From Light Fields to Wavefields: Hologram Generation Using Multiperspective Images
Mäkinen, Jani (2017)
Mäkinen, Jani
2017
Tietotekniikka
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-06-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705261552
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705261552
Tiivistelmä
In this thesis, the link between the ray-optics and wave-optics formalisms of light propagation modeling is studied through light field (LF) and holography. Multi-perspective images, such as captured by multicamera arrays, are utilized to obtain the discrete LF information. Three di erent computer generated hologram (CGH) representations are discussed in the thesis: holographic stereogram (an example for incoherent CGH), phase-added stereogram and diffraction specific coherent panoramagram (examples for coherent CGH). Comparative analysis of these three different holographic representation techniques is carried out through experiments simulating the viewing process of the holograms by the human eye. In particular, reconstructed image quality is compared for different scenes at different viewpoints. The accommodation responses of each technique is also evaluated via changing the focal length of the lens in the human eye model to focus the eye at different distances.
The prominent issue of speckle noise apparent in hologram reconstruction process is particularly addressed in detail, since it heavily affects the quality of the reconstructed images. In addition to existing solutions analyzed in the thesis, random averaging and pixel separation, a speckle suppression method based on pixel separation for coherent holograms is proposed. The proposed method is shown to further enhance the reconstructed image quality with respect to existing speckle reduction techniques. Besides the perceived image quality, another topic that is seen to be critical in the context of the thesis is simplifying the capture process of LF. In this aspect, the strict camera sampling requirements in LF capture for holographic stereograms are shown to be relieved considerably through the use of shearlet-based LF reconstruction algorithm. This enables utilization of more appropriate capture devices, e.g. multi-camera arrays, instead of conventionally used camera rigs. Tämän työn tavoitteena on tarkastella valon säde- ja aalto-optiikkaa valokenttien ja holografian kautta. Moniperspektiivisiä kuvia käytetään tallentamaan diskreetin valokentän informaatio. Kolme eri digitaalista hologrammiesitystä valittiin tähän työhön vertailtavaksi: holographic stereogram (esimerkkinä inkoherenteista hologrammeista), phase-added stereogram ja diffraction specific coherent panoramagram (esimerkkeinä koherenteista hologrammeista). Näiden hologrammiesitysten välisiä eroja analysoidaan ihmisnäköä numeerisesti simuloivien kokeiden avulla. Erityisesti eri hologrammitallenteista saatujen rekonstruktiokuvien visuaalista laatua vertaillaan simuloimalla katsojaa eri näkökulmista.
Holografiseen rekonstruktioprosessiin liittyvää pilkkuhäiriötä käsitellään yksityiskohtaisesti, sillä se heikentää havaittujen kuvien laatua huomattavasti. Nykyisten ratkaisujen, kuten satunnaiskeskiarvottamisen ja pikseliseparaation lisäksi johdetaan pikseliseparaatioon pohjautuva pilkkuhäiriötä vähentävä menetelmä koherenteille hologrammeille. Kokeiden perusteella tämän menetelmän osoitetaan parantavan rekonstruktiokuvien laatua. Havaitun kuvanlaadun lisäksi kriittinen aihe tämän työn kontekstissa on valokentän tallentamisen helpottaminen. Tiukkoja näytteistämisvaatimuksia tähän liittyen voidaan keventää huomattavasti shearlet-muunnokseen pohjautuvan valokentän rekonstruktioalgoritmin avulla, mahdollistaen perinteisesti käytettyjen järjestelmien sijaan käytännöllisempien kameraryhmien käytön.
The prominent issue of speckle noise apparent in hologram reconstruction process is particularly addressed in detail, since it heavily affects the quality of the reconstructed images. In addition to existing solutions analyzed in the thesis, random averaging and pixel separation, a speckle suppression method based on pixel separation for coherent holograms is proposed. The proposed method is shown to further enhance the reconstructed image quality with respect to existing speckle reduction techniques. Besides the perceived image quality, another topic that is seen to be critical in the context of the thesis is simplifying the capture process of LF. In this aspect, the strict camera sampling requirements in LF capture for holographic stereograms are shown to be relieved considerably through the use of shearlet-based LF reconstruction algorithm. This enables utilization of more appropriate capture devices, e.g. multi-camera arrays, instead of conventionally used camera rigs.
Holografiseen rekonstruktioprosessiin liittyvää pilkkuhäiriötä käsitellään yksityiskohtaisesti, sillä se heikentää havaittujen kuvien laatua huomattavasti. Nykyisten ratkaisujen, kuten satunnaiskeskiarvottamisen ja pikseliseparaation lisäksi johdetaan pikseliseparaatioon pohjautuva pilkkuhäiriötä vähentävä menetelmä koherenteille hologrammeille. Kokeiden perusteella tämän menetelmän osoitetaan parantavan rekonstruktiokuvien laatua. Havaitun kuvanlaadun lisäksi kriittinen aihe tämän työn kontekstissa on valokentän tallentamisen helpottaminen. Tiukkoja näytteistämisvaatimuksia tähän liittyen voidaan keventää huomattavasti shearlet-muunnokseen pohjautuvan valokentän rekonstruktioalgoritmin avulla, mahdollistaen perinteisesti käytettyjen järjestelmien sijaan käytännöllisempien kameraryhmien käytön.