一种光场相机的快速盲标定方法技术

一种光场相机的快速盲标定方法，包括：在主透镜与图像传感器之间插入微透镜阵列以搭建初始的光场相机2.0结构，根据成像过程建立光场相机2.0标定数学模型；利用搭建的光场相机2.0结构对三层以上深度标定板进行拍摄，并记录图像传感器采集的标定板图像，该标定板具有三个或更多个不同的深度，提供不同深度位置处的块尺寸值；基于光场相机2.0结构下微透镜成像部分交叠的特性，结合采集到的标定板图像，获取标定板图像的每个深度位置处的块尺寸值；将块尺寸值代入到光场相机2.0标定数学模型，计算得到微透镜阵列的几何参数，实现对光场相机的快速标定。本发明专利技术能够在单次拍摄的条件下准确获取光场相机2.0结构的几何参数，实现对光场相机的快速标定。

A Fast Blind Calibration Method for Light Field Camera

【技术实现步骤摘要】
一种光场相机的快速盲标定方法
本专利技术涉及计算机视觉与数字图像处理领域，尤其涉及光场相机2.0的一种快速盲标定方法。
技术介绍
光场相机不同于传统相机的最大之处在于其结构中加入了微透镜阵列，因而使得图像传感器上能够记录更多的有效信息，包括场景的方向信息和位置信息等。正是由于这种结构，使光场相机具有许多特殊的本领，如拍照后重新聚焦、转换视角、获取深度信息等。由于光场相机具有能够同时捕获光线的位置与方向信息的特点，使得其在虚拟现实、全息技术、三维重建等方面受到广泛的关注。为了获得较好的成像效果，光场相机对于微透镜阵列的位置要求较高，因此需要精准的光场相机标定方法。光场相机1.0是指图像传感器到微透镜阵列的距离等于微透镜焦距的光场相机，而光场相机2.0指的是图像传感器到微透镜阵列的距离不等于微透镜焦距的光场相机。由于光场相机1.0的每个微透镜下的子图像是场景中某个点的各个方向的积分，只是描述了角度信息，所以它的子图像几乎是看不出真实场景的纹理信息；相反光场相机2.0的子图像适度地减少了角度信息，同时增加了位置信息。现有的光场相机标定及搭建方法主要是通过在已有微透镜阵列结构参数的先验基础上，利用高斯公式计算出对应的物距及像距并搭建相应光场相机结构，之后利用图像传感器记录的图像微调微透镜阵列和物体的位置来使得图像传感器所成像清晰。虽然这种方法能够实现对光场相机的搭建，但往往不能够获取准确的结构参数导致微透镜阵列实际位置与理论位置有偏移，图像传感器记录的非最佳成像。此外，在对光场采集到的图像进行处理的过程中，准确的几何参数能够获取更加精准的结果，因此实现对光场相机2.0结构的快速标定具有重要意义。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于弥补现有技术的上述缺陷，提出一种光场相机的快速盲标定方法，能够通过单次拍摄成像实现对光场相机2.0结构几何参数的获取，增强图像处理过程中数据的准确性，并提升重聚焦、深度图获取、视角转变等功能的精确度。为此，本专利技术提出一种光场相机的快速盲标定方法，包括以下步骤：A1：在主透镜与图像传感器之间插入微透镜阵列以搭建初始的光场相机2.0结构，根据成像过程建立光场相机2.0标定数学模型；A2：利用搭建的所述光场相机2.0结构对三层以上深度标定板进行拍摄，并记录所述图像传感器采集的标定板图像，其中所述三层以上深度标定板具有三个或更多个不同的深度，提供不同深度位置处的块尺寸值；A3：基于光场相机2.0结构下微透镜成像部分交叠的特性，结合步骤A2采集到的所述标定板图像，获取所述标定板图像的每个深度位置处的块尺寸值；A4：将步骤A3得到的所述标定板图像的不同深度位置处的块尺寸值代入到步骤A1建立的所述光场相机2.0标定数学模型，计算得到所述微透镜阵列的几何参数，实现对光场相机的快速标定。进一步地：步骤A1中在搭建初始的光场相机2.0结构时，使得拍摄场景中的物体发出的光线经过所述主透镜折射后成像于所述主透镜与所述微透镜阵列之间的中继像面上，所述微透镜阵列对所述中继像面上的像进行二次成像并由所述图像传感器记录，其中该光线传播过程满足高斯成像，其对应关系为：其中，u是所述物体到所述主透镜的距离，v是所述主透镜与所述中继像面之间的距离，F是所述主透镜的焦距；a是所述中继像面到所述微透镜阵列的距离，b是所述微透镜阵列到图像传感器的距离，f是所述微透镜阵列的焦距。