光场全景相机的制作方法

本实用新型涉及全景相机成像技术领域，尤其是一种光场全景相机。

背景技术：

现有的全景相机只能拍摄360°的2D图像，即只能采集光线的颜色和亮度信息，而不能采集光线的方向信息。因此，现有的全景相机只能提供观看“固定”聚焦的图像，而不能“重新聚焦”。

参见图1a和图1b，运用现有的全景相机时双眼看到的360°全景图只能聚焦在一个固定半径的圆柱面上。而人眼在观看三维世界时，睫状肌可以舒张和收缩，从而聚焦在远近不同的物体上。参见图2a和图2b，人眼可以选择聚焦在不同半径的圆柱面上，聚焦在远处（即半径较大的圆柱面上）时睫状肌舒张，聚焦在近处（即半径较小的圆柱面上）时睫状肌紧绷。现有的全景相机丢失了光线的方向信息，人眼只能看见固定聚焦的图像，而不能重新聚焦。由于这不符合人眼观看三维世界的视觉特性，因此降低了人眼观看全景图的视觉体验。因此，迫切需要提供一款可供人眼看见可重新聚焦图像的全景相机。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能拍摄360°范围内光场的光场全景相机，可同时采集光线的颜色、亮度和光线方向三方面的信息，从而实现在全景任意视点都可以重新聚焦。

本实用新型采用的技术方案包括N个光场相机，且，所述光场相机均匀分布并固定于一个圆形支架上，每个光场相机拍摄的角度为，相邻两个光场相机采集的光场图像重叠的角度为；其中需满足：将相邻两个光场相机拍摄角度内采集的光线的颜色、亮度和光线方向融合在一幅更大的光场图像；拼接N个光场相机采集的光场图像可得到360°全景范围内的光线的颜色、亮度和光线方向信息，在360°内任意视点上都可以实现重新聚焦。

其中，所述光场相机包括传统相机和微透镜阵列组合，如图3所示，所述微透镜阵列嵌入在主镜头重叠因子和成像传感器之间。

和现有技术相比，本实用新型具有如下优势：

1）相邻两个光场相机拍摄的重叠角度随着相机个数动态变化，光场相机个数较少时，考虑到单个光场相机的拍摄角度较大，成像畸变严重，所以相邻两个光场相机拍摄的重叠角度较大，以确保相邻两个光场相机拍摄的光场图像能正确拼接。

2）不仅将相邻两个光场相机采集的光线的亮度和颜色信息融合，同时还把光线的方向信息融合，使得拼接的图像也同时包含颜色、亮度和光线方向信息。

3）通过拼接N个光场相机，实现了360°范围内光线的颜色、亮度和光线方向信息的同时采集，因此可在360°范围内任意视点重新聚焦。

附图说明

图1a为人眼观看传统全景图时只有一个固定聚焦面的示意图（顶视图）；

图1b为人眼观看传统全景图时只有一个固定聚焦面的示意图（侧视图）；

图2a为人眼观看本实用新型采集的全景光场图时重聚焦在远近不同距离上的示意图（顶视图）；

图2b为人眼观看本实用新型采集的全景光场图时重聚焦在远近不同距离上的示意图（侧视图）；

图3为光场相机原理结构图；

图4 为本实用新型实施例一的结构示意图（N=2时）；

图5为本实用新型实施例二的结构示意图（N=3时）；

图6 为本实用新型实施例三的结构示意图（N=4时）；

图7 为本实用新型实施例四的结构示意图（N=8时）。

具体实施方式

传统的全景相机只能拍摄360°全景2D图像，只包含了360°范围内光线的颜色和亮度信息，而缺乏光线的方向信息；所以传统的全景相机不能实现重新聚焦。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

参见图3，实施例的光场相机 001由传统相机改造而成，改造方法为：在传统相机的主镜头101和成像传感器103之间嵌入微透镜阵列102。本实用新型以下实施例均采用这个方式改造而成的光场相机 001。下面分别描述N=2、N=3、N=4、N=8时的实施例，且所有实施例中相邻两个相机之间的重叠因子。

