【正文】 ry: 此類算法不需要任何空間幾何信息，只需要大量采集場(chǎng)景的圖像。比較具有代表性的有光場(chǎng)渲染(Light Field Rendering, LFR)，光場(chǎng)場(chǎng)景的光場(chǎng)獲取及其重現(xiàn)技術(shù)研究，采用基于圖像渲染技術(shù)一種新的實(shí)現(xiàn)方法光場(chǎng)渲染技術(shù)(LFR)，其內(nèi)容是在不需要圖像的深度信息或相關(guān)性的條件下,通過預(yù)先拍攝的一組場(chǎng)景照片，建立該場(chǎng)景的光場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后對(duì)于任意給定的新視點(diǎn)，經(jīng)過重采樣和雙線性插值運(yùn)算，得到該視點(diǎn)的視圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)場(chǎng)景的漫游。光場(chǎng)描述的是自由空間中某一點(diǎn)沿著一定方向的光線輻射度值，該空間所有的有向光線集就構(gòu)成光場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，這里所描述的光線是一個(gè)矢量。 [J].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010年8月，40卷（8期）：813819LFR首先按照一定規(guī)則采集大量的場(chǎng)景圖片，然后使用插值的方法渲染出新的場(chǎng)景。LFR的優(yōu)點(diǎn)是避免了求解復(fù)雜的3D模型，實(shí)現(xiàn)原理也簡(jiǎn)單高效，其缺點(diǎn)卻是過于依賴數(shù)據(jù)的采集，因此需要更多場(chǎng)景圖像、更大的存儲(chǔ)空間。Rendering with implicit geometry：此類算法不過度的依賴幾何模型，它們一般是針對(duì)于特征點(diǎn)進(jìn)行建模。比如，View Interpolation算法通過在對(duì)應(yīng)點(diǎn)的光流進(jìn)行插值運(yùn)算從而產(chǎn)生一個(gè)新的視角。此類算法是一種折中的方法，既需要一些空間幾何信息也需要采集一些場(chǎng)景圖像。 在實(shí)際的FTV的應(yīng)用中，最流行的IBR方法是光場(chǎng)渲染的方法(Light Field Rendering, LFR )，該方法簡(jiǎn)單且計(jì)算量小，生成的圖像質(zhì)量較高。LFR算法只需要原始圖像就可以生成新的渲染圖像，并且采集設(shè)備簡(jiǎn)單，這種特性使得其成為FTV系統(tǒng)的主導(dǎo)技術(shù)。因此，本文中的FTV系統(tǒng)就是基于LFR渲染算法實(shí)現(xiàn)的。 Light field rendering胡孔明,于瀛潔,[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2008,29(02):2227 Marc Levoy and Pat Field Rendering[M].stanford university：Computer Science Department，光場(chǎng)渲染(LFR)技術(shù)是20 世紀(jì)90 年代中期出現(xiàn)的一種新的基于圖像的渲染算法。它不需要場(chǎng)景的空間信息進(jìn)行建模，只需要采集各個(gè)視角的圖像，然后進(jìn)行重采樣即可繪制任意視點(diǎn)的虛擬場(chǎng)景，并且繪制時(shí)間僅和所需內(nèi)存和圖像的大小有關(guān)，與場(chǎng)景的復(fù)雜度無關(guān)。 LFR的理論基礎(chǔ)是全光函數(shù)(Plenoptic function) ，定義為光場(chǎng)是空間中任意時(shí)刻任意方向經(jīng)過任意一點(diǎn)的某個(gè)波長(zhǎng)的光線的輻照強(qiáng)度?；谌夂瘮?shù)的IBR可定義為：給定一個(gè)連續(xù)的全光函數(shù)來表示一個(gè)場(chǎng)景。IBR過程可分為兩個(gè)階段即采樣階段和繪制階段，在采樣階段，對(duì)全光函數(shù)進(jìn)行采樣并且表示和存儲(chǔ)；在繪制階段，由采樣得到的光線對(duì)連續(xù)的全光函數(shù)進(jìn)行重構(gòu)。 