一种光场图像旋转误差校正方法技术

一种光场图像旋转误差校正方法,涉及图像处理领域,为了解决现有光场图像旋转误差校正方法存在的计算量大、耗时长、旋转角度求解精度低以及校正效果不理想的问题。获取光场原始白图像；提取参考图像；将参考图像初步划分为多个微透镜子图像，确定粗调中心区域；计算每个微透镜子图像的中心坐标；对中心坐标进行线性拟合，估计出图像旋转角度；将待校正光场原始图像中的各像素点进行反向旋转坐标映射和插值处理，获得校正后的光场原始图像；对目标场景进行四维光场解析和数字重聚焦处理，得到重聚焦图像，将重聚焦图像中的像素点进行正向旋转坐标映射和插值处理，获得校正后的重聚焦图像。本发明专利技术适用于校正光场图像。

A Method for Correcting Rotation Error of Light Field Image

A method of optical field image rotation error correction relates to the field of image processing. To solve the problems existing in the existing optical field image rotation error correction methods, such as large amount of calculation, time-consuming, low accuracy of rotation angle solution and unsatisfactory correction effect. Obtain the original white image of the light field; extract the reference image; divide the reference image into several micro-lens sub-images initially to determine the coarse tuning center area; calculate the central coordinates of each micro-lens sub-image; fit the central coordinates linearly to estimate the rotation angle of the image; map and interpolate the pixels in the original image of the light field to be corrected by inverse rotation coordinates. The original image of the corrected light field is obtained. Four-dimensional light field analysis and digital re-focusing are performed on the target scene to obtain the re-focusing image. The pixels in the re-focusing image are mapped by forward rotating coordinates and interpolated to obtain the re-focusing image after correction. The present invention is suitable for correcting light field images.