需要特别指出的是，每个光场相机拍摄的角度为，相邻两个光场相机采集的光场图像重叠的角度为；其中需满足：

， 其中为重叠因子且；（相机拍摄范围角度并不是可以为任意角度，而是购买相机和镜头时就确定了，因此只要规定的下限即可）。重叠因子是一个人为设定的参数，其值的大小反映了相邻两个相机的重叠角度。如果等于零，则360°平分为N等份，相机拍摄范围角度即可，此时并不要求相邻相机拍摄范围有重叠，这种情况下也能组成光场全景相机，但是拼接的全景图就存在较大的死区（即相机无法采集图像的区域）。随着重叠因子的增大，相邻相机拍摄图像的重叠区域增大，全景图的死区减小，但是就要求相机具有更大的拍摄角度，这会造成相机畸变增大。因此的值需要根据光场相机的拍摄范围角度来合理确定，一般经验取值为[0.2，0.4]之间。重叠因子的取值没有上限，而其下限为零，经验取值为[0.2，0.4]之间，实施例取0.3，即举一个例子足以支持权利要求书的内容。

实施例一

参见图4，当N=2时，仅有的两个光场相机1背对背固定在一个支架2上， 两个光场相机镜头的法线重合。根据公式，单个光场相机的拍摄角度，本实施例中选用的光场相机的FOV为240°，满足上述要求。每个光场相机在240°角度内同时采集光线的颜色、亮度和光线方向三方面信息，并将其采集的三方面信息存储为光场图像。2个光场相机拍摄的光场图像部分重叠，将重叠部分的光场图像融合，也即将重叠部分的光线的颜色、亮度和光线方向融合，从而得到了360°全景光场图像。

实施例二

参见图5，当N=3时，三个光场相机1均匀分布固定在一个圆形支架2上， 相邻两个光场相机1镜头的法线成120°，根据公式，单个光场相机1的拍摄角度，本实施例中选用的光场相机1的FOV为160°，满足上述要求。每个光场相机在160°角度内同时采集光线的颜色、亮度和光线方向三方面信息，并将其采集的三方面信息存储为光场图像。任意相邻2个光场相机拍摄的光场图像部分重叠，将所有相邻的2个光场相机拍摄的光场图像拼接，从而得到了360°全景光场图像。

实施例三

参见图6，当N=4时，四个光场相机1均匀分布固定在一个圆形支架2上， 相邻两个光场相机镜头的法线成90°，根据公式，单个光场相机1的拍摄角度，本实施例中选用的光场相机1的FOV为120°，满足上述要求。每个光场相机1在120°角度内同时采集光线的颜色、亮度和光线方向三方面信息，并将其采集的三方面信息存储为光场图像。任意相邻两个光场相机拍摄的光场图像部分重叠，将所有相邻的2个光场相机拍摄的光场图像拼接，从而得到了360°全景光场图像。

实施例四

参见图7，当N=8时，八个光场相机1均匀分布固定在一个圆形支架2上， 相邻两个光场相机1镜头的法线成45°。根据公式，单个光场相机的拍摄角度，本实施例中选用的光场相机的FOV为60°，满足上述要求。每个光场相机在60°角度内同时采集光线的颜色、亮度和光线方向三方面信息，并将其采集的三方面信息存储为光场图像。任意相邻2个光场相机拍摄的光场图像部分重叠，将所有相邻的2个光场相机拍摄的光场图像拼接，从而得到了360°全景光场图像。

在实施例一中，因为光场相机数量很少（N=2），所以就要求每个光场相机具有较大的拍摄范围角度。如果无法接受240°相机的畸变，或者考虑到240°镜头的价格比较贵，则可以减小重叠因子，使得，则单个光场相机的拍摄角度的要求放松到）。同理，在其他实施例中，因为价格或畸变等原因不愿采用大拍摄范围角度的光场相机时，可以适当减小重叠因子，以降低对光场相机的要求。

对于实施例四，光场相机数量比较多，只需要光场相机即可，实施例四中采用的光场相机，畸变较小，且镜头价格适中，因此可维持，甚至进一步增加的值。

上文分别列举了N=2、N=3、N=4和N=8时的实施例，可知其中N=2、N=3时，本实用新型的情况较为特殊，因而单独列出实施例一盒实施例二；而当N≥4时，本实用新型的实施方案具有一定的普遍性，因而在举出实施例三的同时又追加例举N=8时候的实施例四的方案。本领域技术人员易于想到的是，在N＞4时的需要采用其他数值时，均可无需创造性劳动而参照上述实施例三、四来推理实现。

综上，相比于传统的全景相机，本实用新型的有益效果主要是：采集了360°范围内光线的颜色、亮度和光线方向信息，采用特征点配准拼接所有相邻光场相机的图像，并采用线性过渡融合方法将重叠区域的图像融合，最后得到一幅全景光场图，可在360°范围内任意视点重新聚焦。使得眼睛观看全景图时，可以选择性得聚焦在任意物体上，人眼可以获得更加逼真的全景观看效果。

上面结合附图及实施例描述了本实用新型的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本实用新型的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。