不完备数据下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种不完备数据下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法和装置，所述方法包括：给出四维光场与聚焦堆栈的几何关系，建立由光场形成聚焦堆栈的投影模型，形成投影算子；以投影模型为基础，建立由聚焦堆栈重建光场的反投影模型：即建立聚焦堆栈中的光线轨迹追踪模型，形成反投影算子；建立由聚焦堆栈重建光场的反投影代数迭代重建方法：采集到的聚焦堆栈数据通常在场景的一定深度范围，对应投影的不完备数据，投影模型离散为线性方程组，建立由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法。本发明专利技术的聚焦堆栈是探测器和镜头相对移动采集得到的图像序列，利用投影算子和反投影算子进行代数迭代可重建出高精度的四维光场。

【技术实现步骤摘要】
不完备数据下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法和装置
本专利技术涉及涉及计算机视觉与数字图像处理领域，尤其涉及一种不完备数据下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法和装置。
技术介绍
光场成像已成为计算成像和计算机视觉的重要手段。光场采集与获取已成为一个重要的研究领域。近年来，对光场数据获取手段地不断涌现：一类是直接获取手段，即通过设计光学器件，如基于微透镜阵列的光场相机、相机阵列和镜头阵列等，直接获取光场；另一类是间接获取手段，即用普通相机采集图像数据，再对图像数据进行后处理，以重建光场。但是，现有的间接获取手段需要采集稠密的聚焦堆栈，才能够重建出光场。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种不完备数据情形下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法和装置，由聚焦堆栈重建四维光场的滤波反投影和卷积反投影方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种不完备数据下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法，所述方法包括：建立四维光场形成聚焦堆栈的投影模型，所述聚焦堆栈是所述四维光场的二维投影，形成投影算子，采集到的聚焦堆栈数据通常在场景的一定深度范围，对应投影的不完备数据；建立聚焦堆栈中的光线轨迹追踪模型，形成反投影算子；将四维光场形成聚焦堆栈的投影模型离散为线性方程组，根据所述投影算子和所述反投影算子进行代数迭代重建光场。进一步地，所述投影算子通过下述关系式获得：其中，E(Dx,x′,y′)为聚焦堆栈平面图像，为四维光场，(u,v)为光轴移动透镜坐标，(x,y)为探测器坐标，(u,v)平面移动到(u′,v′)平面，(x,y)平面移动到(x′,y′)平面，D0为(u,v)平面和(x,y)平面的距离，Dx为(u,v)平面和(x’,y’)平面的距离，Du为(u‘,v’)平面和(x,y)平面的距离，进一步地，所述建立聚焦堆栈中的光线轨迹追踪模型，具体根据追踪光线在聚焦堆栈的轨迹建立所述光线轨迹追踪模型，其中，所述光线L(u,v,x,y)在聚焦堆栈的轨迹为：进一步地，所述代数迭代过程具体为：光场生成聚焦堆栈的正过程建立由聚焦堆栈重建四维光场的代数迭代方法：其中，L(n)(u,v,x,y)是光场第n次迭代的结果。本专利技术还提供一种不完备数据下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代装置，所述装置包括：第一构建模块，用于建立四维光场形成聚焦堆栈的投影模型，所述聚焦堆栈是所述四维光场的二维投影，形成投影算子；第二构建模块，用于建立聚焦堆栈中的光线轨迹追踪模型，形成反投影算子；重建模块，用于将四维光场形成聚焦堆栈的投影模型离散为线性方程组，根据所述第一构建模块得到的所述投影算子和所述第二构建模块得到的所述反投影算子进行代数迭代重建光场。进一步地，所述第一构建模块形成的投影算子通过下述关系式获得：其中，E(Dx,x′,y′)为聚焦堆栈平面图像，为四维光场，(u,v)为光轴移动透镜坐标，(x,y)为探测器坐标，(u,v)平面移动到(u′,v′)平面，(x,y)平面移动到(x′,y′)平面，D0为(u,v)平面和(x,y)平面的距离，Dx为(u,v)平面和(x’,y’)平面的距离，Du为(u‘,v’)平面和(x,y)平面的距离，进一步地，所述第二构建模块构建的光线轨迹追踪模型具体为跟踪光线L(u,v,x,y)在聚焦堆栈的轨迹，包括：进一步地，所述重建模块的代数迭代过程具体为：光场生成聚焦堆栈的正过程建立由聚焦堆栈重建四维光场的代数迭代方法：其中，L(n)(u,v,x,y)是光场第n次迭代的结果。本专利技术提供的方案，依据光场重聚焦原理，在不同的聚焦平面下的重聚焦形成了聚焦堆栈，物方光场没变化，因而可以将像方聚焦堆栈转换成物方的聚焦堆栈，利用同步迭代算法进行迭代，再根据放大比对物方成像平面进行调整，因此，本专利技术对图像数据的采集更加灵活，可不同场景设计采集方式，即使采集到的是不完备数据，也能够重建任意角度分辨率的光场，满足了现有技术中对现有光场成像技术中对光场的需求。附图说明图1是根据本专利技术第一实施例提供的由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法的流程示意图。