[发明专利]一种可抑制重采样误差的频域光场数字重聚焦算法

说明书

本发明的一种可抑制重采样误差的频域光场数字重聚焦算法属于光场图像计算领域，解决了现有频域数字重聚焦技术在频域数据重采样时会引起重采样误差，在重建图像中生成伪影的问题，具体步骤为：首先根据重聚焦深度对4D光场先进行空域坐标变换，然后在其傅里叶频谱中取水平方向中心切片，最后将中心切片进行2D傅里叶逆变换得到重聚焦图像，该算法通过对原始4D光场进行空域坐标变换，有效地避免了频域坐标变换引起的离散数据重采样所产生的误差。和传统的基于傅里叶投影切片定理的光场数字重聚焦方法相比，本发明所提算法所需的运算步骤更少、计算复杂度更低。同时可以获得与公认的鲁棒性最强的空域投影积分数字重聚焦算法等同的重聚焦效果。

技术领域

本发明属于光场图像计算领域，特别是涉及一种可抑制重采样误差的频域光场数字重聚焦算法。

背景技术

随着光场渲染理论及全光函数的不断发展，光场成像技术成为现代计算摄影学的一个热点话题，凭借先拍照后聚焦的显著优点，光场相机在过去十年里引领了数码界的一次革命。根据光场的双平面参数化模型，Ng在传统相机的传感器前放置微透镜阵列来获取4D光场，并将这种光场相机模型称为全光相机。微透镜阵列的设计起到了相机内部分光的作用，使得光场相机不仅记录光线的位置信息，同时还记录光线的方向信息。

光场相机有两个重要的应用，即获取高质量的场景纹理信息和计算高精度的场景深度信息，而微透镜中心坐标标定和数字重聚焦技术是纹理获取和深度计算技术的基础。例如，只有完成了微透镜中心坐标标定，才能从光场原图中解码4D光场；利用4D光场，可以得到存在微小视差的子孔径图像；针对不同位置的重聚焦图像，可以采用图像融合算法得到全聚焦图像；基于重聚焦图像或子孔径图像，采用散焦或立体匹配理论可得到深度图。另外，受微透镜阵列光场相机模型限制，目前光场相机的重聚焦图像及子孔径图像的分辨率有限，因此光场图像的超分辨率重构技术也受到了人们的深入研究。

数字重聚焦技术是是光场相机得以普遍应用的基础，传统的数字重聚焦技术采用空域投影积分方法，在光场投影前需先根据聚焦深度对光场进行坐标变换，该坐标变换矩阵由Ng给出。为了在不同深度处获得像素大小相近的重聚焦图像，Tao对Ng提出的坐标变换阵进行了改进。为了进一步降低空间投影的计算复杂度，Ng提出了基于傅里叶投影切片定理频域数字重聚焦技术，该技术与傅里叶体积渲染理论和基于傅里叶分析的医学CT、MR图像一样，需要解决频域数字重采样带来的重建图像伪影。基于此，Ng将传统医学CT、MR图像重建中的零填充、预乘、过采样等伪影抑制方法应用于频域数字重聚焦技术中，同时频域重采样过程中采用了性能更好的凯赛贝塞尔滤波器。所有的预处理和后处理过程都是为了尽可能的让频域数字重聚焦结果接近空域数字重聚焦，实现起来并不容易。

发明内容

本发明针对现有频域数字重聚焦技术在频域数据重采样时会引起重建误差，在重建图像中生成伪影的问题，旨在提供一种可抑制重采样误差的频域光场数字重聚焦算法，本算法通过对原始4D光场进行空域坐标变换，有效地避免了频域坐标变换引起的离散数据重采样所产生的误差。和传统的基于傅里叶投影切片定理的光场数字重聚焦方法相比，本发明所提算法所需的运算步骤更少、计算复杂度更低。同时本算法还可以获得与公认的鲁棒性最强的空域投影积分数字重聚焦算法等同的重聚焦效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可抑制重采样误差的频域光场数字重聚焦算法，按照以下步骤实现：

步骤1)根据聚焦深度给定α的值，对原始4D光场进行空域坐标变换；

步骤2)计算空域坐标变换后新光场的离散4D傅里叶变换，根据公式

取傅里叶频谱切片；

步骤3)计算切片的2D离散傅里叶逆变换；

步骤4)将逆变换的结果乘以系数1/α²F²即可得到重聚焦图像；

上述整个过程可用公式表示为：