在全光函數(shù)中，如果忽略波長(zhǎng)參數(shù)和時(shí)間參數(shù)，并且假定同一光線在空間中任意一點(diǎn)的輻照強(qiáng)度都相同，即與距離的遠(yuǎn)近沒有關(guān)系，此時(shí)的7D的全光函數(shù)就可以降到4D。一旦確定了4D光場(chǎng)這樣的光線空間后，就可以參數(shù)化這個(gè)自由空間，比較常見的方法是通過光線與兩個(gè)平行的平面交點(diǎn)的坐標(biāo)來表示。圖44給出了典型的LFR的配置，包含兩個(gè)平行的光平面，即相機(jī)平面(Camera plane,UV )和焦平面(Focal plane,ST )。相機(jī)平面可以被理解為放置攝像機(jī)的平面，焦平面平行于相機(jī)平面，使用這兩個(gè)平面就可以描述一個(gè)光線，即通過光線與兩個(gè)互相平行位面（UV,ST）的交點(diǎn)來參數(shù)化該光線。一條光線可以由四個(gè)變量描述，(u0,v0,s0,t0)，其中(u0,v0)和(s0,t0)分別為光線與相機(jī)平面與焦平面的交點(diǎn)。這些平面通常是離散的，從而使可以記錄有限數(shù)量的光線。如果焦平面上所有的離散點(diǎn)都連接到一個(gè)相機(jī)平面上的點(diǎn)，一幅圖像（二維光場(chǎng)陣列）就生成了。這幅圖像可以理解為該攝像機(jī)對(duì)該物體進(jìn)行拍照的結(jié)果。對(duì)于攝像機(jī)平面上的所有點(diǎn)重復(fù)上述過程，就可以得到一個(gè)二維圖像陣列，如圖45所示。因此，光場(chǎng)的四維表示(u0,v0,s0,t0)也可以理解為一個(gè)二維圖像陣列。這種光場(chǎng)描述方法被稱為雙平面參數(shù)法。這兩個(gè)平面稱為一個(gè)光片(Light slab)，要描述整個(gè)場(chǎng)景，一共需要六個(gè)這樣的光片。由此，我們可以把光場(chǎng)看做是一個(gè)場(chǎng)景的一批透視圖，這些透視圖是從放置在一塊2D平面上的緊鄰的點(diǎn)拍攝的。如果這些視點(diǎn)間的間距能夠足夠密，且它們的視野角度足夠大，那么圖像陣列就可以包含對(duì)場(chǎng)景中離開每個(gè)點(diǎn)及傳向每個(gè)方向的光線，也就是說，離開物理場(chǎng)景的光所產(chǎn)生的場(chǎng)包圍了整個(gè)場(chǎng)景。 圖4 4 典型的LFR架構(gòu)圖4 5 二維的光場(chǎng)圖像陣列（Buddha）從任意一個(gè)的位置所得到對(duì)象的虛擬視圖時(shí)，對(duì)于(ST)平面的某個(gè)位置(s0,t0)觀察到的結(jié)果要么是正好一個(gè)采樣，要么是將這一位置四周的采樣進(jìn)行插值后得到的結(jié)果。例如圖46，渲染成像平面上的點(diǎn)(x0,y0)的像素值和光線(u0,v0,s0,t0)的值一樣，都可以由鄰近兩個(gè)平面的光線插值求出。因此，可以說(ST)平面上的采樣點(diǎn)密度決定了渲染的精度，(UV)平面上離散點(diǎn)的數(shù)目決定了采樣的精度。在LFR中主要有兩種插值算法：最近鄰插值和雙線性插值。在最近鄰插值算法中，渲染得到的圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的值由其最近的相機(jī)所決定。類似的，在雙線性插值中，每個(gè)渲染的像素 值是多個(gè)攝像機(jī)加權(quán)所決定。一方面，雖然最近鄰插值算法容易實(shí)現(xiàn)，但是它常常會(huì)出現(xiàn)較多的失真（不連續(xù)）的現(xiàn)象，特別是當(dāng)相鄰攝像機(jī)在同一區(qū)域捕獲的不同場(chǎng)景的時(shí)候。另一方面，雙線性插值雖然渲染結(jié)果更加的自然和平滑，但是計(jì)算量較大。 