摘要：自由视点的生成促进了3D技术的发展，虚拟视点绘制技术是其关键技术。为了提高虚拟视点图像绘制质量，本文以基于深度图像的虚拟视点绘制技术（DIBR）为基础，针对空洞修复问题，提出了一种改进型横向插值算法。首先，利用3D Warping技术，采用多参考视点融合的方法生成虚拟视点图像，之后采用改进的横向插值算法对图像中的剩余空洞进行填补。多算法对比实验表明：比基本DIBR方法的PSNR数据可提高15dB；与邻域像素插值算法、横向插值算法相比，PSNR数据可达到32.142，计算时间明显减少，视觉效果明显。为提高虚拟视点绘制质量提供了有效参考。
目录
摘要 1
关键词 1
ABSTRACT 1
KEY WORDS 1
引言 1
1. 选题背景 2
1.1 课题意义 2
1.2 虚拟视点绘制技术研究现状 2
1.2.1 基于模型的虚拟视点绘制 2
1.2.2 基于图像的虚拟视点绘制 2
1.2.3 基于深度图的虚拟视点绘制 3
1.3 空洞填补研究现状 3
1.4 本文研究内容及技术路线 5
1.5 论文的结构安排 6
2. DIBR技术 6
2.1 DIBR基本理论 6
2.1.1 空间坐标系和相机模型 6
2.1.2 3D WARPING方程 9
2.2 DIBR技术难点 9
2.2.1 重叠问题 9
2.2.2 虚假边缘问题 10
2.2.3 空洞问题 11
3. 改进的DIBR虚拟视点合成算法 12
3.1 算法概述 12
3.2 深度信息的获取 12
3.3 图像转换 13
3.4 多路参考视点融合 14
3.5 空洞填补 16
3.6 仿真实验与结果分析 18
3.6.1 仿真环境配置 19
3.6.2 仿真评价指标 19
3.6.3 实验结果及分析 19
3.7 小结 23
4.
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空洞填补算法对比 23
4.1 算法选取与实现 23
4.2 数据样本集的选取 24
4.3 评价指标 24
4.4 仿真实验 24
4.4.1 空洞填补算法性能对比 24
4.4.2 视点距离对图像绘制的影响 26
4.5 小结 26
5. 总结与展望 26
致谢 27
参考文献 27
基于深度图的自由视点生成算法研究
引言
引言
电视产业跨越了二维，将三维立体信息展现在人们的视野中，这一革命性的改变给人的视觉感官带来一次巨大的享受。传统的三维电视系统模仿人眼睛的双目视差原理，使人的眼睛接收到的图像在人大脑中产生反应还原成真实的三维场景，产生身临其境的感觉。随着3D技术的发展，多视点电视系统改进了传统的立体电视，使人们在任意自由视点下都可以观看到立体图像。但是，如何快速地传输并显示多视点信息成为一个迫切需要解决的问题，为了解决这一问题，虚拟视点绘制技术出现并开始受到广泛关注。
选题背景
1.1 课题意义
电影电视产业从过去到现在，经历了天翻地覆的变化，从早期的黑白电视发展成彩色电视，这一跨越性的跳变受到了大众的喜爱。随着人们对电视画面清晰度的需求不断增加，高清电视（HDTV）应运而生，它的出现使电视系统正式进入了新的阶段。高清彩色的画面给大众带来直观的视觉感受，但发现无论怎么提高画面清晰度及分辨率，电视画面仅仅停留在二维，无法还原真实场景的三维信息，这使得越来越多的学者开始研究3D技术，将立体显示技术推向了巅峰。3D画面的显示可以最大程度地满足人们对身临其境的需求，使人们的沉浸感与交互性得到极大的体验，会给视觉感官带来了一次极大的享受，仿佛看着电视屏幕就能置身于真实的自然场景内，像自己的眼睛所看到的真实的立体世界。
人的眼睛之所以能够看到五彩缤纷的三维世界，是基于双目视差原理[1]实现的。在同一场景下，使人的眼睛接收到的图像在人大脑中产生反应还原真实的三维场景，使人们对眼前的场景有了立体的感官。前三代电视系统都仅仅传输一路图像，使左右眼接收到的是同一视点下的图像，自然无法带来立体感官。传统的多视点电视系统与传统电视系统的最大区别在于可以接收两路甚至更多的视频流，以此来模仿人左右眼接收不同图像。随着多视点自由立体电视的出现，如何快速地传输并显示多视点信息，如何最大程度地减小传输带宽的压力，并且能在显示端提供多个视点的图像成为关键问题。为了解决这一问题，作为其中关键技术的虚拟视点绘制受到越来越多的关注，并且迅速成为新一代图像信息技术的发展方向和趋势[2]。
1.2 虚拟视点绘制技术研究现状
虚拟视点绘制，简单的讲，就是利用已经存在的图像绘制其它图像，用已知视点生成其它视点，生成其他各个视点的图像即为虚拟图像。根据实现方式的不同，虚拟视点绘制技术主要分为基于模型的绘制技术（MBR）和基于图像的绘制技术（IBR）[3][4]两大类。
1.2.1 基于模型的虚拟视点绘制
MBR技术利用计算机图形学和图像处理等知识，通过构建3D模型还原自然场景的构造特征。首先采用大量的数学模型对物体进行几何建模，并将场景纹理信息与几何模型结合。一旦几何模型建立好，可以生成任一虚拟视点下的图像。在存储问题上，因为几何模型参数信息简单，导致所占存储空间并不是很大。但是，在MBR技术中，对自然场景进行建模非常困难。其次，建模后几何轮廓比较明显，绘制的虚拟视点图像虽然经过消隐处理，阴影绘制等过程，但绘制出的虚拟图像仍缺乏真实感。由于以上原因，使MBR技术往往不被虚拟视点绘制所采用。
1.2.2 基于图像的虚拟视点绘制
相对于MBR技术，IBR技术不需要进行复杂的几何建模，而是直接利用参考图像信息就可生成虚拟视点图像。因为它只需要从参考图像中提取信息并处理，所以绘制的图像更加具有真实感，更符合自然场景在各视点下的纹理表现。相比于MBR技术，IBR技术具有简单快速的特点，而且绘制过程不会随着场景复杂度的增加而增加，所以IBR技术成为虚拟视点图像绘制领域中的一个重要的研究方向。
IBR技术可以分成很多类，根据在IBR技术中对几何信息的利用量，可以将IBR技术分为以下两大类：不用几何信息的IBR技术和使用几何信息的IBR技术[5]。无几何信息的IBR方法，顾名思义，对物体的几何信息不做任何获取与处理，通过对场景进行大量的采样，将采样到的离散信息重新组合，可以生成任意视点的虚拟图像。其中，对场景采样信息的获取主要是通过E.H.Adelson和J.Bergen在1991年提出的全光函数[6]，函数内容如下：

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