评测的重要依据之一。 .最后，我们总结了全文的工作并展望了光场技术发展的未来。并基于现有研 究工作的基础，提出了基于此的未来研究工作的方向。

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