专利名称：全景成像系统中基于立体匹配的元素图像获取方法
技术领域：
本发明属于立体显示领域。
背景技术：
全景成像integral imaging技术是一种通过微透镜阵列来记录和显示3D空间场景信息的图像技术。
图1展现了现有的全景成像系统的采集和显示部分。如图1 (a)所示，采集部分包括微透镜阵列和采集设备如CXD相机，3D物空间场景通过微透镜阵列被CCD相机采集；每个微透镜都从不同的方向记录一部分物体空间，相应生成的一幅幅小图被称为元素图像，有多少个微透镜就有多少个相应的元素图像，所以CCD 相机采集的空间场景的3D信息就是一系列2D元素图像集合。显示部分中，把2D元素图像集合放在具有同样参数的显示微透镜阵列后，相应的微透镜阵列把许许多多“元素图像”透射/反射出来的光线聚集后可还原出原来的3D空间，如图1(b)所示。全景成像系统具有连续视点和在空间上形成真实的立体图像等优势，但其采集的元素图像之间存在交叉干扰问题，也就是光线通过微透镜阵列被记录时，相邻的元素图像在交界位置会出现重叠现象，这降低了 3D图像的显示质量，也影响了观察者正确感知场景深度的能力。另外，当采集微透镜阵列与显示微透镜阵列光学参数不匹配时会出现图像畸变、显示质量严重劣化现象。目前，很多研究试图解决全景成像系统的交叉干扰问题，如运动透镜阵列技术、使用渐变折射率透镜等，但这些方法只能在一定程度内减小交叉干扰，并且额外所需要的光学部件和机械运动不易实现。
发明内容
本发明提出了一种全景成像系统中基于立体匹配的元素图像获取方法，以解决传统全景成像系统中采集的元素图像之间存在交叉干扰的问题。本发明采取的技术方案包括下列步骤
(一)、在全景成像系统中采用高分辨率的CCD相机作为空间场景图像的采集设备，将 Af xiV个CCD相机构成阵列放置于同一平面内，每两个水平或垂直相邻的相机镜头中心的距离B，获得Mx-V幅不同视点的高分辨率图像；
(二)、根据全景系统中显示设备的光学参数、该光学参数包括显示微透镜阵列为 t/xF个微透镜成方形排列，透镜焦距为/ ,透镜宽度力”将AfxF幅多视点图像转换为适用于显示微透镜阵列的2D元素图像集合，转换过程如下
(1)对相邻的两幅视图进行基于区域的立体匹配，根据相邻两幅图像中匹配像素点对的视差，计算该物体点深度和世界坐标；按照同样方法，可以计算空间场景的各点的世界坐标，从而重构空间场景的三维立体图像；计算物空间某点深度和世界坐标的方法如下
使两个CCD相机坐标系统的各对应轴平行，将世界坐标系叠加到第一个CCD相机坐标系上，使两系统原点重合，对应坐标轴重合，而第一个CXD相机的像平面坐标与相机的XY坐标重合；如图2所示，两个相机镜头的焦距为Λ，空间场景中某点W的世界坐标为(-U’ 2), 该点形成的两个像平面坐标点为(Α,Λ)和( , )；
根据上述坐标设定，由第一个像平面的几何关系可得
权利要求
1.一种全景成像系统中基于立体匹配的元素图像获取方法，其特征在于包括下列步骤(一)、在全景成像系统中采用高分辨率的CCD相机作为空间场景图像的采集设备，将 Jf xF个CCD相机构成阵列放置于同一平面内，每两个水平或垂直相邻的相机镜头中心的距离B，获得i￥xF幅不同视点的高分辨率图像；(二)、根据全景系统中显示设备的光学参数，该光学参数包括显示微透镜阵列为 t/x厂个微透镜成方形排列，透镜焦距为/，透镜宽度力将AixiV幅多视点图像转换为适用于显示微透镜阵列的2D元素图像集合，转换过程如下(1)对相邻的两幅视图进行基于区域的立体匹配，根据相邻两幅图像中匹配像素点对的视差，计算该物体点深度和世界坐标；按照同样方法，可以计算空间场景的各点的世界坐标，从而重构空间场景的三维立体图像；计算物空间某点深度和世界坐标的方法如下使两个CCD相机坐标系统的各对应轴平行，将世界坐标系叠加到第一个CCD相机坐标系上，使两系统原点重合，对应坐标轴重合，而第一个CXD相机的像平面坐标与相机的XY坐标重合；两个相机镜头的焦距为Λ，空间场景中某点W的世界坐标为(-^,Γ,Ζ),该点形成的两个像平面坐标点为O1，Λ)和( J2)；根据上述坐标设定，由第一个像平面的几何关系可得
2.根据权利要求所述的一种全景成像系统中基于立体匹配的元素图像获取方法，其特征在于计算机生成2D元素图像集合包括下列步骤设置坐标系ιΥζ’，其原点设置在步骤(1)中XYZ坐标系的( ，Λ ，、)处，所以步骤 (1)中重构的某空间点坐标转换到坐标系JfYf中即为(Jf + ,r+A,Z+zJ ;在坐标系JTYY中，设虚拟透镜阵列与原始图像成像平面的距离为g，虚拟透镜阵列与XY平面平行，其右下角放置于(OAg)处；若重构的某物体点Q坐标为(W),经过不同的微透镜会在元素图像成像平面形成对应元素图像的像素点，例如点Q经过某个微透镜， 如之方向的第&个、广方向的第、个，在该微透镜对应的元素图像中形成了一个像素点，坐标为Ο^Λ,Ο),坐标值可由式(5)、(6)计算得到
全文摘要
本发明涉及一种全景成像系统中基于立体匹配的元素图像获取方法，属于立体显示领域。使用CCD相机阵列做为全景成像系统的空间图像获取方式，将采集得到的多幅不同视点图像，基于立体匹配原理转换生成用于全景成像系统显示的2D元素图像集合。这和全景成像系统中传统采集设备——微透镜阵列采集得到的图像形式一样，便于与普通的全景成像系统显示设备兼容，可以完全消除全景成像系统以微透镜阵列获取三维空间场景图像时存在的交叉干扰。
文档编号G03B37/00GK102164298SQ20111012918
公开日2011年8月24日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者朴燕, 王宇 申请人:长春理工大学