一种面向采集的光场质量评价方法及光场成像系统与流程

本发明属于光学成像技术领域，尤其涉及一种面向采集的光场质量评价方法及光场成像系统。

背景技术：

随着3d媒体业务的兴起，光场凭借其自身独特优势得到了业界的广泛关注。与传统的光学成像系统不同，光场成像系统无需额外的机械对焦即可对任一聚焦位置的图像进行成像，能够轻松实现一次采集，多视点、多焦面成像功能。相应的，基于光场的视频显示系统可以为用户实时呈现三维场景中任意视点、任意朝向的新视点图像，提供更加全面的场景信息，给用户带来强烈的“身临其境”感。通常情况下，光场的质量会直接影响用户的观看体验，为了及时掌握用户的满意度，光场质量评价已得到业界的广泛关注。如何有效评价光场质量在整个光场研究中具有极其重要的意义。光场采集是影响光场质量的重要环节；光场采集设备在采集原始光场序列源的过程中，不同的采集方式如相机阵列光场采集和单相机光场采集等会对采集结果的质量造成一定的差异；同时，相机自身的性能参数以及相机阵列的配置等因素同样会对光场质量产生相应的影响；此外，对于不同纹理特性的光场场景，相应采集结果的质量也会存在较大差异。在这种情况下，如何有效分析光场采集过程中的关键技术以及光场采集失真的特点，合理梳理影响光场质量的关键因素及其之间的相互关系，建立准确、高效的光场质量评估方法是当前亟待解决的问题。当前针对光场质量的研究尚处于初始阶段，无法满足日益增长的光场应用需求。

综上所述，现有技术存在的问题是：首先，当前光场质量研究仅局限于分析采集参数对光场质量的影响，而忽略了场景内容不同而引起的质量差异；另外，针对光场质量，当前研究仅局限于分析各因素对质量的影响，还没有建立起准确有效的客观评估模型或方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向采集的光场质量评价方法及光场成像系统。

本发明是这样实现的，一种面向采集的光场质量评价方法，所述面向采集的光场质量评价方法包括：

步骤一，根据实际应用条件判断光场场景内容是否已知；

步骤二，光场采集中直接获得的影响光场质量的参数；

步骤三，根据步骤二获得的影响参数，计算评估因子；其中影响参数用于推导计算评估因子，利用评估因子预测光场质量；

步骤四，利用评估因子预测出光场质量。

进一步，所述步骤一中通过当前可用信息是否包含场景内容数据来判断，若包含则内容已知，若不包含则内容未知；

进一步，所述步骤二中：确定的参数包括光场采集参数，光场源的场景特性参数；

所述光场采集参数包括：相机分辨率、相机阵列中相机的间距以及焦深；

所述光场源的场景特性参数包括：图像熵、场景源的表面积、场景源的投影面积。

进一步，所述步骤三中的评估因子包括：采样因子、纹理因子；

所述采样因子通过光场采集参数推导计算获得；

所述纹理因子通过光场源的场景特性参数推导计算获得。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述面向采集的光场质量评价方法的光场成像系统。

本发明的优点及积极效果为：采用两种光场质量客观评价模型，分别针对场景内容未知及场景内容已知的光场质量进行客观评价，整个评估过程只涉及较少的数学运算。实验结果表明，对于场景未知的情形，光场质量与预测值之间的皮尔森相关系数和均方根误差分别为0.819和0.316；而对于场景已知的情形，光场质量与预测值之间的皮尔森相关系数和均方根误差可达到0.923和0.224；二者相比而言，后者皮尔森相关系数同比增长12.7％，均方根误差下降29.1％，可以更准确地预测光场质量。因此，本发明具有计算复杂度低，可靠性高的特点，能够根据不同的应用场景较准确的评价光场质量；可以对当前光场应用的质量进行有效的监控和评价；为光场相关技术、设备以及应用开发和创新提供有效的参考依据。

本发明可以针对不同的应用场景对光场质量进行准确地评价；具有复杂度低、适用性广、实用性强的特点；面向光场采集过程中的光场质量失真，针对光场场景内容未知和已知的情形，分别提出光场质量客观评估方法。

附图说明

图1是本发明实施例提供的面向采集的光场质量评价方法流程图。

图2是本发明实施例提供的面向采集的光场质量评价方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的面向采集的光场质量评价方法包括以下步骤：

s101：根据实际应用条件判断光场场景内容是否已知；

s102：光场采集中直接获得的影响光场质量的因素；

s103：利用评估参数预测出光场质量。

在步骤s102中：对于光场场景未知的情形，可确定的因素主要包括光场采集参数，如相机分辨率、相机阵列中相机的间距以及焦深等等；而对于光场场景已知的情形，除光场采集的参数外，还包括光场源的场景特性参数，如图像熵、场景源的表面积、场景源的投影面积等。

下面结合具体应用实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

实施例1：

1、场景内容未知的光场质量评价实施例

针对光场场景内容未知的情形，光场采集参数如相机分辨率(画面分辨率)、相机阵列中相机的间距以及焦深等是反映光场质量的重要指标。其中，光场采集系统中的相机分辨率、相机阵列中相机的间距分别反映了场景各采样点的空间分布和方向采样密度。通常情况下，相机间隔越大，光场的角度采样越稀疏，输出图像的质量也相应更差；另外，像素间距越大，空间采样越稀疏，光场输出质量也相应越差。考虑到焦深的影响，随着相机焦深的增加，相应光场源质量也会在一定程度降低。综合光场采集各参数之间的关系及特点，为方便计算光场质量，定义采样因子为：

fs＝f(ds,da,l)(1)；

式中，fs为采样因子，ds为相机分辨率(画面分辨率)，da为相机间距，l为焦深，f为表征函数。其中，相机分辨率/画面分辨率可以用像素间隔等参数表征，相机间距可以用相机中心距离或相机镜头之间距离表示，焦深可以用相机与场景面之间的距离等参数来表示。

根据实验结果发现，光场质量与采样因子具有非常紧密的关系，二者之间的变化规律可以表示为：

q＝f(fs)(2)；

式中，fs为采样因子，q为光场质量。利用上述方法即可预测场景未知时的光场质量。

2、场景内容已知的光场质量评价实施例

在实际应用中，当场景内容已知时，光场场景的特性参数如表面纹理特性以及几何结构等信息都可以获得。当光场采集参数恒定时，不同场景模型采集所得光场源的光场质量存在较为明显的差异。这主要是由于光场场景纹理和几何结构会影响光场重构过程中的预测精度。在光场采集参数对光场质量影响的基础上，将进一步考虑光场场景纹理特性以及几何结构等因素之间的关系以及与光场质量的关系。

本发明结合场景的表面纹理及场景的几何信息，提出了能够反映场景内容特性的纹理因子，其计算方法如下：

ft＝f(h,res,rep)(3)；

式中，ft为光场场景的纹理因子，h为图像熵，rep表示有效几何场景沿相机轴线的投影面积，res为几何场景表面积。

利用场景纹理因子以及采样因子，根据实验结果可以获得二者与光场质量之间存在以下关系：

q＝f(fs,ft)(4)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。