Analysis of the depth of field of integral imaging displays based on wave optics

In this paper, we analyze the depth of field (DOF) of integral imaging displays based on wave optics. With considering the diffraction effect, we analyze the intensity distribution of light with multiple microlenses and derive a DOF calculation formula for integral imaging display system. We study the variations of DOF values with different system parameters. Experimental results are provided to verify the accuracy of the theoretical analysis. The analyses and experimental results presented in this paper could be beneficial for better understanding and designing of integral imaging displays

Captura y reproducción de imágenes 3D mediante sistemas de Imagen Integral. Diseño, implementación y aplicaciones

Una gran mayoría de los usuarios de monitores para la visualización de imágenes tiene el deseo de migrar de los sistemas de visualización de imágenes bidimensionales (2D) a los sistemas de visualización de imágenes tridimensionales (3D), pero la realidad es que dicha migración no se está produciendo debido a que los sistemas disponibles en la actualidad tienen numerosas limitaciones y no satisfacen las expectativas de los usuarios. Esta insatisfacción proviene del hecho de que los sistemas 3D disponibles en la actualidad no son capaces de estimular los principales mecanismos que el cerebro emplea para percibir nuestro entorno en 3D. Junto con la Holografía, la Imagen Integral es la única técnica capaz de estimular los principales mecanismo físicos y psicológicos involucrados en la visión 3D. Los sistemas de Imagen Integral proporcionan paralaje horizontal y vertical. Cada punto de la escena 3D se reconstruye a partir de un gran número de rayos luminosos, por lo que la transición entre las distintas perspectivas es cuasi continua y el paralaje de movimiento no presenta saltos abruptos. Además, los mecanismos de convergencia y acomodación se estimulan correctamente sin que se produzca conflicto entre ambos. La ventaja de la Imagen Integral con respecto a sus competidoras es que para su implementación no es necesario desarrollar nuevas tecnologías, se pueden usar las tecnologías digitales actuales para la captura y reproducción de imágenes 2D tales como los sensores CMOS o CCDs y los monitores basados en LCDs, Plasma y LEDs. Los sistemas de Imagen Integral pueden trabajar en diferentes configuraciones y los requerimientos técnicos pueden ser muy diversos en función de la aplicación a la que estén destinados. En esta Tesis se analizan las configuraciones empleadas más comúnmente en estos sistemas, así como su clasificación en función de su utilidad. Al igual que el resto de técnicas para capturar y reproducir imágenes en 3D, la Imagen Integral tiene algunas limitaciones. Entre esas limitaciones se encuentra la naturaleza pseudoscópica y la baja resolución de las imágenes reconstruidas, las inhomogeneidades en la resolución lateral, el fenómeno del trenzado de facetas y la limitada profundidad de campo en la etapa de captura. Tales limitaciones se estudian en esta Tesis y se proponen algunas soluciones a las mismas con el objetivo de contribuir a la viabilidad de la técnica. Adicionalmente, el número de aplicaciones científicas y técnicas basadas en la Imagen Integral ha crecido rápidamente en los últimos años. A lo largo de esta Tesis se han propuesto un par de aplicaciones técnicas, entre las que se incluye un método para analizar las tensiones en un sistema que involucra diversas láminas con oclusiones mutuas y un sistema que permite llevar a cabo reconstrucciones 3D a escala real, incluyendo el color y la textura del objeto original. Se prevé que el mercado de los monitores 3D crecerá enormemente en cuanto se consiga comercializar un sistema que permita estimular todos los mecanismos físicos y psicológicos involucrados en la visión de objetos 3D y se resuelvan los problemas de infraestructura básica, la competitividad de los precios y la disponibilidad de contenidos.Most users desire to migrate from two-dimensional (2D) displays to three-dimensional (3D) displays, but reality is that such migration is not occurring because currently available systems have numerous limitations and do not meet user expectations. User dissatisfaction comes from the fact that current 3D systems are not able to provide realistic images that stimulate the main mechanisms of the human visual system involved in 3D perception. Integral Imaging, along with Holography, is the only technique capable of providing the human brain with the proper physical and psychological clues for 3D perception. Integral Imaging systems can work in different configurations and technical requirements may be very different depending on the applica-tion. The most commonly used configurations of these systems and a classification based on their utility will be analyzed in this Thesis. There are some intrinsic limitations of the Integral Imaging technique that needs to be overcome to make it viable as a 3D display technique. Among these limitations are: the low resolution and the pseudoscopic nature of the reconstructed images, the inhomogeneities in the lateral resolution, the facet braiding phenomenon and the limited depth of field in the capture stage. Such limitations will be studied in this Thesis and some solutions will be proposed in order to contribute to the viability of the technique. Additionally, the number of scientific and technical applications based on Integral Imaging has grown rapidly in recent years. Throughout this Thesis, there have been proposed a couple of technical applications that include a method for analyzing the stresses within thin plates having mutual occlusions and a system that allows carrying out real scale reconstructions of 3D objects, including color and texture