一种光场相机的微透镜阵列标定方法及系统与流程

本发明涉及计算机视觉与数字图像处理技术领域，尤其涉及一种光场相机的微透镜阵列标定方法及系统。

背景技术：

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。由于其独特的光学构造和成像过程，因此需要对其中的微透镜阵列进行准确标定从而获取高性能的光场重建结果。

现有的光场相机的微透镜阵列标定算法通过拍摄白图像并假设每一个微透镜图像的最亮点为其中心点的方式，从而获取微透镜阵列的参数信息，但这种方法不能够适用于较大的微透镜阵列的标定，从而不具有很好的通用性，且容易受到干扰，准确率较低。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，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，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的问题，提供一种光场相机的微透镜阵列标定方法及系统。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种光场相机的微透镜阵列标定方法，包括如下步骤：s1：减小光场相机的微透镜阵列的主镜头光阑，使得所述微透镜阵列的中心区域透光；s2：利用所述光场相机拍摄光源并使得所述微透镜阵列中每个微透镜的中心区域都能透光，从而获得暗图像；s3：对所述暗图像进行图像处理获取所述微透镜阵列的每个所述微透镜的中心点的坐标；s4：对每个所述微透镜的中心点的坐标进行线性拟合，获取所述微透镜阵列的参数信息，根据所述参数信息对所述微透镜阵列进行标定。

优选地，所述光源是日光或探照灯。

优选地，对所述暗图像进行图像处理包括：对所述暗图像滤波进行去噪；接着利用二值化操作提取所述微透镜阵列的每个所述微透镜的中心区域；利用聚类将属于同一个所述微透镜下的点划分到同一个类当中。

优选地，所述参数信息包括：旋转信息、平移信息、微透镜中心间隔信息。

优选地，根据如下公式求取所述参数信息：

ap[xp1xp2...xpn]+[yp1yp2...ypn]+bp＝0,

cq[x1qx2q...xmq]+[y1qy2q...ymq]+dq＝0,

θ＝mean[arctan(-ap),arctan(cq)]

其中，ap是第p行所述微透镜的中心的斜率，[xp1xp2...xpn],[yp1yp2...ypn]是第p行所述微透镜的中心点的坐标，bp是第p行所述微透镜的中心的偏移量；cq是第q列所述微透镜的中心的斜率，[x1qx2q...xmq],[y1qy2q...ymq]是第q列所述微透镜的中心点的坐标，dq是第q列所述微透镜的中心的偏移量；m,n分别是所述微透镜阵列的行数和列数，θ是所述微透镜阵列的旋转角度。

优选地，所述光场相机是第一代光场相机，所述第一代光场相机的所述微透镜阵列设置在主镜头的像平面处；或，所述光场相机是第二代光场相机，所述第二代光场相机的所述微透镜阵列在像平面之后。

本发明提供一种光场相机的微透镜阵列标定系统，其特征在于，包括：第一单元：减小光场相机的微透镜阵列的主镜头光阑，使得所述微透镜阵列的中心区域透光；第二单元：利用所述光场相机拍摄光源并使得所述微透镜阵列中每个微透镜的中心区域都能透光，从而获得暗图像；第三单元：对所述暗图像进行图像处理获取所述微透镜阵列的每个所述微透镜的中心点的坐标；第四单元：对每个所述微透镜的中心点的坐标进行线性拟合，获取所述微透镜阵列的参数信息，根据所述参数信息对所述微透镜阵列进行标定。

优选地，对所述暗图像进行图像处理包括：对所述暗图像滤波进行去噪；接着利用二值化操作提取所述微透镜阵列的每个所述微透镜的中心区域；利用聚类将属于同一个所述微透镜下的点划分到同一个类当中。

优选地，所述参数信息包括：旋转信息、平移信息、微透镜中心间隔信息。

优选地，根据如下公式求取所述参数信息：

ap[xp1xp2...xpn]+[yp1yp2...ypn]+bp＝0,

cq[x1qx2q...xmq]+[y1qy2q...ymq]+dq＝0,

θ＝mean[arctan(-ap),arctan(cq)]

其中，ap是第p行所述微透镜的中心的斜率，[xp1xp2...xpn],[yp1yp2...ypn]是第p行所述微透镜的中心点的坐标，bp是第p行所述微透镜的中心的偏移量；cq是第q列所述微透镜的中心的斜率，[x1qx2q...xmq],[y1qy2q...ymq]是第q列所述微透镜的中心点的坐标，dq是第q列所述微透镜的中心的偏移量；m,n分别是所述微透镜阵列的行数和列数，θ是所述微透镜阵列的旋转角度。

本发明的有益效果为：提供一种光场相机的微透镜阵列标定方法及系统，通过缩小主镜头光阑，获取暗图像的方式，大大简化了标定的难度并提升了准确度。

附图说明

图1是本发明实施例中一种光场相机的微透镜阵列标定方法的示意图。

图2是本发明实施例中一种暗图像的示意图。

图3(a)是本发明实施例中对暗图像降噪后的示意图。

图3(b)是本发明实施例中对降噪后的暗图像进行二值化的示意图。

图3(c)是本发明实施例中对二值化后的暗图像进行聚类的示意图。

图4是本发明实施例中一种光场相机的微透镜阵列标定系统的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“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发明实施例和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，本发明提供一种光场相机的微透镜阵列标定方法，包括如下步骤：

