[发明专利]一种由聚焦堆栈重建光场的反投影方法和装置

说明书

本发明公开了一种由聚焦堆栈重建光场的滤波反投影方法和装置，主要包括：给出四维光场与聚焦堆栈的几何关系，建立由光场形成聚焦堆栈的投影模型，形成投影算子；以投影模型为基础，建立四维光场与聚焦堆栈的频域关系，形成傅立叶切片关系；基于傅立叶切片关系，建立由聚焦堆栈重建光场的滤波反投影和卷积反投影方法；选取优化的滤波函数和卷积函数重建光场。本发明的聚焦堆栈是探测器和镜头相对移动采集得到的图像序列，通过选取优化的滤波函数和卷积函数，可重建出高精度的四维光场。四维光场可实现相机拍摄视角下的三维重构，可以为虚拟现实和几何测量提供精确的三维结构信息。

技术领域

本发明涉及计算机视觉与数字图像处理领域，尤其涉及一种由聚焦堆栈重建光场的反投影方法和装置。

背景技术

光场成像已成为计算成像和计算机视觉的重要手段。光场采集与获取已成为一个重要的研究领域。近年来，对光场数据获取方法不断涌现：一种方法是直接获取方式，即通过对光学器件的设计，如设计微透镜阵列的光场相机、相机阵列和镜头阵列等，然后直接由这些设计好的光学器件获得光场数据；另一类方法是间接获取方式，用普通相机采集图像序列，并对图像序列进行后计算处理，以重建得到光场数据。但是，对于获取四维光场数据，现有技术中通常使用直接获取方法，但这种方法的采集设备体积庞大，参数固定，成本偏高。急需一种便携性好灵活性高的获取方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由聚焦堆栈重建光场的滤波反投影方法和装置，由聚焦堆栈重建四维光场的滤波反投影和卷积反投影方法。

为实现上述目的，本发明提供一种由聚焦堆栈重建光场的反投影方法，所述方法包括：建立四维光场，形成聚焦堆栈的投影模型，以形成投影算子，其中的所述聚焦堆栈是所述四维光场的二维投影；建立四维光场与聚焦堆栈的频域关系，形成聚焦堆栈平面图像的傅立叶变换对应频域的切片关系；对于聚焦堆栈重建四维光场的滤波反投影方法得到滤波函数，对于聚焦堆栈重建四维光场的卷积反投影方法得到卷积函数；根据所述滤波函数或者所述卷积函数，重建四维光场。

进一步地，所述投影算子通过下述关系式获得：

其中，E(D_x,x′,y′)为聚焦堆栈平面图像，为四维光场，(u,v)为光轴移动透镜坐标，(x,y)为探测器坐标，(u,v)平面移动到(u′,v′)平面，(x,y)平面移动到(x′,y′)平面，D₀为(u,v)平面和(x,y)平面的距离，D_x为(u,v)平面和(x’,y’)平面的距离，D_u为(u‘,v’)平面和(x,y)平面的距离，为双平面(u′,v′)和(x′,y′)参数化表示下的光场。

进一步地，所述聚焦堆栈平面图像的傅立叶变换对应频域的切片关系为：

其中，表示聚焦堆栈平面图像E(D_x,x′,y′)关于x′和y′的二维傅立叶变换；

表示是四维光场的四维傅立叶变换；

聚焦堆栈平面图像的傅立叶变换是四维光场傅立叶变换的二维切片，聚焦堆栈平面图像的傅立叶变换对应频域的切片选取为和

进一步地，所述聚焦堆栈重建四维光场的滤波反投影方法为：

其中，表示傅立叶变换，表示傅立叶逆变换，|ω_x′|和|ω_y′|分别表示ω_x′和ω_y′的绝对值。

进一步地，所述由聚焦堆栈重建四维光场的卷积反投影方法为：

其中，**表示空域中的二维卷积。