[发明专利]一种针对光场阵列相机的基于重投影的重聚焦方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理，计算成像领域，特别是一种针对光场阵列相机的基于重投影的重聚焦方法及系统。

背景技术

光作为一种分布在空间中的电磁波，具有多个维度的信息。然而，传统光学成像只能捕获到光辐射在二维平面上的强度，而丢失了其他维度的信息。光场成像利用现代信息处理的手段，可以突破传统成像的某些局限，降低成像对器件和加工的要求。阵列相机作为采集光场的一种方式，它通过一次曝光就可以获得完整的光场数据。通过不同的空间排布，能够获得不同的系统特性，其中大尺度空间排布可用于合成孔径实现“透视”监测，或通过拼接实现大视角全景成像，而紧密排列型可用于获取高性能的动态图像。

在阵列相机获取光场图像之后，对光场图像进行处理，可以实现合成孔径成像，使合成的图像聚焦到任意平面。现有的方法主要是Vaish等人提出的方法，他们采用单应性矩阵先将光场获取的图像对准到参考平面，然后对处理后的图像进行移位相加求平均可以得到重聚焦图像。这种方法使光场图像聚焦到某一平面时需要进行两次插值，而插值会对高频带来损失，进而对成像质量造成损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种针对光场阵列相机的基于重投影的重聚焦方法及系统，使用一次插值就可使光场阵列相机重聚焦到任意平面。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种针对光场阵列相机的基于重投影的重聚焦方法，包括以下步骤：

1)对相机阵列进行校正；

2)指定相机阵列中的一个相机为参考相机，通过反投影求解所述参考相机的像素坐标对应的世界坐标网格点；

3)将所述世界坐标网格点通过其他相机重投影为像素坐标，根据所述像素坐标，将对应的图像进行插值，得到对准到指定平面的图像；

4)将插值得到的图像相加求平均值即得到聚焦于指定平面的图像。

步骤1)中，校正的具体实现过程为：首先用相机阵列对棋盘格进行成像，每个相机拍摄十幅图像；拍照完成后，将每个相机拍摄的图像输入MATLAB中进行校正，得到每个相机的参数，选取每个相机对应于同一棋盘格位置的参数为相机阵列的参数。

步骤2)中，通过求解下式得到世界坐标网格点：

其中，s₀为参考相机对应的尺度因子，K₀,R₀,T₀为参考相机的参数，(u₀,v₀)为参考相机的像素坐标，(x_w,y_w,z_w)为参考相机像素对应的世界坐标系下的点；(a,b,c)为指定平面的法向量，(x₀,y₀,z₀)为指定平面上的一个点。

步骤3)中，对第i个相机求解像素坐标的过程如下式所示：

其中s_i为第i个相机对应的尺度因子，K_i,R_i,T_i为第i个相机的参数，(u_i,v_i)为第i个相机的像素坐标。

步骤4)中，所述聚焦于指定平面的图像I_sap表达式为：

其中，N为相机数目，I_i'为插值后得到的图像。

相应地，本发明还提供了一种针对光场阵列相机的基于重投影的重聚焦系统，其包括：

校正模块，用于对相机阵列进行校正；

求解模块，用于指定相机阵列中的一个相机为参考相机，通过反投影求解所述参考相机的像素坐标对应的世界坐标网格点；

插值模块，用于将所述世界坐标网格点通过其他相机重投影为像素坐标，根据所述像素坐标，将对应的图像进行插值，得到对准到指定平面的图像；

均值模块，用于将插值得到的图像相加求平均值即得到聚焦于指定平面的图像。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：采用本发明的方法，可以使阵列相机采集的光场图像重聚焦于任意平面，在重聚焦过程中只使用一次插值，对图像质量的损失很小。本发明方法简单灵活，只需要改变聚焦平面的方程就可以得到相应的重聚焦图像，操作方便，易于编程实现。随着阵列相机的不断推广，本发明的方法具有较大的实用价值。

附图说明

图1为相机成像模型。