圖4 6 LFR中的插值算法：最近鄰插值和雙線性插值 LFR的渲染算法的實(shí)現(xiàn)流程圖及分析 本文的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是基于斯坦福大學(xué)的Buddha系統(tǒng)搭建，相機(jī)平面(Camera plane)和焦平面(Focal plane)的圖像坐標(biāo)系如下構(gòu)成： 圖4 7 Buddha系統(tǒng)中的 光 場(chǎng)坐標(biāo)系為了方便的闡述具體的實(shí)現(xiàn)算法，這里將圖47轉(zhuǎn)化為二維平面空間，見圖48： 圖4 8 Buddha的二維 光 場(chǎng) 平面的描述 LFR算法實(shí)現(xiàn) (1) 在二維平面上構(gòu)建FTV系統(tǒng)，如圖48所示；(2) 對(duì)于一個(gè)新的視角CA和其給定的視線向量，從CA出發(fā)沿著方向得到垂直距離為2，大小為2*2的成像平面Image；(3) 從CA出發(fā)順序枚舉Image平面上的一個(gè)圖像采樣點(diǎn)得到一條光線；(4) 若該光線與st平面無交點(diǎn)，如光線A所示，則該光線上的像素值都為0，即Image平面上的該取樣點(diǎn)I1的像素值為0，轉(zhuǎn)步驟(7)；(5) 若該光線與st平面有交點(diǎn)為s1，并與uv平面交于點(diǎn)u1，如光線B所示，則轉(zhuǎn)向步驟(6)；(6) 在uv平面上找到與u1最鄰近的兩個(gè)點(diǎn)（采樣攝像機(jī)的位置），則Image平面上的取樣點(diǎn)I2的像素值由該兩個(gè)攝像機(jī)在s1成圖像的像素值插值得到；(7) 如果Image平面所有采樣點(diǎn)都已被遍歷則結(jié)束（例如成像平面大小為N*N，則一共順序枚舉N*N次），否則轉(zhuǎn)(3)。 本課題渲染的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 為了檢驗(yàn)本文LFR系統(tǒng)的有效性，分別在不同的位置和視角上進(jìn)行了測(cè)試，并給出了部分的渲染結(jié)果。在Buddha光場(chǎng)中，我們可以將位置A作為參考，其位置坐標(biāo)為[0,0,2]，視線的法線方向?yàn)閇0,0,1]。基于此 為了展示視角的平移和旋轉(zhuǎn)的渲染結(jié)果，表格[41]給出了如下六種虛擬視點(diǎn)的位置和視線信息。 Buddha光 場(chǎng) 數(shù)據(jù)庫(kù)是斯坦福大學(xué)提供的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)一共包含32*32組圖片以及整個(gè)光場(chǎng)（如光板大小和坐標(biāo)，攝像機(jī)位置等）的坐標(biāo)體系。 圖4 9 Buddha系統(tǒng)中視點(diǎn)位置的描述表4 1 Buddha系統(tǒng)新視點(diǎn)坐標(biāo)以及視線圖410給出了各種視點(diǎn)的兩種渲染結(jié)果，分別是最近鄰插值和雙線性插值的結(jié)果。 圖4 10 6個(gè)視點(diǎn)的圖像渲染結(jié)果 本章小結(jié) 本章首先介紹了FTV系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，包括了采集端、傳輸和接收端三個(gè)模塊，并分析了這三個(gè)模塊的功能特性。，然后根據(jù)此坐標(biāo)系設(shè)定了多個(gè)虛擬攝像機(jī)，并給出了相應(yīng)的成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明LFR算法具有運(yùn)算簡(jiǎn)單、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。第五章 基于MFC三維立體視頻水印技術(shù)的編程實(shí)現(xiàn)總體流程圖如下： 圖5 1 總體流程圖總體界面如下：圖5 2 總體MFC界面 水印的嵌入點(diǎn)擊“嵌入水印”，則彈出對(duì)話框如下：圖5 3 樣本嵌入水印圖此為對(duì)一張圖片進(jìn)行嵌入水印所得的結(jié)果，即為樣本。若想對(duì)所有圖片嵌入水印則點(diǎn)擊“全部嵌入”，嵌入完畢時(shí)產(chǎn)生對(duì)話框如下：圖5 4 全部嵌入水印產(chǎn)生的對(duì)話框 對(duì)于任意視角的圖片渲染和水印渲染樣例：在MFC界面中，a,b,c中輸入視線法向量（0,0，1），x,y,z中輸入視角（,0,3），然后點(diǎn)擊渲染按鈕，產(chǎn)生圖片渲染結(jié)果的窗口：圖5 5 任意視角圖片渲染結(jié)果在窗口處點(diǎn)擊回車，出現(xiàn)水印渲染結(jié)果的窗口：圖5 6 相應(yīng)的任意視角水印渲染結(jié)果水印渲染之所以出現(xiàn)這種周圍是0像素中間是水印序列是因?yàn)殇秩具^程將低頻的部分過濾掉，即能量低的部分，這樣可以相對(duì)地提高相關(guān)度。