透镜阵列成像与切片图像重建研究(2)
1.1 研究背景及意义
立体图像显示技术有着还原度高、实时感应性强等优点，也是现代科技最具有价值的研究领域之一，在视频显示、智能机器人学科、工程测量设计和医学检查中都有着广泛的应用前景。开发高还原度的三文场景显示技术，特别是三文动态场景的显示技术，因为它的丰富的应用前景和出色的显示性能，三文立体显示技术已经成为该领域的研究热点 ，有很大的发展潜力。因为三文成像与显示技术有着连续的视点和不存在视差问题等优点，并且也不需要佩戴任何相关的辅助光学设备，所以利用微透镜阵列成像的集成成像技术已经成为了现在三文显示方面的开发热点，并且也是最具有发展前景的立体显示技术[1-2]。
随着计算机软件技术以及电子学科的迅猛发展，如今三文立体显示技术已经进入了大众的视线，一些产品也已经进入市场。因为三文显示技术有着几种不同的实现方式，由此可以把三文立体显示技术分成两类：真三文立体显示技术和平面立体显示技术。其中，真三文立体显示技术是利用体素（Volumetric pixel）的作为基本元素的立体显示技术[3]。
三文立体显示技术是将真实的三文场景转化为不同景深的三文场景切片，再利用人眼的视觉残留效果，在三文场景切片组合成连续的三文影像。而全息三文显示技术的关键则是全息摄影，全息摄影是利用光的干涉原理，得到物体的形状，大小，对比度等信息，再利用光的衍射原理，进行物体的重现。
现代信息科学技术每天都在发生着翻天覆地的变化，立体显示技术的开发和应用也已经成为人们迫切需要解决的问题。在立体显示技术中，全景成像立体显示方法，也就是集成成像(Integral Imaging，II)技术，凭借它利用微透镜阵列记录单元图像并且以此得到连续视点的全视差的全真色彩图像的优点，被誉为最有发展潜力的三文立体显示技术之一。
诺贝尔物理学奖获得者李普曼(G.Lippmann)在1908年首先提出集成成像技术理论[3]，他使用一个由许多微透镜组成的面板来记录目标场景，从而得到记录图像。微透镜面板是由许多个有着相同焦距和相同大小的微透镜组成的。再把记录胶片放在微透镜板的焦平面上，再把另一个完全相同的微透镜阵列板放在记录胶片上，让光线通过记录胶片后再经过微透镜阵列汇集，就可以观察到重现出的目标场景。而且这个记录与重现系统结构十分简单，不需要借助相干光源，可以说是三文集成成像技术最基本原始结构，它也被叫做集成照相术(Integral Photography，IP）。之后，科学家们又在这个基本结构上不断的进行优化和改进，不断的提高三文集成成像图像的质量。随后，Ives[4]对李普曼的系统进行了改进，他使用两步式拍摄方法解决了李普曼基本集成成像系统得到的图像在集成成像的空间上反转的问题。因此世界上第一张三文物体全息图也在1962年制作成功，在很大程度上推动了三文成像研究方向上的前进步伐。
到了21世纪，由于现代显示技术、图像采集技术、透镜制造技术、工艺材料的发展和进步，并且随着现代计算机软件技术的引用，集成成像(II)技术已经取代了集成照相(IP)技术[5]，而人们对立体显示的研究重点也已经不再局限于静态的目标场景，而是转向动态目标场景的研究上来。
三文成像技术的主要特点[6]：
(1)主要利用像素点到点的立体空间信息来记录和显示，记录的图像包含一定视场角内的全真色彩和连续视差信息；
(2)采集和重现过程十分简单，不需要相干光源，适用于静态三文场景和动态三文场景的记录和显示；