[发明专利]用于移轴成像条件下的光场相机校准方法及系统

说明书

本发明提供了一种用于移轴成像条件下的光场相机校准方法及系统，包括：拍摄不同景深位置的黑底白点校准板，得到已知三维位置的白点的光场图像；将各光场相机光圈大小调至最小拍摄白色背景，得到光圈中心投影图像；使用平行光照射各光场相机，拍摄白色背景，得到微透镜中心图像；通过三维位置白点的光场图像、光圈中心投影图像及微透镜中心图像，根据计算得到不同位置白点在光场相机中成像的弥散圆直径及圆心坐标；拟合弥散圆直径及圆心坐标与三维体空间位置的映射函数；根据光场相机成像规律和三维体空间位置的映射函数，实现移轴成像条件下的光场相机校准。本发明能够实现在移轴成像条件下的光场相机校准，满足了对多光场相机系统的校准需要。

技术领域

本发明涉及三维形貌测量技术领域，具体地，涉及一种用于移轴成像条件下的光场相机校准方法及系统。

背景技术

三维形貌测量技术是机器视觉领域和测量领域的一项核心技术。三维形貌测量是指测量物体表面的三维信息。近年来，光场相机的出现为三维形貌测量提供了新的解决方向。光场相机与传统二维相机最大的差别在于其传感器前增加了微透镜阵列，从而能够实现对空间中光线的传播方向进行记录，从而形成特殊的原始光场图像。在图像处理过程中，空间中被测物体上的物点与其影响到的像素之间的对应关系是否准确获得，很大程度上影响这测量精度。现有技术大多基于理想高斯光学模型，来确定被测物体上的物点与其影响到的像素之间的对应关系。

但在实际测量实验中，如图1所示，由于光学观察窗口的形状及折射率与空气不同引起的畸变，主透镜安装误差引起的畸变，测量介质与空气的折射率不同引起的畸变，导致基于理想高斯光学模型的计算中存在无法忽略的误差。另外，在实际测量中，难免会遇到被测物平面与相机安装平面成一定夹角，特别是涡轮叶片等弯曲程度较大的测量物体，需要使用移轴镜头来使得焦平面与被测物体平面重合。

目前，极少有人对使用移轴镜头的光场相机校准进行研究，即现有技术都没有公开用于移轴成像条件下的光场相机校准方法。

专利文献CN111351446A(申请号：CN202010024192.5)公开了一种用于三维形貌测量的光场相机校准方法，对空间中不同位置的校准板和对应的光场原始图像进行校准，获得光场视差图像和三维空间信息的对应关系；利用光场相机拍摄多张散焦柔光纯色校准板，得到光场白图像；根据光场相机白图像计算得到去渐晕矩阵；并且迭代计算得到光场相机微透镜亚像素级中心坐标矩阵；光场相机拍摄多个已知三维空间位置的圆点校准板并进行去渐晕处理；建立从三维坐标到视差之间的光场数学模型，根据光场三维成像规律及圆点三维空间信息拟合计算得到圆点校准对应的圆点中心坐标及视差值本发明能够高效精确地将光场视差图像转为无主镜头畸变的三维空间信息。但该发明不能准确高效并且不适合移轴成像条件下的拍摄对象。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于移轴成像条件下的光场相机校准方法及系统。

根据本发明提供的一种用于移轴成像条件下的光场相机校准方法，包括：

步骤S1：拍摄不同景深位置的黑底白点校准板，得到已知三维位置的白点的光场图像；

步骤S2：将各光场相机光圈大小调至最小拍摄白色背景，得到光圈中心投影图像；

步骤S3：使用平行光照射各光场相机，拍摄白色背景，得到微透镜中心图像；

步骤S4：通过三维位置白点的光场图像、光圈中心投影图像及微透镜中心图像，根据计算得到不同位置白点在光场相机中成像的弥散圆直径及圆心坐标；

步骤S5：拟合弥散圆直径及圆心坐标与三维体空间位置的映射函数；

步骤S6：根据光场相机成像规律和三维体空间位置的映射函数，实现移轴成像条件下的光场相机校准；