[发明专利]一种光场图像的深度提取方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种光场图像的深度提取方法，属于图像处理和计算机视觉技术领域。

背景技术：

1991年，Adelson等首次提出了全光函数的概念，用7个维度进行描述，分别为观察点的空间位置(Vx,Vy,Vz)、光线的俯仰角和方位角(θ,φ)波长l观察记录光线的时刻t，表示为L＝P(Vx,Vz,θ,φ,l,t)。1992年，Adelson成功将光场理论应用与计算机视觉，并提出了全光场理。1996年，Levoy的光场渲染理论及Steven等的流明图进一步地完善了光场理论。Leovy等人给出的4D光场L(u，v，s，t)的光场表示方式，其意义为自由空间中任意点沿着一定方向的光线的辐射度值，该空间所有的有向光线的集合就构成了光场的一个数据集。随着光场成像发展，其作为一种成像与计算相结合的新兴三维成像技术，拥有低成本的硬件设备、比较简单的光学成像系统、丰富的图像数据以及多样的数据后期处理方式等优点，成为了很多国内外机构和研究人员的研究热点。他们在遮挡物的显现、物体的分层与分割、景物的重聚焦、物体的三维模型重构和三维流场测速等方面取得了重要的成果，其中主要技术在于光场的重构表现及深度的精确提取。

由于光场图像的设备硬件条件限制以及各光学设备参数之间的关系，使得相邻子图像之间的基线异常狭窄，视差范围也在几个像素范围内，即使使用目前最优的立体匹配算法也不能得到满意效果，需要针对光场特性进行研究，寻找适用于光场图像的深度提取方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种光场图像的深度提取方法，能够对光场数据处理获得清晰多视点图像并进行精确深度提取。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种光场图像的深度提取方法，该方法包括两个阶段：光场重构和深度提取，

所述光场重构阶段包括：

S1：将输入的光场数据进行预处理后根据该图像的图像中心位置重构出光场，生成多视点图像；

所述深度提取阶段包括：

S2：对视点图像提取极平面图，计算视差图，优化得到最优深度图。

所述的光场图像的深度提取方法，所述的光场重构的方法包括如下步骤：

S11：对光场图像的子图像中心位置进行标定；

S12：对输入的光场数据进行解码、优化和规则化处理；

S13：重构出光场，获得多视点图像。

所述的光场图像的深度提取方法，步骤S11中所述对光场图像的子图像中心位置进行标定的方法具体包括如下步骤：获取不同对焦及变焦情况下的多曝光白图像，其图像中对应的子图像中心各不相同，通过峰值检测处理可以得到该对焦、变焦和曝光程度下对应子图像中心的位置，对同一对焦和变焦下的不同曝光图像，图像中心取其位置计算的均值。由此，建立对焦、变焦和图像中心位置对应表。对于输入的光场图像，获取其拍摄时的变焦、对焦参数后，选择与表中参数最接近的白图像的中心位置来标定该光场图像。

所述的光场图像的深度提取方法，步骤S12中所述对输入的光场数据进行解码、优化和规则化处理的方法具体包括如下步骤：

S121：将图像进行解码、优化：将光场相机采集到的原始数据进行解码得到对应的彩色图像，初步解码后的图像会存在灰度值偏低以及由于渐晕效应造成的图像边缘像素过暗问题，分别使用γ过滤和函数逼近法将图像进行优化；

S122：图像的规则化：将子图像从六边形规则化为正方形图像，使用六边形-正交格点的转换来校正六边形子图像组成的原始图像，得到规则化图像。

所述的光场图像的深度提取方法，步骤S13中所述重构出光场，获得多视点图像的具体方法是：根据针孔成像模型中世界坐标系、相机坐标系、图像坐标系和像素坐标系之间的关系及转化方式，结合光场空间的成像方程，使用优化后的图像重构出光场，根据输入的视点位置，固定该位置的平面参数，将范围内的光线进行积分得到对应的视点图像。

所述的光场图像的深度提取方法，所述的深度提取的方法包括如下步骤：

S21：将多视点图像抽取出极平面图；

S22：利用分梯度方法得到最优视差点集和视差图；

S23：视差图融合、优化得到精确深度图。

所述的光场图像的深度提取方法，步骤S21中所述的将多视点图像抽取出极平面图的具体方法是：选定一个视点对应的图像作为深度提取的参考图像，使用与该视点同一水平及竖直方向的其他视点图像，将多视点图像在水平及垂直方向上抽取极平面图。