图2是根据本专利技术第一实施例提供的相机拍摄形成聚焦堆栈的示意图。图3是根据本专利技术第一实施例提供的光场形成聚焦堆栈的原理图。图4是根据本专利技术第一实施例提供的光线L(u,v,x,y)在聚焦堆栈的轨迹。图5是根据本专利技术第二实施例提供的由聚焦堆栈重建光场的滤波反投影装置的结构示意图。具体实施方式在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。在本专利技术的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制。如图1所示，本专利技术实施方式所提供的不完备数据情形下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法包括：步骤101，由四维光场形成聚焦堆栈的投影模型，形成投影算子，采集到的聚焦堆栈数据通常在场景的一定深度范围，对应投影的不完备数据。该步骤中，聚焦堆栈是一组聚焦在不同成像平面或采用不同参数拍摄的成像序列，本实施方式中的聚焦堆栈为一组聚焦在不同成像平面的成像序列。具体地，本实施方式以沿光轴同步移动透镜和/或探测器完成聚焦堆栈采集为例，说明重建光场的具体实施方法。如图2所示，图2的左侧包括FocusPlane1和FocusPlane2，示出的是场景中的两个物面位置，FocusPlane1对应的物面位置是(x,y)平面，FocusPlane2对应的物面位置是(x′,y′)平面。右侧包括S1和S2，示出的是像方的两个平面。中间包括Lens1和Lens2，示出的是透镜所在的两个平面位置，Lens1对应的物面是(u,v)平面，Lens2对应的物面是(u‘,v’)平面。如图2所示，采集聚焦堆栈的过程为：通过沿着光轴移动透镜或探测器，即如图2中示出地，透镜从(u,v)平面移动到(u′,v′)平面，探测器对应的物面从(x,y)平面移动到(x′,y′)平面，(u,v)平面经由(u,v)平面在S1平面上成像，(u′,v′)平面经由(u′,v′)平面在S2平面上成像。当然，本实施例提供的方法同样可以应用于其他类似方式聚焦堆栈采集的场景。如图3所示，(u,v)平面和(x,y)平面的距离为D0，(u,v)平面和(x’,y’)平面的距离为Dx，(u‘,v’)平面和(x,y)平面的距离为Du。例如，聚焦堆栈E(Dx,x′,y′)是四维光场在(x′,y′)平面的二维投影。是光线的辐亮度。不同的双平面参数化可以表示同一光场，(u,v)平面上的一点和(x,y)平面上的一点确定光场中的一条光线，因此与表示同一条光线，并且可通过公式表示为：鉴于聚焦堆栈E(Dx,x′,y′)是四维光场的二维投影，则有：(u,v,x,y)到(u′,v′,x′,y′)的仿射变换为：四维光场形成聚焦堆栈E(Dx,x′,y′)的过程对应的投影算子的表达式为：上述的表达式为下述步骤中需要用到的四维光场形成聚焦堆栈的投影模型，由此，可得聚焦堆栈与四维光场的几何关系：聚焦堆栈E(Dx,x′,y′本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不完备数据下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法，其特征在于，所述方法包括：建立四维光场形成聚焦堆栈的投影模型，所述聚焦堆栈是所述四维光场的二维投影，形成投影算子，采集到的聚焦堆栈数据通常在场景的一定深度范围，对应投影的不完备数据；建立聚焦堆栈中的光线轨迹追踪模型，形成反投影算子；将四维光场形成聚焦堆栈的投影模型离散为线性方程组，根据所述投影算子和所述反投影算子进行代数迭代重建光场。

【技术特征摘要】
2016.12.14 CN 20161115582941.一种不完备数据下由聚焦堆栈重建光场的代数迭代方法，其特征在于，所述方法包括：建立四维光场形成聚焦堆栈的投影模型，所述聚焦堆栈是所述四维光场的二维投影，形成投影算子，采集到的聚焦堆栈数据通常在场景的一定深度范围，对应投影的不完备数据；建立聚焦堆栈中的光线轨迹追踪模型，形成反投影算子；将四维光场形成聚焦堆栈的投影模型离散为线性方程组，根据所述投影算子和所述反投影算子进行代数迭代重建光场。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投影算子通过下述关系式获得：其中，E(Dx,x′,y′)为聚焦堆栈平面图像，为四维光场，(u,v)为光轴移动透镜坐标，(x,y)为探测器坐标，(u,v)平面移动到(u′,v′)平面，(x,y)平面移动到(x′,y′)平面，D0为(u,v)平面和(x,y)平面的距离，Dx为(u,v)平面和(x’,y’)平面的距离，Du为(u‘,v’)平面和(x,y)平面的距离，3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立聚焦堆栈中的光线轨迹追踪模型，具体根据追踪光线在聚焦堆栈的轨迹建立所述光线轨迹追踪模型，其中，所述光线L(u,v,x,y)在聚焦堆栈的轨迹为：4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述代数迭代过程具体为：光场生成聚焦堆栈的正过程建立由聚焦堆栈重建四维光场的代数迭代方法：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，邱钧，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11