[发明专利]光场相机外参数标定装置及方法

说明书

本发明提供了一种光场相机外参数标定装置及方法，将颜色编码板放置于光场相机主透镜前方，并将颜色编码板固定在角度旋转台上；光场相机拍摄不同角度放置的颜色编码板，以此作为先验信息，随后将光场相机放置在多个位置并采集场景，结合先验信息完成外参数标定。本发明能够标定任意姿态的多个双平面外参数，不依赖固定模式的相机运动平台，外参数标定更加准确，不受由相机运动平台惯性引起的误差影响。

技术领域

本发明涉及计算机视觉、计算摄像学和光学工程领域，具体涉及一种基于颜色编码板的光场相机外参数标定装置和方法，能够标定多个双平面光场之间的旋转和平移关系。

背景技术

光场成像理论是计算摄像学领域的研究热点，据此国外研究机构设计了多种各具特色的单视光场成像系统，其中基于微透镜阵列的光场相机成为主流的光场采集设备。但受限于成像原理和传感器制备工艺，单视光场成像系统对目标光场信号采样的完备性较差，导致其存在视场角有限、景深不足、位置和角度分辨率低、深度恢复精度较差、对遮挡不鲁棒等缺点。因此，将光场计算理论从单视点延拓至多视点可有效解决单视光场面临的问题。

多视点光场研究面临的首要问题是光场相机的外参标定。Birklbauer等引入一个光场相机四维运动模型，在固定旋转步进和聚焦平面深度的情况下，依据该模型完成了多个光场的校准和频域融合结构，但其不适用于光场相机平移运动的情况。Xue等在精简光场相机模型的基础上推导了多个光场相机间的平面变换关系，在光场相机运动情况已知的条件下实现了高质量的多视光场拼接与融合，但在光场相机运动情况未知时无法实现光场相机间平面变换。因此，在未知光场相机旋转角度和平移距离情况下，现有算法不能获得光场相机的外参。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于颜色编码板的外参数标定装置和算法，能够在不依赖固定的光场相机运动平台的情况下，计算光场相机的外部参数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种外参标定装置，包括一张颜色编码板和一个角度旋转台；将颜色编码板放置于光场相机主透镜前方2m以内，并将颜色编码板固定在角度旋转台上；所述的颜色编码板由颜色编码纸和微透镜阵列组成；颜色编码纸上打印至少2*3个标定圆，标定圆颜色在水平和竖直两个方向上分别取红绿蓝通道的两种，标定圆上的打印点沿水平和竖直方向在0-255范围内均匀采样，相邻标定圆在同一方向上所取的颜色通道相异；微透镜阵列放置于颜色编码纸靠近光场相机方向一侧，使颜色编码纸上每个标定圆位于一个微透镜正后方，且标定圆直径小于微透镜直径。

所述标定圆内相邻打印点的最小间距其中，f'表示颜色编码纸和颜色编码板上微透镜光心的距离，d表示光场相机内微透镜直径，M表示角度采样数，即空间中同一物点在图像传感器上被记录的次数，k＝min(α)，设一个微透镜后方成像半径为r，微透镜单元中心到相邻微透镜的空隙中心的距离为a，则比例因子α满足α·r≥a。

所述颜色编码纸和颜色编码板上微透镜光心的距离f'与传感器上单个圆斑对应的打印点数目n_p的关系如下：