s1：减小光场相机的微透镜阵列的主镜头光阑，使得所述微透镜阵列的中心区域透光；

在一种具体的实施例中，采用4088*3070的工业相机进行成像，微透镜阵列采用正六边形紧密排布且焦距为1.33mm，主透镜采用20mm定焦镜头。搭建光场相机，场景中的聚焦平面发出的光线经过主镜头的折射后聚焦于中继像面。将微透镜阵列置于传感器平面前1.6mm处。通过缩小主镜头的光阑，使得仅有微透镜中心部分有光透过。

s2：利用所述光场相机拍摄光源并使得所述微透镜阵列中每个微透镜的中心区域都能透光，从而获得暗图像；

通过步骤s1所得到的光场相机，对着亮度较大的场景进行拍摄，具体的可以采用对探照灯或日光进行拍摄，使得每一个微透镜仅有中心区域能透过光线，并被传感器记录。

如图2所示，是传感器记录的光场相机的拍摄结果。

s3：对所述暗图像进行图像处理获取所述微透镜阵列的每个所述微透镜的中心点的坐标；

如图3(a)-图3(c)所示，根据步骤s2所得到暗图像后，由于噪声的存在首先利用圆形滤波器对暗图像进行去噪处理，从而提升标定的可靠性，为了能够求取每一个微透镜的中心点坐标，将去噪后的暗图像进行二值化操作，使得仅中心区域的点被保留，之后将这些点进行聚类操作，使得每一个微透镜下的点属于同一类。

降噪目的是为了能够减少噪声的干扰，从而提升标定的准确度，最常见的方式是利用数字滤波器。二值化的目的是为了将每个微透镜下的被照亮区域与未被照亮区域分隔开。聚类的目的是为了将每一个微透镜下的被照亮的区域标记出来，从而求取该区域的中心坐标，作为该微透镜的中心坐标。

在本发明的一种实施例中，可以通过多次改变相机参数的方法，多次进行微透镜阵列的标定，来降低标定的误差。

s4：对每个所述微透镜的中心点的坐标进行线性拟合，获取所述微透镜阵列的参数信息，根据所述参数信息对所述微透镜阵列进行标定。

根据步骤s3得到的微透镜的中心点坐标后，利用线性拟合的方式求取出微透镜阵列的旋转信息、平移信息、微透镜中心间隔信息。这些参数信息将被用来微透镜阵列及光场图像的校正和标定当中，使得光场数据的处理准确、可靠。

根据如下公式求取所述参数信息：

ap[xp1xp2...xpn]+[yp1yp2...ypn]+bp＝0,

cq[x1qx2q...xmq]+[y1qy2q...ymq]+dq＝0,

θ＝mean[arctan(-ap),arctan(cq)]

其中，ap是第p行所述微透镜的中心的斜率，[xp1xp2...xpn],[yp1yp2...ypn]是第p行所述微透镜的中心点的坐标，bp是第p行所述微透镜的中心的偏移量；cq是第q列所述微透镜的中心的斜率，[x1qx2q...xmq],[y1qy2q...ymq]是第q列所述微透镜的中心点的坐标，dq是第q列所述微透镜的中心的偏移量；m,n分别是所述微透镜阵列的行数和列数，θ是所述微透镜阵列的旋转角度。

可以理解的是，在获取了微透镜阵列每个中心点的坐标后，之后就都为数据处理的工作了，最常见的是通过线性拟合的方式，求取出微透镜阵列间的斜率和偏移值，从而计算旋转角度和偏移量，可以通过计算梯度的方式，获取相邻透镜间的间距。这些参数也就是想要标定的微透镜阵列的信息。

可以理解的是，在使用滤波、二值化等方法时的参数设置会根据具体需求来进行调节，例如二值化时的阈值的设定、降噪时候滤波器的选择等。

在本发明的一种实施例中，参数信息还可以包括微透镜阵列的变化趋势等参数。

本发明中的光场相机是第一代光场相机，第一代光场相机的微透镜阵列设置在主镜头的像平面处；或，光场相机是第二代光场相机，第二代光场相机的所述微透镜阵列在像平面之后。

如图4所示，本发明还提供一种光场相机的微透镜阵列标定系统，包括：

第一单元：减小光场相机的微透镜阵列的主镜头光阑，使得所述微透镜阵列的中心区域透光；

第二单元：利用所述光场相机拍摄光源并使得所述微透镜阵列中每个微透镜的中心区域都能透光，从而获得暗图像；

第三单元：对所述暗图像进行图像处理获取所述微透镜阵列的每个所述微透镜的中心点的坐标；

第四单元：对每个所述微透镜的中心点的坐标进行线性拟合，获取所述微透镜阵列的参数信息，根据所述参数信息对所述微透镜阵列进行标定。

在本发明的一种实施例中，对暗图像进行图像处理包括：对暗图像滤波进行去噪；接着利用二值化操作提取所述微透镜阵列的每个所述微透镜的中心区域；利用聚类将属于同一个所述微透镜下的点划分到同一个类当中。

参数信息包括：旋转信息、平移信息、微透镜中心间隔信息，根据如下公式求取所述参数信息：

ap[xp1xp2...xpn]+[yp1yp2...ypn]+bp＝0,

cq[x1qx2q...xmq]+[y1qy2q...ymq]+dq＝0,

θ＝mean[arctan(-ap),arctan(cq)]

其中，ap是第p行所述微透镜的中心的斜率，[xp1xp2...xpn],[yp1yp2...ypn]是第p行所述微透镜的中心点的坐标，bp是第p行所述微透镜的中心的偏移量；cq是第q列所述微透镜的中心的斜率，[x1qx2q...xmq],[y1qy2q...ymq]是第q列所述微透镜的中心点的坐标，dq是第q列所述微透镜的中心的偏移量；m,n分别是所述微透镜阵列的行数和列数，θ是所述微透镜阵列的旋转角度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。