【技术实现步骤摘要】
一种光场图像旋转误差校正方法
本专利技术涉及图像处理领域，具体涉及一种光场图像旋转误差校正技术。
技术介绍
光场相机应用光场成像技术，可通过单次曝光获取并显示来自空间目标的多角度光场辐射强度分布。不同于传统成像设备仅记录空间信息，它能够同时记录四维光场的二维空间信息和二维角度信息。光辐射角度信息的保留为实现目标场景的多视角成像、数字重对焦及三维重建提供了所需的光场数据。近年来，利用光场图像数据已开发出多种复杂场景的重建算法，光场相机正逐步应用于在高温火焰测量、目标识别、粒子测速、实时监测等工程领域。光场相机通过在主镜头和图像传感器之间加入微透镜阵列来获得记录完整光场信息的原始图像，该图像由各微透镜单元所成的子图像按序排列组成，其子图像位置及所覆盖的像元位置是实现四维光场解析的基础。然而，由于相机装配精度的限制，微透镜阵列或图像传感器可能存在一定的旋转角度，实际拍摄的光场图像中各子图像会发生不同程度的偏转。子图像的失配造成光场解码时空间和角度信息的混淆或缺失，使得目标的重建精度和效率显著降低。因此，有必要对光场图像的旋转误差进行校正，以补偿系统内部元件间的旋转角度对光场成像的影响。目前，光场图像旋转误差校正方法通常先标定出所有子图像(即微透镜)的中心点，利用各中心点连线估计其旋转角，并将图像旋转相应的角度实现图像校正。此类方法由于采用模板匹配、渐晕峰值等方法对整体图像进行中心标定，计算量大、耗时长，并且受到主镜头渐晕效应的影响，边缘子图像的中心定位精度不高，导致求解旋转角度存在偏差；其次，中心标定和图像旋转的定位精度均为像素级，由于像素尺寸的限制，实际中心点定位及后续图像校正结果的误差会进一步增加；并且对于光场图像来说，各子图像的位置及其所覆盖像元的位置对应的空间信息和角度信息是相互关联的，仅对图像整体进行旋转将会带来额外的光场空间信息偏转。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有光场图像旋转误差校正方法存在的计算量大、耗时长、旋转角度求解精度低以及校正效果不理想的问题，从而提供一种光场图像旋转误差校正方法。本专利技术所述的一种光场图像旋转误差校正方法，该方法包括以下步骤：步骤一：使用光场相机对白色匀光板成像，获取光场原始白图像I；步骤二：对光场原始白图像I进行滤波处理，并提取滤波后光场原始白图像I的中心区域图像作为参考图像I′；步骤三：将参考图像I′划分为多个微透镜子图像，在每个微透镜子图像内进行局部搜索，确定粗调中心区域D；步骤四：对粗调中心区域D内的像素点进行插值处理，得到具有亚像素精度的像素点坐标及其灰度值，然后计算每个微透镜子图像的中心坐标(xci,ycj)；步骤五：分别对同一行/列的微透镜子图像的中心坐标(xci,ycj)进行线性拟合，根据拟合函数估计出图像旋转角度θ；步骤六：将待校正光场原始图像LI中的各像素点进行旋转角度为θ的反向旋转坐标映射和插值处理，获得校正后的光场原始图像LI′；步骤七：基于校正后的光场原始图像LI′，对目标场景进行四维光场解析和数字重聚焦处理，得到重聚焦图像RI，将重聚焦图像RI中的像素点进行旋转角度为θ的正向旋转坐标映射和插值处理，获得校正后的重聚焦图像RI′。优选的是，步骤一具体为：将白色匀光板固定在光场相机镜头前方，保证白色匀光板平面与光场相机的光轴相互垂直；调整光场相机光圈值直至成像屏上光斑刚好不发生串扰，对白色匀光板平面光源进行拍摄，得到光场原始白图像I。优选的是，步骤二中采用中值滤波方法对光场原始白图像I进行滤波，滤波窗口S＝3×3。优选的是，步骤三具体为：根据滤波后光场原始白图像I的子图像覆盖像素个数l×l，将参考图像I′划分为M×M个微透镜子图像，然后对每个微透镜子图像区域内的像素点灰度值分别按照行列求和；将各个微透镜子图像对应的各行、列求和结果分别进行降序排序，分别选取前R个求和结果对应的行、列，然后对行、列坐标分量进行升序排序，各坐标所对应的像素点组成R×R的方形粗调中心区域D。优选的是，步骤四具体为：采用双线性插值法对粗调中心区域D内的每个像素点进行系数为k的亚像素细分，可利用的像素点增加至Rk×Rk，定位精度达到了1/k像素；设插值点坐标为(x+p/k,y+q/k)，与其相邻的4个整像素点坐标为(x,y)、(x+1,y)、(x,y+1)和(x+1,y+1)，则插值点的灰度值f(x+p/k,y+q/k)为：f(x+p/k,y+q/k)＝(1-p/k)×(1-q/k)×f(x,y)+(1-p/k)×q/k×f(x,y+1)+(1-q/k)×p/k×f(x+1,y)+p/k×q/k×f(x+1,y+1)其中，f(x,y)为参考图像I′中像素点(x,y)的灰度值，p、q表示两相邻整像素点间的第p行、第q列的插值点，其中p＝1,2,…,k-1，q＝1,2,…,k-1；k为正整数；然后利用灰度重心法计算每个微透镜子图像的中心坐标(xci,ycj)，中心坐标的行坐标xci和列坐标ycj的计算公式分别为：优选的是，步骤五具体为：利用最小二乘法分别对同一行/列的微透镜子图像的中心坐标(xci,ycj)进行线性拟合，得到拟合函数及为第i行拟合函数的斜率，bi为第i行拟合函数的常量，为第j列拟合函数的斜率，bj为第i列拟合函数的常量，然后计算所有拟合函数的平均斜率其中，M为微透镜子图像的行数和列数；则光场原始白图像I的旋转角度θ为：优选的是，步骤六具体为：光场原始白图像I的分辨率为m×n，待校正光场原始图像LI中坐标为(x*,y*)的像素点反向旋转角度θ后的坐标为(x′,y′)，旋转前后的坐标满足如下关系：采用双线性插值法求解像素点(x*,y*)的灰度值f(x*,y*)，即为校正后的光场原始图像LI′中像素点(x′,y′)的灰度值f′(x′,y′)；f′(x′,y′)＝(1-u)×(1-v)×f(X,Y)+(1-u)×v×f(X,Y+1)+u×(1-v)×f(X+1,Y)+u×v×f(X+1,Y+1)其中，X为不超过x*的最大整数，Y为不超过y*的最大整数；u＝x-X,v＝y-Y；依次计算各像素点(x′,y′)的灰度值f′(x′,y′)，获得校正后的光场原始图像LI′。优选的是，步骤七具体为：建立校正后的光场原始图像LI′中各像素点灰度值f′(x′,y′)与空间光线的对应关系，即将二维图像解析为四维光场，再进行数字重聚焦处理，得到重聚焦图像RI；重聚焦图像RI的分辨率为m′×n′，重聚焦图像RI中坐标为(s′,t′)的像素点进行角度为θ的正向旋转后像素点坐标为(s″,t″)，旋转前后的坐标满足如下关系：采用双线性插值法求解重聚焦图像RI中像素点(s′,t′)的灰度值EF′(s′,t′)，即为校正后的重聚焦图像RI′中像素点(s″,t″)的灰度值E′F′(s″,t″)：E′F′(s″,t″)＝(1-p′)×(1-q′)×EF′(S,T)+(1-p′)×q′×EF′(S,T+1)+p′×(1-q′)×EF′(S+1,T)+p′×q′×EF′(S+1,T+1)其中，S为不超过s′的最大整数，T为不超过t′的最大整数；p′＝s′-S,q′＝t′-T。本专利技术的有益效果为：本专利技术利用光场相机的光场原始白图像，通过图像滤波预处理并提取灰度较为均匀的中心区域作为参考图像来降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光场图像旋转误差校正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：使用光场相机对白色匀光板成像，获取光场原始白图像I；步骤二：对光场原始白图像I进行滤波处理，并提取滤波后光场原始白图像I的中心区域图像作为参考图像I′；步骤三：将参考图像I′划分为多个微透镜子图像，在每个微透镜子图像内进行局部搜索，确定粗调中心区域D；步骤四：对粗调中心区域D内的像素点进行插值处理，得到具有亚像素精度的像素点坐标及其灰度值，然后计算每个微透镜子图像的中心坐标(xci,ycj)；步骤五：分别对同一行/列的微透镜子图像的中心坐标(xci,ycj)进行线性拟合，根据拟合函数估计出图像旋转角度θ；步骤六：将待校正光场原始图像LI中的各像素点进行旋转角度为θ的反向旋转坐标映射和插值处理，获得校正后的光场原始图像LI′；步骤七：基于校正后的光场原始图像LI′，对目标场景进行四维光场解析和数字重聚焦处理，得到重聚焦图像RI，将重聚焦图像RI中的像素点进行旋转角度为θ的正向旋转坐标映射和插值处理，获得校正后的重聚焦图像RI′。