像素為0的部分全部是與ST平面沒有交點(diǎn)的部分。 水印的檢測(cè)點(diǎn)擊“相關(guān)系數(shù)”按鈕，則在MFC界面會(huì)輸出渲染的圖片和渲染的水印進(jìn)行相關(guān)的相關(guān)系數(shù)值，如下：圖5 7 水印的檢測(cè)（由相關(guān)系數(shù)實(shí)現(xiàn)），認(rèn)定此圖片為嵌入了本水印的圖片，即侵犯版權(quán)。 本章小結(jié)本章主要對(duì)此 畢 設(shè)的編程實(shí)現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行了展示，包括MFC界面內(nèi)的水印嵌入、光場(chǎng)渲染以及對(duì)水印的檢測(cè)的編程實(shí)現(xiàn)。 致 謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，通過對(duì)數(shù)字水印的編程設(shè)計(jì)，我受益匪淺。在這段時(shí)間里，大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)得到了綜合的運(yùn)用，同時(shí)，在**老師的指導(dǎo)下，我也掌握了立體視頻數(shù)字水印的基本思想，了解了當(dāng)今水印技術(shù)的趨向。在這個(gè)水印的設(shè)計(jì)中，我主要完成了對(duì)圖片進(jìn)行水印的嵌入和渲染，然后對(duì)給定的圖片進(jìn)行相關(guān)度的檢測(cè)。對(duì)給定圖片進(jìn)行相關(guān)度檢測(cè)包括對(duì)相應(yīng)視角的水印進(jìn)行渲染，最后再對(duì)渲染的水印和給定的圖片進(jìn)行相關(guān)度檢測(cè)，若 相 關(guān) 。付出了努力后，最終完成了三維立體視頻數(shù)字水印的基本功能，但遺憾的是，有些功能模塊由于時(shí)間關(guān)系無法實(shí)現(xiàn)，且窗口還不夠美觀，在軟件的實(shí)時(shí)性上還有很多的不足。因此，在今后的學(xué)習(xí)中，我還將會(huì)對(duì)這方面的知識(shí)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和研究。盡管本人在編程開發(fā)和論文撰寫的過程中也付出了努力，但**老師在總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)中給我提出的許多建議，是我畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利通過的必要條件之一。在此，我對(duì)*老師表示誠(chéng)摯的感謝！最后感謝同學(xué)對(duì)我的幫助和評(píng)委老師對(duì)此論文的審閱。參考文獻(xiàn)1．[M].北京：人民郵電出版社，2007年2．楊義先、[M].北京：高等教育出版社，2002年3. 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Apostolidis (a) and Georgios A. Triantafyllidis (b)(a) ITICERTH, Thessaloniki, Greece and (b) Technological Educational Institution of Crete, GreeceEmail: apostolid@ amp。 gt@ABSTRACTIn FreeView Television (FTV), the user can interactively control the viewpoint and generate new arbitrary views of a dynamic scene from any 3D position. The new views might be recorded and misused.