[发明专利]一种适用于光场相机的自动对焦方法

说明书

本发明公开了一种适用于光场相机的自动对焦方法，首先在任意初始像距下获取二维图像并根据标定信息将其解码为四维光场，采用快速傅里叶变换算法对四维光场进行四维傅里叶变换得到光场频谱；然后利用不同斜率的切片函数对四维光场频谱进行降维，获取每一层深度的二维频谱，提取该二维频谱的轴上频谱合成一维曲线，进行高频放大后计算其高频与低频能量的比值；再检测该比值曲线的局部极大值点，得到取得局部极大值点的斜率，计算最大与最小斜率的算术平均值；最后根据该平均值与0的偏离量改变主镜头与微透镜阵列的间距进行对焦调整。本方法利用频谱快速计算存在物体的深度层面，调节初始对焦深度使光场相机景深与实际场景深度范围有效重合。

技术领域

本发明涉及一种适用于光场相机的自动对焦方法，是一种自动调节主镜与微透镜阵列间距，以优化光场相机对焦深度使光场相机景深与实际场景深度范围有效重合的优化对焦方法。属于光学成像系统中自动调焦技术领域。

背景技术

在光学成像领域，光场相机作为一种全新的计算成像设备，因其突出的景深拓展和距离探测能力受到广泛关注。因光场相机成像参数在主镜与微透镜阵列间距发生改变时难以获取，无法确定相应的标定数据，因此多数光场相机不支持成像过程中改变对焦。自动对焦是光学成像系统中的重要功能之一，其能够有效减少拍摄难度并提高对焦准确度，因此支持调焦的光场相机是未来的发展趋势。在光场相机工作时，实时动态自动对焦调节，可以针对所拍摄场景的特性优化像距，减少拍摄工作量，提高拍摄效率。同时，光场相机的自动对焦可以降低使用者对光场知识的要求，有利于拍出优质的光场照片。

在传统光学相机中，常利用当前二维图像的锐度等评价指标进行对焦调节。目前，光场相机的自动对焦常采用上述传统方法，尽管可以保证对焦准确度，但是常会出现光场相机景深与实际场景深度范围不能有效重合的情况。究其原因，基于图像锐度的自动对焦方法未充分考虑光场成像的特性，难以充分发挥光场相机的最佳性能。光场相机存在景深拓展能力，仅清晰化初始对焦平面的图像而不考虑其余深度层面的图像，不能保证相机的景深有效覆盖存在物体的深度区域，致使其难以充分发挥最佳的有效景深拓展，出现未重合深度处的物体高频信息严重丢失的情况。因此需要提出新的方法以适应光场相机自动对焦的需求。

发明内容

本发明要解决技术问题为：在光场成像领域，自动对焦是未来的发展趋势，但是传统基于单一深度图像的锐度评价未能充分考虑光场成像的景深拓展能力，不能充分发挥光场相机的优势。针对传统方法的不足，充分考虑光场相机的特性，本发明提供了一种基于四维光场频谱的适用于光场相机的自动对焦方法，该方法以优化光场相机初始对焦深度使光场相机景深与实际场景深度范围有效重合，可保证最大程度的有效景深拓展范围，使光场相机工作在最优的采样模式。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种适用于光场相机的自动对焦方法，该方法利用不同深度层面图像其光场频谱具有不同斜率的特性，探测该像距时存在高频信息的最近和最远的平面，并自动调节像距使对焦面处于两平面中间处。该方法可保证相机实现最大程度的有效景深拓展，该方法的实现步骤如下：

步骤一、使用任意初始像距对场景成像，并通过标定信息将二维图像解码为四维光场；

步骤二、采用快速傅里叶变换算法对光场进行四维傅里叶变换得到光场频谱；

步骤三、使用不同斜率的切片函数对四维光场频谱进行降维，获取不同深度的图像二维频谱，为简化计算，提取该二维频谱的轴上频谱合成一维频谱，用线性权重函数进行高频成分的放大，再计算高频成分与低频成分的比值；

步骤四、检测该比值曲线的局部极大值点，得到取得局部极大值点的斜率，计算最大与最小斜率的算术平均值；

步骤五、判断该算术平均值是否接近于0，接近于0则认为对焦良好，结束对焦。若偏离0超过一定范围(如0.1)则进行对焦调节，若该偏离量大于0则减小主镜与微透镜阵列的距离，小于0则增加距离，并重复步骤二至步骤五直至该算术均值接近于0。