[发明专利]基于六边形拼接算法的光场图像重聚焦方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像处理技术，特别涉及一种基于六边形拼接算法的光场图像重聚焦方法。

背景技术

近年来光场相机成像技术迅猛发展，其在民用领域取得了长足发展和广泛应用，在科研领域获得了许多研究机构与科研人员的关注和研究。特别的，光场相机测量方法作为仅仅使用单镜头就可以使用图像处理技术对测量结果进行计算、分析的图像测量方法，其测量精度、速度、信息深度在光场相机本身的发展外，还成为图像处理技术发展的有力推动。由于光场相机测量方法测量速度快、可以在线实时测量、对环境要求低等优点，其在精密测量领域，尤其是颗粒测量领域中，有着巨大的发展潜力和研究前景。

在光场相机测量方法中，将原始图像复原为可以被计算、分析的图像的重聚焦过程是整个光场相机测量中最重要的步骤之一。重聚焦的质量和精度决定了后续计算、分析的质量和精度的上限。但是，由于在精密测量中，常用到的微透镜阵列是蜂窝分布结构的，这与常规光场相机的横纵排列的微透镜阵列是不同的，因此传统的正方形拼接的光场相机重聚焦方法不能应用到现今科研中大量应用的装有蜂窝分布型微透镜阵列的光场相机。另一方面，对于装有蜂窝分布型微透镜阵列的光场相机，有研究人员采用平行四边形拼接方法，但这种拼接方法会增大微透镜边缘部分像差对测量结果的影响，并且会很大程度上限制拼接子图像尺寸，从而限制了重聚焦深度距离的选择范围。

同时，现有的重聚焦算法由于其在选取拼接子图像尺寸是以单个像素为单位，所以传统重聚焦方法只能选取数个固定离散深度进行数字聚焦，这在精密测量中是难以接受的。因此，目前在光场相机的精密测量领域，尤其是颗粒三维测量中，还需要一种低误差、高精度、可以在测量范围内任意深度位置连续数字聚焦的光场相机重聚焦算法。

发明内容

本发明是针对传统重聚焦方法存在的问题，提出了一种基于六边形拼接算法的光场图像重聚焦方法，实现在测量范围内任意深度位置连续数字聚焦的同时，相对传统方法，提高了图像质量。

本发明的技术方案为：一种基于六边形拼接算法的光场图像重聚焦方法，具体包括如下步骤：

1)、测量前首先对使用的光场相机采用透明标定物进行标定，获得像素代表的实际尺寸；

2)、采用光源照明待测区域，调节光源的位置和强度大小，使背景光均匀；

3)、使用光场相机对待测区域进项拍摄，获得无待物体的背景图像；

4)、将待测空心玻璃珠颗粒样品置于待测区域中，使用光场相机对待测区域进行拍摄，获得有待测物体的颗粒图像；

5)、将颗粒图像与背景图像每个像素的灰度值相减，获得新的去背景图像；

6)、将去背景图像中的每个宏像素图像放大N倍，N是重聚焦深度距离d的正比例函数，比例系数由测试标定或是对所用光场成像系统参数进行计算得到的放大倍数N与深度距离d的对应函数关系获得；

7)、用一个固定尺寸的正六边形窗口对放大后的每个宏像素图像中心位置进行图像复制；

8)、将步骤7)中用正六边形窗口复制出的各个宏像素图像中心图像，按照原宏像素相对连接位置进行图像拼接，参照步骤6中的放大倍数N，将拼接图像缩小n倍，n为N的正比例函数，比例系数由所需最终图像尺寸决定，即可获得数字聚焦在步骤6)中深度位置d的重聚焦图像。

本发明的有益效果在于：本发明基于六边形拼接算法的光场图像重聚焦方法，可以显著降低乃至消除这些传统重聚焦方法中产生的像差，并很大程度上提高精密成像以及测量质量。本发明方法可以在测量范围内任意深度位置连续数字聚焦，这使得光场相机进行测量时的深度分辨率与可测量的切面位置仅受测量系统的硬件限制，这对于精密测量和成像具有重要意义。

附图说明

图1为本发明使用六边形窗口对宏像素图像进行复制示意图；

图2为本发明未去除背景的重聚焦图像与去背景重聚焦图像对比图；

图3为传统平行四边形重聚焦方法与本发明六边形重聚焦方法对比图。

具体实施方式

基于六边形拼接算法的光场图像重聚焦方法，是一种去背景、可以在测量范围内任意深度位置连续数字聚焦、特别适用于精密测量或成像的光场图像重聚焦方法。具体实现方式包括如下步骤：

1、测量前首先对使用的光场相机采用透明标定物进行标定，获得像素代表的实际尺寸；

2、采用光源照明待测区域，调节光源的位置和强度大小，使背景光均匀；

3、使用光场相机对待测区域进项拍摄，获得无待物体的背景图像；