[发明专利]一种基于光场成像技术的影像仪数字聚焦方法

说明书

一种基于光场成像技术的影像仪数字聚焦方法。其包括构建光场成像系统；得到原始四维光场图像；形成二维光场图像；得到清晰度评价值；得到各清晰成像面的像距；得到对应的被测样品的几何尺寸等步骤。本发明提供的基于光场成像技术的影像仪数字聚焦方法与现有技术相比具有如下优点：a)本发明方法简单易行，不需要增加其他的硬件设施，充分利用光场相机自身的结构特点，通过对原始光场数据进行处理便可实现光场相机的高清晰成像；b)该方法系统简单，技术原理清晰易懂，且过程中无机械部件运动，精确度可靠，适用范围广泛，成本低。

技术领域

本发明属于影像视觉测量技术领域，包括计算机视觉、光场成像、图像处理等技术范畴，特别是涉及一种基于光场成像技术的影像仪数字聚焦方法。

背景技术

在计算机视觉研究中，图像深度估计在目标跟踪、场景理解和三维重建以及机器人学等方面都发挥着重要作用。图像中的运动信息、纹理梯度、视差信息和聚焦度信息都可以作为深度估计的重大线索。传统意义上的影像仪机械式调焦会带来机械部件移动误差，现有的自动对焦方法存在对焦准确性不高、对焦复杂等问题，因此如何处理样本图像深度估计以快速完成对焦过程，减少误差，以提高对焦准确性就显得十分重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于光场成像技术的影像仪数字聚焦方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于光场成像技术的影像仪数字聚焦方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)构建光场成像系统，该系统包括测试台底座、光场相机、光场相机支座、测试台支架和测试台立轴；其中测试台底座水平设置，表面中部形成有一个用于放置被测样品的凹槽；测试台立轴的下端固定在测试台底座的表面一侧；测试台支架水平设置，一端固定在测试台立轴的上端；光场相机支座的上端固定在测试台支架的另一端，下端安装光场相机，并且光场相机位于测试台底座上凹槽的上方；光场相机上设有主透镜、由多个微透镜构成的微透镜阵列和由多个传感器构成的传感器阵列；

2)首先提取光场相机的参数，然后将被测样品放在测试台底座上的凹槽内，利用光场相机对被测样品进行光场成像，得到原始四维光场图像；

3)提取出光场相机内的白色校正图像，用圆形区域均值滤波器对选定的白色校正图像进行滤波，以去除传感器的噪声，根据微透镜的理论直径得到每个微透镜的理想中心位置，然后在该位置附近寻找像素峰值点作为该微透镜图像的中心，从而标定像素光场，最后对微透镜进行六边形到正交格点的校正，并利用光场成像系统的标定点对被测样品的原始四维光场图像进行解析，形成二维光场图像；

4)利用改进的数字聚焦算法结合图像清晰度评价函数对上述步骤3)获得的二维光场图像进行数字重聚焦，然后利用图像清晰度评价函数对重聚焦后的二维光场图像再次进行聚焦，得到清晰度评价值；

5)利用加权最小二乘准则进行高斯曲线拟合求取极值的方法对步骤4)获得的精对焦图像的清晰度评价值进行归一化处理，以此作为拟合曲线的基础数据，求解加权系数，拟合曲线求极值，找到最佳清晰输出图像，进而得到各清晰成像面的像距；

6)利用对焦测距的方法对步骤5)获得的各清晰成像面的像距，结合高斯成像公式的测距方法，通过光场相机的焦距f计算出实际物距u，进而得到对应的被测样品的几何尺寸。

在步骤2)中，所述的提取光场相机的参数，然后将被测样品放在测试台底座上的凹槽内，利用光场相机对被测样品进行光场成像，得到原始四维光场图像的具体步骤如下：