Estudio y mejora de la técnica en representación de información tridimensional y bidimensional sobre display

Résumé

La representación de imagen en displays ostenta en la actualidad una posición privilegiada en la literatura científica. Esto es debido primordialmente al interés comercial que estos sistemas despiertan y su aplicación a diferentes soportes, como son la realidad virtual o los terminales móviles. La obtención de métodos que permitan superar las barreras técnicas de los sistemas de visualización potencialmente puede reducir los costes de manufactura de estos, resultando crucial su investigación. Por tanto, en esta tesis se abordan diferentes cuestiones relacionadas con el procesamiento digital de imágenes condicionadas a la representación y visualización de las mismas. En primer lugar, se ha estudiado la representación y análisis de la función de light-field sobre displays automultiscópicos, esto es, sistemas de visualización capaces de ofrecer a un observador la sensación de profundidad sin necesidad de medios externos como son, por ejemplo, las gafas. Esto se consigue presentando a cada ojo un conjunto de imágenes similares, pero diferenciables en tanto a la disparidad espacial obtenida en relación a la distancia real de los objetos presentes en la escena. Específicamente, esta parte del trabajo se ha elaborado sobre el concepto de display multicapa, siendo éste, esencialmente, un dispositivo compuesto por múltiples capas en las que es posible representar diferentes imágenes, y cuya superposición permite proyectar direccionalmente información que cumpla los requisitos anteriormente descritos. La contribución en este sentido es la mejora de los algoritmos ya existentes para la síntesis de la función de light-field. Los métodos numéricos comúnmente empleados son muy sensibles al mal condicionamiento del problema, y por tanto, dependen enormemente de la solución inicial del problema. Se analizan diferentes métodos, y se presentan dos alternativas que mejoran los resultados previos sobre el método weighted non-negative matrix factorization (WNMF). Finalmente se ha elaborado un modelo funcional del dispositivo compuesto por tres capas. De forma paralela, se ha estudiado la viabilidad de este tipo de sistemas con el objetivo de discriminar observadores, esto es, evitar que el contenido representado pueda ser percibido en ciertas direcciones. Asimismo, se ha propuesto una metodología que permite optimizar el modelo, reduciendo enormemente los requisitos físicos del dispositivo y mejorando la calidad de las imágenes representadas, tanto para los observadores autorizados como para los que no. La representación de imagen tridimensional y los métodos empleados en el transcurso de este trabajo pueden ser entendidos como una tomografía de ángulo limitado. Es por ello que, de forma alternativa, se ha aplicado el weighted non-negative tensor factorization (WNTF), como generalización del algoritmo WNMF, en tomografía de la atmósfera en contraparte a otros métodos más tradicionales como el randomized Kaczmarz. Asimismo, en esta tesis, y en la línea de displays tradicionales, se ha propuesto y estudiado un método que permite mejorar la resolución de las imágenes mostradas por encima del límite que el ancho de banda del dispositivo determina. Esto se ha conseguido aplicando un desenfoque artificial al sistema observado y pre-compensando la imagen representada teniendo en cuenta el diámetro del círculo de confusión. Su aplicación fue demostrada a nivel experimental tanto en un sistema de realidad virtual, como en un proyector comercial. Finalmente, se presenta una técnica basada en la medida y caracterización de un display con microlentes para mejorar la percepción de un observador no emétrope. Esto consiste en evaluar la respuesta al impulso generada por cada uno de los píxeles del sistema, para posteriormente ser almacenada y empleada para pre-compensar la imagen mostrada. Se realizaron tanto pruebas en simulación, como a nivel experimental donde se demuestra la viabilidad de la técnica. Asimismo, se evalúa este método con el fin de introducir enfoque variable sobre la misma pantalla.