一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法技术

本发明专利技术公开了一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，该方法首先使用光场相机对均匀白色面光源成像，生成白图像，然后利用图像形态学中连通区域的搜索和计量方法，对白图像中不同区域的光斑进行处理并计算光斑的平均大小，根据不同区域光斑尺寸的大小关系判断微透镜阵列是否相对成像芯片靶面发生倾斜，为微透镜阵列的倾斜误差提供一个数字化指标，然后根据这个指标对微透镜阵列进行调整，减小甚至消除光场相机中微透镜阵列的倾斜误差，降低光场相机装配难度，提高光场相机的成像质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光场相机微透镜阵列的调整，尤其涉及一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法。
技术介绍
目前，光场相机因其独特性广受科研工作者和消费者的青睐。相比传统相机，光场相机同时记录了光线的方向信息和强度信息，因而得名光场相机。从成像的角度说光场相机记录了光场，那么在事后处理中光场相机就可以实现事后对焦、多视角提取和深度估计等功能。光场相机主要包括三个部分：主镜、微透镜阵列和感光芯片。其中微透镜阵是光场相机的核心部件，微透镜阵列上一般排布着数万个微透，每个微透镜阵列的尺寸为几十微米。微透镜阵列上的微透镜小而密，其与感光芯片之间距离的均匀性直接严重影响着光场相机性能。所以在光场相机的装配中，微透镜阵列与感光芯片的耦合是光场相机的关键技术之一。另外，随着光场相机技术的发展和对高分辨率光场成像的追求，大靶面感光芯片不断引入光场相机，微透镜阵列的尺寸也相应的不断增大。因此，减小或者消除微透镜阵列与感光芯片之间倾斜误差也成为了在光场相机装配的一个难点。值得一提的是，微透镜阵列的倾斜误差会直接造成原始图像采样分辨率的下降，采用图像处理的方法很难对微透镜阵列倾斜误差带来的影响进行校正，所以只有在装配光场相机时，采用一定措施来确保微透镜阵列与感光芯片之间距离的均匀性。目前，在光场相机中装配微透镜阵列时，一般采用人工目视的方式来观察感光芯片采集到的光斑大小是否一致来判断微透镜阵列与感光芯片之间的距离是否均匀。随着微透镜阵列整体尺寸的不断增大，人工目视的方式来确定透镜阵列与感光芯片之间的距离是否均匀的难度越来越大，并且人工目视的方式难以估量倾斜误差，对倾斜误差没有定量的描述。此外，人工目视的方式不仅耗时耗力，更阻碍着微透镜阵列自动化装调的实现。为数字化微透镜阵列的倾斜误差，为微透镜阵列的自动化装调扫除障碍，可以利用图像形态学中连通区域的搜索和计量方法，将微透镜的子图像视为相互独立的连通区域，通过搜索白图像中不同区域的连通区域来定位微透镜的子图像，然后计算其像素个数来表示光斑尺寸，根据不同区域光斑尺寸的大小关系判断微透镜阵列相对感光芯片靶面是否发生倾斜，最后根据倾斜量对微透镜阵列进行调整，不同区域光斑尺寸的大小相等或者相近到可容忍范围。本专利技术涉及的方法，在量化微透镜阵列倾斜误差基础上，提出了微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，降低了光场相机装配的难度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：目前，在光场相机中装配微透镜阵列时，一般采用人工目视的方式来观察感光芯片采集到的光斑大小是否一致来判断微透镜阵列与感光芯片之间的距离是否均匀。随着微透镜阵列整体尺寸的不断增大，人工目视的方式来确定透镜阵列与感光芯片之间的距离是否均匀的难度越来越大，并且人工目视的方式难以估量倾斜误差具体值，对倾斜误差没有定量的描述。此外，人工目视的方式不仅耗时耗力，更阻碍着微透镜阵列自动化装调的实现。所以，在光场相机的装配中，迫切需要一种数字化的调整方法，为微透镜阵列的自动化装调提供有利条件。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，包括以下步骤：步骤(1)、使用光场相机对均匀白色光源成像，生成白图像；步骤(2)、利用图像形态学中连通区域的搜索和计量算法，对白图像中不同区域的光斑尺寸进行计量；步骤(3)、根据不同区域光斑平均尺寸的大小是否相等或者相近，判断微透镜阵列相对感光芯片靶面是否发生倾斜；步骤(4)、调整微透镜阵列直到不同区域的光斑尺寸的大小相等或相近。更进一步的，所述步骤(1)中所述光场相机的微透镜阵列需要满足所有微透镜焦距相等，或者微透镜焦距不相等但是微透镜是均匀排布的。更进一步的，所述步骤(2)中所述对白图像连通区域的搜索和计量是指分别计算白图像中不同区域内光斑的平均尺寸，这里的不同区域是指分布在白图像上位置不同。更进一步的，所述步骤(3)中所述判断微透镜阵列相对感光芯片靶面是否发生倾斜的依据是，当微透镜阵列相对感光芯片靶面发生倾斜时，会导致微透镜阵列上不同区域微透镜的离焦量不同，从而白图像中不同区域的光斑大小不同。