[发明专利]光场相机内参数标定装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉、计算机摄像学和光学工程领域，具体涉及一种基于标定 板的光场相机内参数标定模型和方法。

背景技术

光场成像理论的兴起是计算机摄影学领域的一大重要革新，它突破了传统成像技 术的种种局限。光场相机通过记录空间中光线的位置和角度信息，减少了拍摄信息的 流失，可根据需求进行后期处理得到任意深度下的聚焦图像。然而，相机参数标定的 精确性一定程度上制约着光场相机性能的发展。精确的标定结果对后期重聚焦图像分 辨率的提升和成像质量的改善意义重大。

2013年，Johannsen等人提出了光场相机内参数标定的方法，通过计算相邻微透 镜图像之间的视差重建三维点，继而利用非线性优化方法求得最优解。然而，该方法 不适用于微透镜的几何中心与光心不重合的情况。同年，Dansereau等人建立了一种将 光场相机的像素解码成光线的模型和具有12个参数的投影变换矩阵的方法，但是该方 法利用了传统相机内参标定进行光场相机的内参数初始化操作，且存在解码矩阵参数 冗余问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光场相机内参数标定装置及方法，能 够更加灵活、精准地标定光场相机内参数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光场相机内参数标定装置，包 括光场相机、标定板、电控平移台、运动控制器以及角度旋转台。将光场相机固定在 电控平移台上，运动控制器控制电控平移台，带动光场相机平移不同位置；将标定板 置于光场相机主透镜前方，并固定在角度旋转台上，运动控制器控制角度旋转台，带 动标定板旋转不同角度。

本发明还提供一种光场相机内参数标定，包括以下步骤：

1)建立双平行平面模型TPP坐标系，对光场相机采集到的光线进行描述，继而建 立基于TPP坐标系的投影变换，变换矩阵中包含需要标定的7个光场相机内参数

2)给定一组初始光场相机内参数建立模板平面上 的点和其像点之间的单应性映射H，并求其解，得到光场相机内参矩阵P，由每幅图 像的单应性矩阵H和内参矩阵P求得每幅图像的外部参数；

3)对所有参数进行非线性优化，具体如下：

3.1)处理镜头的一阶和二阶径向畸变；

3.2)移动光场相机或者旋转标定板，拍摄不同姿态下的标定板，得到n幅图像， 并假设每个标定点的坐标都有独立同分布的噪声；X_w,i为真实场景中第i幅图像的先验 点，其中x_i,j是三维场景中第i个物点在第j幅图像上的像点坐标矢量；通过最小化所 有测量值x_i,j与其估计值的重投影误差，得到最优解。

本发明的有益效果是：通过旋转标定板或者移动光场相机拍摄不同姿态下的标定 板，并确定多组标定板上的点和与其对应的像点，采用线性初始化计算光场相机内参 数和相应姿态下的外参数，最后建立代价函数，迭代求得最优解。相比之前的光场相 机内参数标定方法，本发明抵消了主透镜的折射作用，并将成像系统简化为具有7个参 数的双平行平面模型，更加符合光路传播和成像原理，在提高内参数标定精确度的基 础上，于一定程度上解决了解码矩阵参数冗余问题。另外，本发明在光场相机和标定 板的运动参数未知的情况下即可进行内参数的标定，因此具有较好的灵活性。

附图说明

图1是光场相机内部结构示意图。

图2是双平行平面坐标系系统。

图3是光场相机中微透镜阵列位置校正示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明一方面提出一种光场相机内参数标定装置，包括：光场相机、标定板、电 控平移台、运动控制器、以及角度旋转台。将标定板置于光场相机主透镜前方一定距 离处，并将其固定在角度旋转台上，其中，标定板和计算机终端之间通过串口连接控 制，由终端控制标定板，使其旋转不同角度，用于拍摄不同姿态的标定板。将光场相 机固定在电控平移台上。其中，运动控制器一端连接到计算机终端，另一端连接到电 控平移台。最后通过计算机控制光场相机的平移，用于拍摄不同姿态的标定板。

本发明另一方面提出一种基于双平行平面模型(Two-parallel-plane Model,TPP)的 内参标定方法，计算光场相机的内部参数。主要环节包括：基于TPP坐标系系统建立 的投影变换、线性初始化中光场相机内参数以及外参数的求解、非线性优化中代价函 数的建立以及最优解的求解方法。所述方法包含以下步骤：