【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于計算全息(computer-generated?holography，cgh)，具體涉及一種基于層間邊緣處理的多深度3d計算全息圖合成方法。
技術介紹
1、全息技術能夠將三維場景的空間信息編碼成全息圖，通過將其衍射，它可以重建原始場景，提供人類視覺系統所需的所有自然視覺深度線索，包括遮擋、眼睛調節和立體視覺。然而，由于實驗裝置復雜性和性能靈活性的限制，用光學全息術重建大型復雜三維場景，尤其是虛擬三維場景，一直是一個挑戰。自20世紀40年代末dennis?gabor專利技術全息原理以來，全息技術已經得到了長足的進步。隨著穩定激光源、計算機和空間光調制器(spatiallight?modulator，slm)的相繼出現，基于計算機生成高質量相位全息圖(phase-onlyhologram，poh)逐步成為可能。計算全息本質上是通過利用計算機對光學衍射傳播進行模擬，建立精確的傳播模型，隨后通過衍射傳播模型建立相位全息圖與目標真實光場的聯系，最終逆向求解得到目標相位圖。計算全息技術可以為生成的圖片提供多層精確的深度信息，由于本身是對光學衍射傳播進行模擬，所以比起其他顯示技術更不易引起視覺疲勞，畫面也具有更強的真實感，因此計算全息技術在顯示領域有著廣闊的應用場景。
2、基于深度分層切片生成計算全息圖的方法利用深度圖對rgb圖像進行分層處理，接著將距離最遠的圖像層向前一層傳播利用掩膜mask實現遮擋效果，最終得到3d全息圖。然而現實場景中光線傳播并不是點對點傳播，而是點對面的衍射傳播的方式，缺少前一層圖像邊緣被遮擋
技術實現思路
1、為了克服已有技術的不足，本專利技術提供了一種基于層間邊緣處理的多深度3d計算全息圖合成方法，能夠低計算成本多深度3d計算全息圖合成，具有正確遮擋關系的清晰三維場景，大幅減輕全息圖層間邊緣偽影。
2、本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：
3、一種基于層間邊緣處理的多深度3d計算全息圖合成方法，包括以下步驟：
4、步驟一、首先載入rgb-d圖像，根據深度圖的深度范圍生成五個二值掩模板和與其二值相反的五個二值反掩模板，并利用掩膜將圖像分為五層；
5、步驟二、將深度最深對應切片的邊緣進行信息補充，之后將補充后的切片與初始零相位組合為復振幅場；
6、步驟三、用角譜法將復振幅場傳播到下一深度平面，得到的同樣為復振幅場；
7、步驟四、用反掩膜將傳播得到的復振幅場該層深度對應切片位置遮擋并替換為該深度層切片；
8、步驟五、將步驟四的得到的復振幅中振幅被遮擋邊緣部分進行信息補充，相位被遮擋部分進行平滑補充處理，之后將處理過后的振幅與相位重新組合成復振幅；
9、步驟六、重復步驟三、步驟四、步驟五，直至在最后一層深度平面完成步驟五得到最終的復振幅圖像完成全息圖的合成。
10、進一步，所述步驟一中，rgb-d圖像是兩幅圖像：一個是普通的rgb三通道彩色圖像，另一個是depth圖像，depth圖像類似于灰度圖像，它的每個像素值是傳感器距離物體的相對距離。
11、再進一步，所述步驟二中，復振幅場是指復數組成的圖像，它可通過變換拆分為振幅圖像與相位圖像，通常利用復振幅場進行光學衍射計算。
12、進一步，所述步驟一中，二值掩模板是通過對歸一化深度圖按深度值等間隔劃分區間生成的與輸入圖像張量尺寸一致的二值四維張量。二值反掩模板與二值掩模板在數值上相反。
13、所述步驟五中，振幅被遮擋邊緣部分進行信息補充是通過使用邊緣周圍像素的信息來補充被遮擋部分的邊緣區域，使得補充后的圖像邊緣延伸出一部分來彌補圖像邊緣被遮擋部分的光學衍射作用，補充的圖像邊緣延伸盡可能與已有邊緣信息相似。
14、所述步驟五中，相位被遮擋部分進行平滑補充處理是首先通過使用邊緣周圍像素的信息來補充被遮擋部分的邊緣區域，之后利用補充部分的信息對內部所有被遮擋相位進行平滑填充，使得得到的相位圖既保證該層切片區域相位相同也保證了切片相位邊緣平緩接觸，盡可能消除了相位圖的邊緣相位突變。
