Three-dimensional integral imaging based capture and display system using digital programmable fresnel lenslet arrays
Sayısal programlanabilir fresnel mercekcik dizilerinin kullanıldığı integral görüntüleme tabanlı üç-boyutlu görüntü çekim ve gösterim sistemi
- Tez No: 321316
- Danışmanlar: PROF. DR. LEVENT ONURAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 143
Özet
Geleneksel integral görüntüleme sistemlerinde analog mercekcik dizileri kullanılır. Biz analog mercekcik dizileri yerine, ışığın yalnızca evresini değiştirebilen silikon üzerine sıvı kristal uzamsal ışık modülatörüne yazılmış sayısal Fresnel mercekcik dizisi örüntüsü kullandık. Böylece, önerilen sistemin çekim kısmını Fresnel dalga yayılımı ilintisi kullanarak kuramsal olarak çözümledik. çözümün sonuçları, mercekcik dizisi örüntüsünün pikselizasyonuna ve nicemlendirilmesine bağlı olarak, yüksek kırınım basamaklarının ve çoklu odak noktalarının ortaya çıktığını gösteriyor. Ayrık mercekciklerin neden olduğu çoklu odak düzlemlerinden dolayı, çoklu görüntü düzlemleri gözlenmektedir. Ayrıca bu mercekcik dizileri, kaydedilen imgecikler üzerinde başka bozulmalara da neden olmaktadır. Bu mercekciklerin kullanımından doğan etkiler ihmal edildiğinde, sonuçlar literatürde bulunanlara indirgenmektedir. Görüntü çekim kısmının benzetimlerini gerçekleştirdik. İmgecikleri, kabul edilebilir görüntü kalitesinde elde etmek mümkün olduğu görülü. Belirtilen ayrık mercekcik dizisini hem çekim hem de gösterim kısımlarında kullanarak, görünür ışıkta çalışan bir integral görüntüleme sistemi de kurduk. Kurulan bu sistemde, ışıklı cisimler (örneğin bir LED dizisi) kullanılarak görünür ışıkta tatmin edici sonuçlar elde ettik. Ayrık mercekcik dizisinden oluşan bu yeni sistem, integral görüntüleme sistemlerine esneklik getirmektedir. Böylece, sistemin görsel performansını artırmak için, daha önceki analog çözümler şimdi elektro-optik aygıtlarla sayısal olarak daha kolay gerçekleştirilebilecektir. Bir kırınım örüntüsünü, bir imgecik kümesine çeviren bir yöntem ve bu yöntemin uygulamalarını da inceledik. Belirtilen yöntemi kullanarak, kırınım örüntüsünden elde edilen imgecik kümelerini bir integral görüntü gösterim düzeneğine yazarak 3B görüntü elde ettik. Imgecik kümeleri, genellikle ışın izleme yöntemi kullanılarak elde edilir. Biz ise, buna bir alternatif olarak, imgecikleri kırınım hesaplayarak elde ediyoruz. Işın izleme yöntemleri, ışığın girişimi ve kırınımı olgularını gösteremezler. Önerdiğimiz bu yöntem, 3B bir cismin veya sahnenin görünür ışıktaki holografik kaydından, imgeciklerini elde etmemize olanak sağlamaktadır. Kırınım örüntüsü sayısal olarak üretilmiş ya da görünür ışıkta sayısal olarak çekilmiş veriler olabilir. Bu yöntem, 3B bir cismin hologram (kırınım örüntüsü) ile aynı cismin bir imgecik kümesi arasındaki bağıntıyı göstermektedir. Sayısal mercekcik dizisi ile çalışan bir integral görüntü gösterim düzeneğinde, geriçatımlar elde ettik. Karşılaştırma amacıyla, yine kırınım hesaplamaları kullanarak, sayısal geriçatımlar da elde ettik. Sayısal ve optik geriçatım sonuçlarının biribirleri ile uyumlu olduğu gözlendi. Son olarak, 3B bir cismin ortoskopik derinlik görüntüsü veren görüntü geriçatımını elde etmek için başka bir yöntem daha geliştirdik. Bu yöntem ile, yanlış derinlik görüntüsü veren (psedoskopik) geriçatım oluşturan bir imgecik kümesini, ortoskopik geriçatım oluşturan başka bir imgecik kümesine çevirdik. Yine, bu amaçla dalga yayılımı benzetimlerini kullandık. Sayısal ve görünür ışıktaki geriçatım sonuçlarını da karşılaşılaştırdık. Sonuçların kalitesinin, görüntüleme sisteminin fiziksel sınırları dahilinde, yeterli olduğu gözlendi.