步骤A1中，对光场相机2.0结构下的光场图像进行渲染，每个微透镜所采集到的图像满足关系：其中，D是每个微透镜所采集到的图像的尺寸，p是每个微透镜所采集到的图像中心不重叠区域的尺寸，a是所述中继像面到所述微透镜阵列的距离，b是所述微透镜阵列到图像传感器的距离；根据以上的关系建立数学模型；步骤A4中，根据步骤A3获得的所述标定板图像的不同深度位置处的块尺寸值，以及三个不同的深度之间的间隔，由如下方程组求取光场相机2.0结构的几何参数：其中u是所述物体到所述主透镜的距离，v是所述主透镜与所述中继像面之间的距离，F是所述主透镜的焦距，Δu是深度1与深度i的间隔，Δv是中继像面1与中继像面i的间隔，pt是深度i时对应的块尺寸值，其中i取2或3。步骤A3包括:对于采集到的所述标定板图像，根据深度划分为三个部分，首先初步估算所述三个深度位置处对应的块尺寸值,接着将所述微透镜采集的图像上采样至预定倍数，然而通过比较相邻微透镜采集到的图像之间的相似区域，计算出对应深度位置处精确的块尺寸值。利用梯度值的方法进行所述初步估算，求取边缘最圆滑的块尺寸大小作为粗略的估计值。所述预定倍数为100倍。利用双线性插值的方式进行所述上采样。利用块相似性算法SSIM进行所述相似区域的比较，根据相邻微透镜图像重叠区域大小即为准确的块尺寸值的特性，通过比较相邻微透镜图像间的相似区域获取更精确的块尺寸值。所述标定板为具有阶梯状的三个以上不同深度的标定板，优选地，所述标定板上具有渐变的纹理结构。所述方法还包括：利用所述几何参数进行后续的光场数据处理，包括重聚焦、视角转换、计算深度图。步骤A1中对所述三层深度标定板进行单次拍摄。本专利技术的有益效果包括：本专利技术的光场相机的快速盲标定方法，能够在单次拍摄的条件下就实现对光场相机2.0结构的几何参数的准确获取，实现对光场相机的快速标定。本专利技术不仅操作简单、标定迅捷，而且能够增强图像处理过程中数据的准确性，以及提升重聚焦、深度图获取、视角转变等功能的精确度。本专利技术不仅适用于已知部分微透镜结构参数的情况，对于无先验条件情况下的光场盲标定，本专利技术同样能够获取准确的几何参数信息进行光场相机的标定，解决了对任意微透镜阵列准确搭建光场相机的问题，具有很强的通用性。优选方案中，通过使用带有渐变纹理的标定板，能够提升标定的准确性，从而提升几何参数的准确度。此外，利用基于梯度和结构相似性的算法，我们能够实现对微透镜块尺寸的准确获取，进一步增强标定的可靠性。附图说明图1是本专利技术优选实施例的光场相机2.0结构的快速标定方法的流程图；图2是本专利技术优选实施例的光场相机2.0结构的快速标定的初始状态结构示意图；图3是是本专利技术优选实施例的光场相机2.0结构成像与渲染的过程示意图。图4是本专利技术优选实施例的光场相机2.0结构对于不同深度的物体的成像过程(此处列举了三个不同深度)。图5是本专利技术优选实施例的光场相机2.0结构的快速标定所使用的标定板结构示意图。具体实施方式下面对照附图并结合优选的实施方式对本专利技术作进一步说明。在具体的实施方案中，可按下面方式操作。需注意的是，在下面的实施过程中的光场相机搭建的结构、微透镜阵列的参数都仅为列举说明，本专利技术所涵盖的范围不局限于所列举的这些方法。参见图1至图5，一种光场相机的快速盲标定方法，具体包括以下步骤：A1：在主透镜2与图像传感器4之间插入微透镜阵列3以搭建初始的光场相机2.0结构，根据成像过程建立光场相机2.0标定数学模型。步骤A1中搭建初始的光场相机2.0结构时，使得拍摄场景中物体1发出的光线经过主透镜2折射后成像于中继像面5，微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光场相机的快速盲标定方法，其特征在于，包括以下步骤：A1：在主透镜与图像传感器之间插入微透镜阵列以搭建初始的光场相机2.0结构，根据成像过程建立光场相机2.0标定数学模型；A2：利用搭建的所述光场相机2.0结构对三层以上深度标定板进行拍摄，并记录所述图像传感器采集的标定板图像，其中所述三层以上深度标定板具有三个或更多个不同的深度，提供不同深度位置处的块尺寸值；A3：基于光场相机2.0结构下微透镜成像部分交叠的特性，结合步骤A2采集到的所述标定板图像，获取所述标定板图像的每个深度位置处的块尺寸值；A4：将步骤A3得到的所述标定板图像的不同深度位置处的块尺寸值代入到步骤A1建立的所述光场相机2.0标定数学模型，计算得到所述微透镜阵列的几何参数，实现对光场相机的快速标定。

