[发明专利]一种基于光场模型的多层折射系统成像模型构建方法

说明书

本发明公开一种基于光场模型的多层折射系统成像模型构建方法，包括如下步骤：S101、构建多层折射模型的坐标系系统：构建摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c、折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r及世界坐标系o_wx_wy_wz_w；S102、根据图像点的坐标构建光场矢量，并根据折射系统的折射参数和光场的传播与折射方程计算每个介质层的光场矢量；S103、根据计算好的每个介质层的光场矢量构建多层折射系统的成像模型。本发明基于多层折射模型和光场模型，光场模型既包含光线的位置信息，又包含方向信息，给出了基于光场模型的光路传播和折射的表达式，可用于水下相机成像描述及所有加装防护玻璃或者滤波片的相机成像描述。

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，尤其涉及一种基于光场模型的多层折射系统成像模型构建方法。

背景技术

在水下环境中，成像光线将依次通过水、滤波片、空气这三层折射介质。现有的方法常将传统的相机模型应用到这种折射系统中，使用径向畸变系数来校正折射造成的偏差。然而，折射对不同像素点产生偏差的影响是不同的，使用传统的相机模型会产生明显的误差。

发明内容

本发明的目的在于通过一种基于光场模型的多层折射系统成像模型构建方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于光场模型的多层折射系统成像模型构建方法，其包括如下步骤：

S101、构建多层折射模型的坐标系系统：构建摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c、折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r及世界坐标系o_wx_wy_wz_w；

S102、根据图像点的坐标构建光场矢量，并根据折射系统的折射参数和光场的传播与折射方程计算每个介质层的光场矢量；

S103、根据计算好的每个介质层的光场矢量构建多层折射系统的成像模型。

特别地，所述步骤S101包括：所述摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c建立在摄像机的光心上，以光轴为z方向；折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r建立在摄像机的光心处，以介质平面的法向为z方向；摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c绕轴线o_cz_c×o_rz_r旋转至o_cz_c与o_rz_r重合得到折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r，从而得到从折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r到摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c的旋转矩阵^cR_r。

特别地，所述步骤S102中根据图像点的坐标构建光场矢量，包括：计算第一个介质层的光线方向，并构建光场矢量：