Özet (Çeviri)
A Fresnel lenslet array pattern is written on a phase-only LCoS spatial light modulator device (SLM) to replace the regular analog lenslet array in a conventional integral imaging system. We theoretically analyze the capture part of the proposed system based on Fresnel wave propagation formulation. Due to pixelation and quantization of the lenslet array pattern, higher diffraction orders and multiple focal points emerge. Because of the multiple focal planes introduced by the discrete lenslets, multiple image planes are observed. The use of discrete lenslet arrays also causes some other artefacts on the recorded elemental images. The results reduce to those available in the literature when the effects introduced by the discrete nature of the lenslets are omitted. We performed simulations of the capture part. It is possible to obtain the elemental images with an acceptable visual quality. We also constructed an optical integral imaging system with both capture and display parts using the proposed discrete Fresnel lenslet array written on a SLM. Optical results, when self-luminous objects, such as an LED array, are used indicate that the proposed system yields satisfactory results. The resulting system consisting of digital lenslet arrays offers a flexible integral imaging system. Thus, to increase the visual performance of the system, previously available analog solutions can now be implemented digitally by using electro-optical devices. We also propose a method and present applications of this method that converts a diffraction pattern into an elemental image set in order to display them on a display-only integral imaging setup. We generate elemental images based on diffraction calculations as an alternative to commonly used ray tracing methods. Ray tracing methods do not accommodate the interference and diffraction phenomena. Our proposed method enables us to obtain elemental images from a holographic recording of a 3D object/scene. The diffraction pattern can be either numerically generated or digitally acquired from optical input. The method shows the connection between a hologram (diffraction pattern) of a 3D object and an elemental image set of the same 3D object. We obtained optical reconstructions with a display-only integral imaging setup where we used a digital lenslet array. We also obtained numerical reconstructions, again by using the diffraction calculations, for comparison. The digital and optical reconstruction results are in good agreement. Finally, we showed a method to obtain an orthoscopic image of a 3D object. We converted an elemental image set that gives real pseudoscopic reconstruction into another elemental image set that gives real orthoscopic reconstruction. Again, we used wave propagation simulations for this purpose. We also demonstrated numerical and optical reconstructions from the obtained elemental image sets for comparison. The results are satisfactory given the physical limitations of the display system.
Benzer Tezler
- Qualitative methods in microwave imaging
Mikrodalga ile görüntülemede nitel yöntemler
MEHMET NURİ AKINCI
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ÇAYÖREN
- Local signal decomposition based methods for the calculation of three-dimensional scalar optical diffraction field due to a field given on a curved surface
Eğri bir yüzey üzerinde verilen alana karşılık gelen üç boyutlu skalar optik alanın hesaplanması için lokal sinyal ayrıştırma tabanlı yöntemler
ERDEM ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT ONURAL
- Computational models and methods for ultrasound tomography
Başlık çevirisi yok
HÜSEYİN EMRE GÜVEN
Doktora
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiNortheastern UniversityPROF. ERIC L. MILLER
PROF. ROBIN O. CLEVELAND
- Tomografik görüntü oluşturulmasında doğrudan fourier yöntemine yeni bir yaklaşım
A Novel approach to direct fourier transform technique in tomographic image reconstruction
A.FİLİZ BAYTAŞ
Doktora
Türkçe
1994
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİH GEÇKİNLİ
- Qualitative microwave imaging in non-destructive testing and evaluation applications
Nitel mikrodalga görüntülemede tahribatsız muayene ve değerlendirme uygulamaları
SEMİH DOĞU
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET NURİ AKINCI