[发明专利]超分辨率光场采集装置及其的三维重建方法

说明书

本发明提出一种超分辨率光场采集装置及其的三维重建方法，该光场采集装置包括：相机；球透镜，球透镜位于相机的前方，相机透过球透镜进行图像采集；球透镜驱动装置，球透镜驱动装置用于驱动球透镜在水平和/或竖直方向移动。本发明的光场采集装置能够采集高分辨率的三维或者四维稠密光场，采集速度快、效率高，并且该装置结构简单、使用方便、适用范围广。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，特别涉及一种超分辨率光场采集装置及其的三维重建方法。

背景技术

光场采集及其重建技术是计算机视觉领域中一个非常重要的问题，利用光场进行三维重建相比传统的三维重建方法有着极大的优势：其所需的硬件资源少、便于在PC上实时重建；不需要繁琐的人机交互，适用性强，场景的复杂性不会增加计算的复杂度。然而，使用三维扫描仪虽然可以进行高精度的三维重建，但其昂贵的设备价格和非常局限的使用场合限制了实际的应用。光场技术在照明工程、光场渲染、重光照、重聚焦摄像、合成孔径成像、3D显示、安防监控等场合有着广泛的应用。

传统的光场采集装置主要有：使用相机阵列，最常见的有球形相机阵列和平面/直线相机阵列，一般需要使用几十个或者上百个相机布置在场景中的合适位置对同一场景进行同步的采集；使用镜头阵列，通过一次拍摄出场景不同景深的照片，能够实现场景的任意范围聚焦，并且这样的光场相机已经面世进入到商业应用领域。

光场三维重建技术的核心问题是场景深度的计算，由于光场提供了丰富的场景信息，因此能够从理论上保证精确地计算出场景深度。借助深度信息可以对场景进行三维建模，在此基础上可以实现场景任意视点、任意光照的虚拟成像，以及图像分割、立体显示等非常有意义的应用。传统的深度恢复算法主要是基于多视点的立体匹配技术，通过建立场景点在多视点图像中的位置对应关系，计算其在相邻视角下产生的视差与其深度建立联系，所产生视差越大的场景点的深度越小，即越接近前景。而由于光场数据的大数据量和冗余性的特点，光场数据的表示和存储也是一个重要的问题。此外，光场深度计算算法也严重受到光场大数据量大计算量的制约，传统方法对于大规模光场的计算往往需要耗费很长的时间，光场计算的实时应用也受到限制。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提供一种超分辨率光场采集装置，该装置能够采集高分辨率的三维或者四维稠密光场，采集速度快、效率高，并且该装置结构简单、使用方便、适用范围广。

本发明的另一个目的在于提出一种超分辨率光场采集装置的三维重建方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例公开了一种超分辨率光场采集装置，包括：相机；球透镜，所述球透镜位于所述相机的前方，所述相机透过所述球透镜进行图像采集；球透镜驱动装置，所述球透镜驱动装置用于驱动所述球透镜在水平和/或竖直方向移动。

根据本发明实施例的超分辨率光场采集装置，由固定的相机和可移动的球透镜组成，通过驱动装置控制球透镜在一维或者二维方向上移动实现对场景的多视角采集。该采集装置通过驱动装置控制球透镜精确移动一定的距离，能够采集高分辨率的三维或者四维稠密光场，采集速度快、效率高，与传统的使用多相机阵列采集光场的装置相比，该装置只需要使用一个相机，不存在多相机同步的问题，并且采集装置简单、便于移动，易于操作，能使用于各种不同的场景，即适用范围广。

另外，根据本发明上述实施例的超分辨率光场采集装置还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述球透镜驱动装置包括：支架，所述支架的一端与所述球透镜相连，以支撑所述球透镜；水平步进电机和竖直步进电机，所述水平步进电机和竖直步进电机分别与所述支架的另一端相连，所述水平步进电机用于驱动所述支架在水平方向移动，所述竖直步进电机用于驱动所述支架在竖直方向移动。