【技术特征摘要】
1.一种光场相机的快速盲标定方法，其特征在于，包括以下步骤：A1：在主透镜与图像传感器之间插入微透镜阵列以搭建初始的光场相机2.0结构，根据成像过程建立光场相机2.0标定数学模型；A2：利用搭建的所述光场相机2.0结构对三层以上深度标定板进行拍摄，并记录所述图像传感器采集的标定板图像，其中所述三层以上深度标定板具有三个或更多个不同的深度，提供不同深度位置处的块尺寸值；A3：基于光场相机2.0结构下微透镜成像部分交叠的特性，结合步骤A2采集到的所述标定板图像，获取所述标定板图像的每个深度位置处的块尺寸值；A4：将步骤A3得到的所述标定板图像的不同深度位置处的块尺寸值代入到步骤A1建立的所述光场相机2.0标定数学模型，计算得到所述微透镜阵列的几何参数，实现对光场相机的快速标定。2.根据权利要求1所述的光场相机的快速盲标定方法，其特征在于，步骤A1中在搭建初始的光场相机2.0结构时，使得拍摄场景中的物体发出的光线经过所述主透镜折射后成像于所述主透镜与所述微透镜阵列之间的中继像面上，所述微透镜阵列对所述中继像面上的像进行二次成像并由所述图像传感器记录，其中该光线传播过程满足高斯成像，其对应关系为：其中，u是所述物体到所述主透镜的距离，v是所述主透镜与所述中继像面之间的距离，F是所述主透镜的焦距；a是所述中继像面到所述微透镜阵列的距离，b是所述微透镜阵列到图像传感器的距离，f是所述微透镜阵列的焦距。3.根据权利要求1或2所述的光场相机的快速盲标定方法，其特征在于，步骤A1中，对光场相机2.0结构下的光场图像进行渲染，每个微透镜所采集到的图像满足关系：其中，D是每个微透镜所采集到的图像的尺寸，p是每个微透镜所采集到的图像中心不重叠区域的尺寸，a是所述中继像面到所述微透镜阵列的距离，b是所述微透镜阵列到图像传感器的距离；...

【专利技术属性】
技术研发人员：金欣，孙绪福，戴琼海，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44