【技术特征摘要】
1.一种光场图像旋转误差校正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：使用光场相机对白色匀光板成像，获取光场原始白图像I；步骤二：对光场原始白图像I进行滤波处理，并提取滤波后光场原始白图像I的中心区域图像作为参考图像I′；步骤三：将参考图像I′划分为多个微透镜子图像，在每个微透镜子图像内进行局部搜索，确定粗调中心区域D；步骤四：对粗调中心区域D内的像素点进行插值处理，得到具有亚像素精度的像素点坐标及其灰度值，然后计算每个微透镜子图像的中心坐标(xci,ycj)；步骤五：分别对同一行/列的微透镜子图像的中心坐标(xci,ycj)进行线性拟合，根据拟合函数估计出图像旋转角度θ；步骤六：将待校正光场原始图像LI中的各像素点进行旋转角度为θ的反向旋转坐标映射和插值处理，获得校正后的光场原始图像LI′；步骤七：基于校正后的光场原始图像LI′，对目标场景进行四维光场解析和数字重聚焦处理，得到重聚焦图像RI，将重聚焦图像RI中的像素点进行旋转角度为θ的正向旋转坐标映射和插值处理，获得校正后的重聚焦图像RI′。2.根据权利要求1所述的一种光场图像旋转误差校正方法，其特征在于，步骤一具体为：将白色匀光板固定在光场相机镜头前方，保证白色匀光板平面与光场相机的光轴相互垂直；调整光场相机光圈值直至成像屏上光斑刚好不发生串扰，对白色匀光板平面光源进行拍摄，得到光场原始白图像I。3.根据权利要求1所述的一种光场图像旋转误差校正方法，其特征在于，步骤二中采用中值滤波方法对光场原始白图像I进行滤波，滤波窗口S＝3×3。4.根据权利要求1所述的一种光场图像旋转误差校正方法，其特征在于，步骤三具体为：根据滤波后光场原始白图像I的子图像覆盖像素个数l×l，将参考图像I′划分为M×M个微透镜子图像，然后对每个微透镜子图像区域内的像素点灰度值分别按照行列求和；将各个微透镜子图像对应的各行、列求和结果分别进行降序排序，分别选取前R个求和结果对应的行、列，然后对行、列坐标分量进行升序排序，各坐标所对应的像素点组成R×R的方形粗调中心区域D。5.根据权利要求4所述的一种光场图像旋转误差校正方法，其特征在于，步骤四具体为：采用双线性插值法对粗调中心区域D内的每个像素点进行系数为k的亚像素细分，可利用的像素点增加至Rk×Rk，定位精度达到了1/k像素；设插值点坐标为(x+p/k,y+q/k)，与其相邻的4个整像素点坐标为(x,y)、(x+1,y)、(x,y+1)和(x+1,y+1)，则插值点的灰度值f(x+p/k,y+q/k)为：f(x+p/k,y+q/k)＝(1-p/k)×(1-q/k)×f(x,y)+(1-p/k)×q/k×f(x,y+1)+(1-q/k)×p/k×f(x+1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：李苏宁，袁远，刘彬，董士奎，谈和平，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23