第２９卷第２期 液 晶与显示 ＶｏＩ．２９ Ｎｏ．２ ２０１４年４月 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ Ｄｉｓｐｌａｙｓ Ａｐｒ．２０１４ 文章编号：１００７—２７８０（２０１４）０２—０１５３—０６ 集成成像３Ｄ拍摄与显示方法 王琼华 ，邓 欢 （四川大学电子信息学院，四川Ｉ成都６１００６５） 摘要：三维（３Ｄ）显示实现了人类“真实地还原所见世界”的愿望。基于光路可逆原理的集成成像３Ｄ显示能全真地重建 出原始３Ｄ场景，目前这一技术已成为３Ｄ显示领域的研究热点之一。为了全面地了解和掌握集成成像３Ｄ拍摄和显示， 首先对集成成像的基本原理进行了简单的阐述，然后概述了几种典型的集成成像３Ｄ拍摄方法，如全光学拍摄法、直接拍 摄法、扫描式拍摄法等，提出的稀疏相机阵列法和计算机生成法将是未来集成成像３Ｄ拍摄的发展方向。对基于视点和 深度平面的两种集成成像３Ｄ显示方法进行了详细介绍，由于采用不同的方式呈现出３Ｄ图像的立体效果，将具有不同 的应用领域。 关键词：集成成像；３Ｄ拍摄；３Ｄ显示 中图分类号：ＴＮＩ４Ｉ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＹＪＹＸＳ２０１４２９０２．０１５３ ３Ｄ ｐｉｃｋｕｐ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ＷＡＮＧ Ｑｉｏｎｇ—ｈｕａ ，ＤＥＮＧ Ｈ ｕａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）ｄｉｓｐｌａｙｓ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｄｒｅａｍ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｂｅｉｎｇｓ－－ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｗｏｒｌｄ ａｓ ｎａｔｕｒａｌ ａｎｄ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ．Ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈｏｔｓｐｏｔｓ ｉｎ ３Ｄ ｄｉｓｐｌａｙｓ．Ｔｏ ｆｕｌｌｙ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ３Ｄ ｐｉｃｋｕｐ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ，ａｎｄ ｏｖｅｒｖｉｅｗｓ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｉｃａｌ ３Ｄ ｐｉｃｋｕｐ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｉｃｋｕｐ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｐｉｃｋｕｐ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｉｃｋｕｐ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｅｔ ａ１．Ａｎｄ ｔｈｅｎ，ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ３Ｄ ｄｉｓ— ｐｌａｙ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｅｗｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｐｌａｎｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ；ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｉｃｋｕｐ；ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｉｓｐｌａｙ （２Ｄ）显示相比，３Ｄ显示能够带给观看者更强的 １ 引 — 视觉冲击和现场感受，能够把人的感官甚至于思 想完全带人到所观看的场景中去，不仅能让观看 三维（３Ｄ）显示是指采用光学和计算机等多 者获得前所未有的视觉盛宴，还可以体验一种不 种技术手段来模拟实现人眼的立体视觉特性，将 一样的生活方式。在众多的３Ｄ显示技术中，集 空间物体以３Ｄ信息再现出来，呈现出具有纵深 成成像因其对光源没有特殊要求（不需要相干光 感的立体图像的一种显示方式 。与传统的二维 源），信息量相对较少，超薄屏幕（可壁挂），片源获 收稿日期：２０１３—１２—３０；修订日期：２０１４—０１—２７． 基金项目：国家９７３计划（Ｎｏ．２０１３ＣＢ３２８８０２）；四川省科技支撑计划项目（Ｎｏ．２０１１ＧＺ０３３８，Ｎｏ．２０１３ＧＺ００１８） ＊通信联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｈｗａｎｇ＠ＳＣＵ．ｅｄｕ．ｃｎ １５８ 液晶与显示 第２９卷 ［１Ｏ］Ｐａｐａｇｅｏｒｇａｓ Ｐ Ｇ，Ａｔｈｉｎｅｏｓ Ｓ Ｓ，Ｓｇｏｕｒｏｓ Ｎ Ｐ，ｅｔ ａ１．３Ｄ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐｈｏ— ｔｏｇｒａｐｈｙ［ｃ］∥１ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｔｒｉｐｏｌｉ，Ｌｉｂｙａ，２００６． ［１ １］Ｄｅｎｇ Ｈ，Ｗａｎｇ Ｑ Ｈ，Ｌｉ Ｄ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｉｓｔｏｒｔｅｄ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｓｃｏｐｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｂｌａｃｋ ｚｏｎｅ ｉｎ ｒｅａｌ ａｎｄ ｖｉｒｔｕａｌ ｆｉｅｌｄｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，７（５）：２５５—２５８． ［１２］Ｄｅｎｇ Ｈ，Ｗａｎｇ Ｑ Ｈ，ＩＡ Ｄ Ｈ，ｅｔ ａ１．１Ｄ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐａｒａｌｌａｘ ｉｍａｇｅｓ’ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｉ— ｎｅｓｅＯｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０１３，１１（４）：０４１１０１（１－４）． ［１３］Ｄｅｎｇ Ｈ，Ｗａｎｇ Ｑ Ｈ，Ｌｉ Ｄ Ｈ．Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｏｒｔｈｏｓｃｏｐｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｉｍａｇｅ ａｒｒａｙ ｆｒｏｍ ｓｐａｒｓｅ ｃａｍｅｒａ ａｒｒａｙ ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０１２，１０（６）：０６１１０２（１—３）． ［１４］Ｈａｌｌｅ Ｍ．Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ［Ｃ］∥ＳＩＣ，ＧＲＡＰＨ’９８，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２５ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，１ ９９８：２４３－２５４． ［１５］Ｍｉｎ Ｓ Ｗ，Ｋｉｍ Ｊ，Ｌｅｅ Ｂ．Ｎｅｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａ— ｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００５，４４（２）：Ｉ ７１一Ｉ ７４． ［１６３ Ｐａｒｋ Ｋ Ｓ，Ｍｉｎ Ｓ Ｗ，Ｃｈｏ Ｙ．Ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ ｖｅｃｔｏｒ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｉｍａｇｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，２００７，９０（４）：２３１—２４１． ［１ ７１ Ｋｗｏｎ Ｋ Ｃ，Ｐａｒｋ Ｃ，Ｙｏｏ Ｋ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｉｍａｇｅ ｓｐａｃｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ—ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，２０１２，２０（２）：７３２—７４０． ［１８］Ｊｉａｏ Ｓ Ｈ，Ｗａｎｇ ｘ Ｇ，Ｋｉｍ Ｊ Ｙ，ｅｌ ａ１．Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｒａｙ ｃｌｕｓｔｅｒ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，２０１３，２１（８）：１００７０—１００８６． ［１ ９］Ｄｅｎｇ Ｈ，Ｗａｎｇ Ｑ Ｈ，Ｌｉ Ｄ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｉｓｔｏｒｔｅｄ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｓｅｏｐｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｂｌａｃｋ ｚｏｎｅ ｉｎ ｒｅａｌ ａｎｄ ｖｉｒｔｕａｌ ｆｉｅｌｄｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，７（５）：２５５—２５８． ［２ｏ３ Ｊｕｎｇ Ｊ Ｈ，Ｐａｒｋ Ｇ，Ｋｉｍ Ｙ，ｅｔ ａ１．３６０一ｄｅｇｒｅｅ ｖｉｅｗａｂｌｅ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｆｉｌｍｓ［ｃ］∥９ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＩＭＩＤ），Ｉｌｓａｎ，Ｋｏｒｅａ，２００９：１２５４—１２５７． ［２１］Ｈｉｒａｙａｍａ Ｙ，Ｓａｉｓｈｕ Ｔ，Ｆｕｋｕｓｈｉｍａ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｆｌａｔｂｅｄ—ｔｙｐｅ ａｕｔｏ ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｓｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ［ｃ］∥ＣｏｎｓｕｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ，Ｌａｓ Ｖｅｇａｓ，ＵＳＡ，２００６：１２５—１２６． ［２２］Ｙａｎａｋａ Ｋ，Ｙｏｄａ Ｍ，Ｌｉｚｕｋａ Ｔ．Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ Ｕｓｉｎｇ Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｍｉｒｒｏｒ［ｃ］∥ＩＥＥＥ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ， ＣＡ，ＵＳＡ，２０１２：１３５－１３６． ［２３］Ｓｏｎ Ｊ Ｙ，Ｓｏｎ Ｗ Ｈ，Ｋｉｍ Ｓ Ｋ，ｅｔａ１．Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｆｏｒ ｃｒｅａｔｉｎｇ ｒｅａｌ—ｗｏｒｌｄ—ｌｉｋｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｐｒｏ— ｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ，２０１３，１０１（１）：１９０—２０５． ［２４］Ｌｉａｏ Ｈ，Ｓａｋｕｍａ Ｉ，Ｄｏｈｉ Ｔ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｅｄｉｃａｌ ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｖｉｄｅｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ ｓｕｒｇｉｃａｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ［Ｃ］∥Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｎｇｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ，２００７： ２１３—２１８． 一［２５］ ＩＡａｏ Ｈ，Ｈａｔａ Ｎ，Ｎａｋａｊｉｍａ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｂｙ ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｉｍａｇｅ ｏｖｅｒｌａｙ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｖｉｄｅｏｇｒａｐｈｙ ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ，２００４，８（２）：１１４—１２１． ［２６］Ｘｉａｏ Ｘ，Ｄａｎｅｓｈｐａｎａｈ Ｍ，Ｊａｖｉｄｉ Ｂ．Ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ—ｒｅｍｏｖｅｄ ｓｃｈｅｍｅ ｕｓｉｎｇ ｄｅｐｔｈ—ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｉｎｔｅ— ｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＤｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，８（８）：４８３—４９０． ［２７］Ｚｈａｎｇ Ｍ，Ｐｉａｏ Ｙ，Ｋｉｍ Ｅ Ｓ．Ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｕｓｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｍａｐｐｉｎｇ ｉｎ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ［ｊ］． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，２０１０，４９（１４）：２５７１—２５８０． ［２８］Ｊａｖｉｄｉ Ｂ，Ｍｏｏｎ Ｉ，Ｙｅｏｍ Ｓ．Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ｕｓｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，２００６，１４（２５）：１２０９６—１２１０６． ［２９］Ｄｅｎｇ Ｈ，Ｌｉ Ｄ Ｈ，Ｗａｎｇ Ｑ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｔｅｇｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｉｍａｇｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｉｃｒｏ—ｌｅｎｓ ａｒｒａｙｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，５２（１０）：１０３１１３（卜５）． 作者简介：王琼华（１９６９一），女，四川Ｉ通江人，博士，教授，主要从事信息显示方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｑｈｗａｎｇ＠ＳＣＵ．ｅｄｕ．ｃｎ
