[发明专利]一种集成成像系统的深度图获取方法

说明书

技术领域

本发明属于三维深度信息获取技术领域，尤其涉及一种集成成像系统的深度图获取方法。

背景技术

深度测量在虚拟现实仿真的增强现实技术、立体显示、远程医疗、基于图形的绘制等方面有着广泛的应用。深度测量是获取三维场景深度信息的重要步骤，是机器视觉研究领域的重要难题之一。

目前深度图的获取主要存在两种方式，一种是通过深度相机进行拍摄获取，一种是通过立体匹配算法获取。由于深度相机价格昂贵且获取的深度图分辨率较低，所以目前通过立体匹配算法获取深度图成为主要的手段。

在经典的机器视觉领域，是通过寻找两张或多张同一空间场景不同角度的图像之间的匹配关系来进行深度估算，但这类方法需要确定摄像机的几何位置和有关参数，这一直是传统机器视觉研究领域中的困难所在。

集成成像(Integral Imaging，简称II)，是一种用微透镜阵列来记录和显示空间场景信息的全真三维显示技术，由于该技术具有许多显著的优点而受到三维显示领域的广泛关注。图1展现了典型的集成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CCD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，相应生成一幅幅小图被称为元素图像；如图1(b)所示，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。因为在集成成像的采集部分，每个微透镜从不同角度把物空间场景的深度信息记录下来，整个过程只有一次成像过程，不存在相机的参数设置和校准问题，所以，利用集成成像技术获取深度信息，简化了深度测量过程，具有一定的优势。

但是目前集成成像系统获取深度图的方法也存在需要解决的问题，因为每个微透镜产生的元素图像的分辨率非常低，如果直接对多幅元素图像进行立体匹配来获得深度信息比较困难。因此，需要从充分利用集成成像技术优势的角度出发，研究深度信息提取方法，提高获取的深度图的质量。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种集成成像系统的深度图获取方法，旨在解决集成成像系统中，采用传统的多目视方法通过元素图像间的视差信息直接获取深度图比较困难的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种集成成像系统的深度图获取方法，该集成成像系统的深度图获取方法包括以下步骤：

第一步，对集成成像系统采集的2D元素图像集合，采用计算机重构方法生成不同视点的多幅视图，即从每个元素图像的局部相同位置提取像素形成一幅视图，改变从每个元素图像中提取像素的局部位置，即可形成不同视点的视图；

第二步，选择N幅具有连续水平视差的视图，相邻的两幅视图抽样距离为1个像素，也就是在视图生成过程时，从每个元素图像提取像素的位置在水平方向上距离为1个像素，以最左一幅视图为参考图像或最右一幅视图为参考图像，分别与其他视图进行立体匹配，得到N-1幅视差图；

第三步，以参考图像的N-1幅视差图为基础，对每个像素点的N-1个视差值进行正比例函数拟合，拟合的系数即为该像素与最邻近视图的视差值，根据视差与深度的关系，即可获得参考图像的深度图。

进一步，在第二步中，详细步骤如下：

步骤一，设搜索窗口大小为W、颜色相似性判定阈值为T1；

步骤二，建立参考图像中像素(i,j)的自适应匹配窗口W1：根据颜色相似性原理，以该像素为中心，分别计算搜索窗口W内每个像素与中心像素的颜色差值的绝对值，如果该数值小于颜色相似性阈值T1，则对应像素属于自适应匹配窗口，否则，不属于自适应匹配窗口，从而建立该像素的自适应匹配窗口W1；

步骤三，计算参考图像中像素(i,j)与待匹配图像中对应像素在自适应匹配窗口中的相似度：用来进行相似度测量的代价函数定义为：

Cost(i,j,d)＝C_color(i,j,d)+C_grad(i,j,d)(1)

其中，像素点(i,j)的视差为d,(i,j)和(i,j+d)是左右图像分别对应的像素点，左图l为参考图像，右图r为待匹配图像，C_color(i,j,d)为RGB三个颜色通道的绝对差值之和，定义为式(2)，C_grad(i,j,d)为水平、垂直梯度的绝对差值之和，定义为式(3)；