15、本專利技術的技術構思為：對于基于深度分層得到的切片，首先將對圖片切片被遮擋邊緣部分進行信息補充，相位被遮擋部分進行平滑補充處理，再將處理過后的振幅相位組合為復振幅場利用角譜法進行傳播，至下一層時在進行類似處理，直至全部深度層處理完畢得到復振幅全息圖。相比于原有方法，該方法通過補充層間邊緣信息并平滑填充相位信息生成的多深度3d全息圖能夠重建具有正確遮擋關系的清晰三維場景，生成的全息圖具有明確的前后關系聚焦面與非聚焦面邊緣更清晰、更接近真實場景。此外，該方法大幅減輕全息圖層間邊緣偽影，生成的全息圖非聚焦面具有自然的光學衍射現象，有望在全息顯示、va/ar等場景中獲得實際應用。
16、本專利技術的有益效果主要表現在：
17、1、低計算成本多深度3d計算全息圖合成：本專利技術以基于層間邊緣處理的多深度3d計算全息圖合成方法，相比于現有其他方法，可以以較低的計算成本生成全息圖并獲得與之相當的全息圖質量。
18、2、具有正確遮擋關系的清晰三維場景：本專利技術通過邊緣像素補充來彌補圖像邊緣被遮擋部分的光學衍射作用，正確處理了在分段深度圖對象的不連續邊緣中的遮擋效果，生成的全息圖具有明確的前后關系，聚焦面與非聚焦面邊緣更清晰、更接近真實場景。
19、3、大幅減輕全息圖層間邊緣偽影：本專利技術通過為對相位被遮擋部分進行平滑補充處理，盡可能消除了相位圖的邊緣相位突變。通過該相位替換方法得到的復振幅全息圖大幅減輕全息圖層間邊緣偽影，擁有更接近真實光學傳播的效果，傳播得到的圖像更符合現實場景。
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1.一種基于層間邊緣處理的多深度3D計算全息圖合成方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種基于層間邊緣處理的多深度3D計算全息圖合成方法，其特征在于，所述步驟一中，RGB-D圖像是兩幅圖像：一個是普通的RGB三通道彩色圖像，另一個是Depth圖像，Depth圖像的每個像素值是傳感器距離物體的相對距離。
3.如權利要求1或2所述的一種基于層間邊緣處理的多深度3D計算全息圖合成方法，其特征在于，所述步驟二中，復振幅場是指復數組成的圖像，它可通過變換拆分為振幅圖像與相位圖像，通常利用復振幅場進行光學衍射計算。
4.如權利要求1或2所述的一種基于層間邊緣處理的多深度3D計算全息圖合成方法，其特征在于，所述步驟一中，二值掩模板是通過對歸一化深度圖按深度值等間隔劃分區間生成的與輸入圖像張量尺寸一致的二值四維張量。二值反掩模板與二值掩模板在數值上相反。
5.如權利要求1或2所述的一種基于層間邊緣處理的多深度3D計算全息圖合成方法，其特征在于，所述步驟五中，振幅被遮擋邊緣部分進行信息補充是通過使用邊緣周圍像素的信息來補充
6.如權利要求1或2所述的一種基于層間邊緣處理的多深度3D計算全息圖合成方法，其特征在于，所述步驟五中，相位被遮擋部分進行平滑補充處理是首先通過使用邊緣周圍像素的信息來補充被遮擋部分的邊緣區域，之后利用補充部分的信息對內部所有被遮擋相位進行平滑填充，使得得到的相位圖既保證該層切片區域相位相同也保證了切片相位邊緣平緩接觸，盡可能消除了相位圖的邊緣相位突變。
...【技術特征摘要】
1.一種基于層間邊緣處理的多深度3d計算全息圖合成方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種基于層間邊緣處理的多深度3d計算全息圖合成方法，其特征在于，所述步驟一中，rgb-d圖像是兩幅圖像：一個是普通的rgb三通道彩色圖像，另一個是depth圖像，depth圖像的每個像素值是傳感器距離物體的相對距離。
3.如權利要求1或2所述的一種基于層間邊緣處理的多深度3d計算全息圖合成方法，其特征在于，所述步驟二中，復振幅場是指復數組成的圖像，它可通過變換拆分為振幅圖像與相位圖像，通常利用復振幅場進行光學衍射計算。
4.如權利要求1或2所述的一種基于層間邊緣處理的多深度3d計算全息圖合成方法，其特征在于，所述步驟一中，二值掩模板是通過對歸一化深度圖按深度值等間隔劃分區間生成的與輸入圖像張量尺...
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