本专利技术的原理是：一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，将光场相机的图像阵列视为一个个单独的微透镜子图像，利用图像形态学中连通区域的搜索和计量方法，自动搜素和计量微透镜的子图像，然后计算子图像内其像素个数，得到光斑大小，从而判断微透镜阵列是否存在倾斜误差，如果存在调整微透镜阵列直到消除误差或者减小误差到可容忍的范围内。本专利技术有如下优点：本专利技术涉及的方法利用图像形态学的相关算法，自动搜素和计量微透镜的子图像，从而获取微透镜阵列倾斜误差的数字化指标，进而得到微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，摆脱了人工目视装调微透镜阵列时对操作人员经验的依赖，有利于实现微透镜阵列自动化装调，为光场相机整体的自动化装配打下基础。附图说明图1为本专利技术的基本流程图。图2为光场相机白图像原始图。图3为从白图像随机切割出的三块面积相等的区域A、B和C。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合本专利技术中涉及的方法，采用简化模型，对基于数码形态学的光场相机自动标定方法的原理进行介绍，以此对本专利技术进一步详细说明。本专利技术是一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，将光场相机的图像阵列视为一个个单独的微透镜子图像，利用图像形态学中连通区域的搜索和计量方法，自动搜素和计量微透镜的子图像，然后计算子图像内其像素个数，得到光斑大小，获取微透镜阵列倾斜误差的数字化指标，从而判断微透镜阵列是否存在倾斜误差，如果存在调整微透镜阵列直到消除误差或者减小误差到可容忍的范围内。最终得到微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，降低了光场相机装配的难度。下面对一幅装配过程中采集的光场相机白图像进行微透镜阵列倾斜的数字化调整方法的验证。如图1所示，一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，具体包括如下步骤：(1)使用光场相机对均匀白色面光源成像，得到如图2所示的原始白图像。在图2中光场相机的白图像由数万个单独的微透镜子图像构成，人工判断微透镜阵列是否发生倾斜难度很大，难以为微透镜阵列的调整提供有效依据。(2)在白图像中随机切割出几个区域，同时要避免所选区域关于白图像中心点对称，造成微透镜倾斜误差存在对称特例时无法检测的情况。如图2所示，在白图像上选取三个距离较远且在白图像上分布均匀的三个区域(A、B和C)作为待计量区域。利用图像形态学中连通区域的搜索和计量算法，分别自动搜索A、B和C区域中的连通区域并计量每个连通区域的面积，然后去除不完整的光斑，最后计算A、B和C区域中连通区域(光斑)的平均面积大小SA、SB和SC；(3)判断微透镜阵列相对感光芯片靶面是否发生倾斜，具体为首先计算A、B和C区域连通区域(光斑)的面积的平均值S0：S0＝(SA+SB+SC)/3(1)然后计算方差V：V＝(SA–S0)2+(SB–S0)2+(SC–S0)2(2)当不同区域光斑平均尺寸的大小相等或者相近，即V≤V0时，认为微透镜阵列与感光芯片之间的距离是均匀的，不存在倾斜误差，其中V0为光场相机可容忍的倾斜误差阈值；(4)当不同区域光斑平均尺寸的大小不相等或者不相近，即V＞V0时，认为微透镜阵列与感光芯片之间的距离是不均匀的，存在倾斜误本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、使用光场相机对均匀白色光源成像，生成白图像；步骤(2)、利用图像形态学中连通区域的搜索和计量算法，对白图像中不同区域的光斑尺寸进行计量；步骤(3)、根据不同区域光斑平均尺寸的大小是否相等或者相近，判断微透镜阵列相对感光芯片靶面是否发生倾斜；步骤(4)、调整微透镜阵列直到不同区域的光斑尺寸的大小相等或相近。

【技术特征摘要】
1.一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、使用光场相机对均匀白色光源成像，生成白图像；步骤(2)、利用图像形态学中连通区域的搜索和计量算法，对白图像中不同区域的光斑尺寸进行计量；步骤(3)、根据不同区域光斑平均尺寸的大小是否相等或者相近，判断微透镜阵列相对感光芯片靶面是否发生倾斜；步骤(4)、调整微透镜阵列直到不同区域的光斑尺寸的大小相等或相近。2.根据权利要求1所述一种光场相机中微透镜阵列倾斜的数字化调整方法，其特征在于：步骤(1)中所述光场相机的微透镜阵列需要满足所有微透镜焦距...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾银森，汤国茂，许冰，杨平，何星，王帅，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51