[发明专利]一种基于重映射的集成成像微图像阵列快速生成方法

摘要

本发明公开了一种基于重映射的集成成像微图像阵列快速生成方法，其包括映射矩阵的计算和摄像机阵列获取视差图像的重映射两个步骤。该方法利用棋盘格标定板，对映射矩阵进行计算并存储，使摄像机阵列拍摄的视差图像可以通过重映射直接生成微图像阵列，将摄像机单目矫正、多目标定及微图像阵列合图三个过程简化为一个过程，同时该过程适用于GPU并行处理，从而加快了微图像阵列的生成速度，而且容易实现。

主权项

一种基于重映射的集成成像微图像阵列快速生成方法，其特征在于，该方法包括映射矩阵的计算和摄像机阵列获取视差图像的重映射两个步骤：映射矩阵的计算过程，利用摄像机阵列拍摄棋盘格标定板，通过探测棋盘格角点像素坐标，计算每幅视差图像对应的单应性变换矩阵，利用单应性变换对视差图像进行校正，并根据微图像阵列和校正的视差图像之间的关系计算目标微图像阵列对应的映射矩阵；摄像机阵列获取视差图像的重映射过程，利用计算的映射矩阵，对摄像机阵列拍摄的视差图像进行重映射，得到微图像阵列，用于集成成像显示，映射矩阵的计算过程，利用摄像机阵列对位于中心深度平面处的棋盘格进行拍摄，进而探测角点像素坐标，计算每幅视差图像对应的单应性变换矩阵用于图像校正，合成微图像阵列，计算微图像阵列对应的x和y方向的映射矩阵，摄像机阵列包含摄像机数目为M×N，(m, n)表示每个摄像机的索引，在中心深度平面位置处设置棋盘格标定板，其角点个数为H×V，利用摄像机阵列对棋盘格标定板进行拍摄，得到M×N幅棋盘格图像，其索引同样用(m, n)表示，以亚像素精度在每幅棋盘格图像上寻找角点位置，得到角点像素坐标(xt, yt)m, n，t = 0, 1, …, H×V ‑ 1，微图像阵列分辨率为S×R，所有摄像机应具有相同的投影平面，利用获得的棋盘格角点像素坐标对摄像机阵列拍摄的每幅视差图像进行校正，假设第(m, n)幅视差图像对应的校正单应性变换矩阵为Hm, n，Hm, n表示为：，则Hm, n满足透视投影变换方程I'm, n(x', y') = Im, n(x, y)，，其中sm, n表示第(m, n)幅视差图像单应性变换矩阵为得到齐次坐标的尺度比例因子，Im, n(x, y)表示第(m, n)幅摄像机拍摄视差图像上第x列第y行的像素信息，I''m, n(x', y')表示第(m, n)幅校正的视差图像上第x'列第y'行的像素信息，x = 0, 1, …, S ‑ 1，y = 0, 1, …, R – 1，x' = 0, 1, …, S ‑ 1，y' = 0, 1, …, R – 1，利用M×N幅棋盘格图像及相应角点像素坐标计算Hm, n，表示为，当t = 0, H ‑ 1, H×V ‑ 1, H×(V ‑ 1)时，i =0, 1, 2, 3，对应坐标为(x'0, y'0)m, n = (0, 0)，(x'1, y'1)m, n = (S ‑ 1, 0)，(x'2, y'2)m, n = (S ‑ 1, R ‑ 1)，(x'3, y'3)m, n = (0, R ‑ 1)，微图像阵列由I''(x'', y'')表示，微图像阵列I''(x'', y'')满足：I''(x'', y'') = I'M – (x'' ‑ 1) mod M, N – (y'' ‑ 1) mod N(x'', y'')，其中x'' = 0, 1, …, S ‑ 1，y'' = 0, 1, …, R – 1，则可求得微图像阵列对应映射矩阵MX = (mxy'', x'')R×S，MY = (myy'', x'')R×S，其满足，其中mxy'', x''表示映射矩阵MX上第y''行第x''列的映射坐标，myy'', x''表示映射矩阵MY上第y''行第x''列的映射坐标，su, v、Hu, v分别表示第(u, v)幅视差图像对应的比例因子及校正单应性变换矩阵，u = M – x'' mod M, v = N – y'' mod N，摄像机阵列获取视差图像的重映射过程，利用计算的映射矩阵，对摄像机阵列拍摄的视差图像进行重映射操作，得到微图像阵列，微图像阵列I''(x'', y'')像素值由求得的映射矩阵MX = (mxy'', x'')R×S，MY = (myy'', x'')R×S对应位置的元素在视差图像中的像素值获得，重映射过程表示为I'' (x'', y'') = Iu, v(mxy'',x'', myy'',x'')，其中Iu, v(mxy'',x'', myy'',x'')表示第(u, v)个摄像机拍摄的视差图像，u = M – x'' mod M, v = N – y'' mod N，利用重映射过程，获得微图像阵列，用于集成成像显示，当计算的映射坐标mxy'', x''，myy'', x''不同时满足0 ≤ mxy'', x'' < S和0 ≤myy'', x'' < R时，映射矩阵相应位置元素置0，避免信息溢出。