[发明专利]一种改进的计算集成图像的高分辨率重构方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及三维图像处理，特别是一种集成图像的高分辨率重构方法，可用于对目标的三维立体图像显示和三维立体电视。

背景技术

近年来，三维集成成像(Integral Imaging，II)技术已成为真三维立体显示领域中的重要研究方向。与头盔三维显示和全息成像相比，该方法不需辅助特殊眼镜和相干光源，能够提供全视差、连续视点、全彩色的真三维实时立体图像，且能有效克服传统多视点自由立体显示出现的辐辏与焦点调节范围不匹配导致的视觉疲劳现象。这些优势使其在裸眼三维立体显示、三维立体电视3DTV等领域具有广阔的应用前景。

三维集成成像II是一种采用双微透镜阵列实现三维目标立体特征信息记录和立体图像重构显示的新型三维图像技术，其成像原理如图1所示。在记录阶段，记录微透镜阵列会聚三维目标的不同角度光线信息，在过渡像面形成视差不同的微单元图像，经中继光学系统会聚于图像记录器件，转换为数字微单元图像；在重构显示阶段，微单元图像通过高分辨率显示面板显示，由空间尺寸匹配的重构微透镜阵列进行会聚，并结合人眼的图像视差融合特性，形成三维立体图像。但由于微透镜尺寸较小，经由微透镜阵列所成的视差元素子图像分辨率较低，且重构出的三维图像观察视角很窄，同时尺寸限制所带来的衍射效应也降低了成像质量。

为了克服光学器件对重构图像质量的限制，国外多名研究者提出了基于面到面的计算集成成像重构(Plane-by-plane Computational Integral ImagingReconstruction)方法，其成像原理如图2所示。即在重构过程中用虚拟针孔阵列替代了原来的重构微透镜阵列，将元素子图像经计算机放大重叠形成平面重构图像，在不同距离的空间重构像平面上得到各自不同的平面重构图像，然后再将这一系列平面重构图像整合，还原目标的三维图像。该方法成功地将三维重构问题转换为二维平面图像处理问题，并且重构的三维图像分辨率直接取决于平面重构图像分辨率的高低。但是，这种方法由于在元素子图像的放大过程中引入了冗余像素，且这些冗余像素又参与了元素子图像的叠加过程，一方面使得重构过程的计算复杂度急剧上升，重构过程速度降低，另一方面易造成平面重构图像分辨率严重下降，主要表现在重构图像像素值计算不精确，像素间的相关性比较低。如果用这些平面重构图像去还原目标的三维图像，将会造成图像的扭曲畸变以及三维信息的丢失，这样会造成目标难以识别，或者判别错误。如果用于军事领域，诸如对目标在三维场景中的定位以及对目标的跟踪打击等要求比较精确的领域，将会出现目标误判和命中率降低等问题。如果用于民用领域，诸如3D电影和3D电视，将会出现观看目标空间位置不正确等问题，使人观看时缺乏真实感。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种改进的计算集成图像的高分辨率重构方法，以提高平面重构图像的分辨率，保证三维信息的完整和图像的无失真显示，并减小计算复杂度。

实现本发明目的技术方案，是对已有计算集成图像的重构方法进行改进，一方面是摈弃原方法中的元素子图像放大过程，取而代之是将元素子图像上的像素点映射到重构像平面上形成离散点模式平面重构图像；另一方面，是通过插补方法将离散点模式平面重构图像插值为最终的分辨率提高的平面重构图像。其具体步骤包括如下：

(1)采用虚拟针孔阵列代替重构微透镜阵列，用于进行像素点映射，该虚拟针孔的个数与集成成像记录过程中生成的元素子图像的个数相同，且针孔阵列的排布与元素子图像阵列的位置分布相对应，针孔阵列与元素子图像的距离设为透镜焦距，针孔阵列与空间重构像平面的距离设为重构距离；

(2)将集成成像记录过程中生成的具有不同视差的元素子图像的像素点分别通过虚拟针孔阵列中的对应针孔，逐点映射到空间重构像平面上，在该像平面上有映射点的位置称为非零像素点，没有映射点的位置称为零像素点，形成离散点模式的平面重构图像；

(3)用非零像素点衍生插补方法按如下步骤对上述零像素点进行插值，将其转化为完整连续的平面重构图像：

3a)逐点扫描整幅离散点模式平面重构图像，判断所扫描到的点是零像素点还是非零像素点；

3b)如果扫描到的点是非零像素点，逐点判断它周围相邻的8个像素点是否为零像素点，并将该非零像素点的像素值叠加到8个像素中的零像素点的像素值上，保持该8个像素中的非零像素点的像素值不变；如果扫描到的点是零像素点，则不做处理；

3c)继续扫描下一个像素点，重复步骤3b)中的操作；