[发明专利]一种增大视角的集成成像计算重构方法

说明书

本发明公开一种增大视角的集成成像计算重构方法。主要包括相邻微图像的配准、拼接和基于光线追踪的计算重构两个步骤。首先根据集成成像特点，利用相邻微图像之间的相似性，对相邻微图像进行配准、拼接，扩大每个微透镜对应的微图像区域。然后采用基于光线追踪的计算重构方法，从每个微图像中提取出1个对应像素，重构出某个特定视角的图像。本方法因为在传统的计算重构方法之前扩大了每个微透镜对应的微图像区域，因此可以扩大集成成像计算重构的视角范围，有利于实现集成成像的大视角显示。

技术领域

本发明属于三维图像处理技术领域，涉及一种集成立体成像的计 算重构方法，可以用于集成成像系统中计算机显示目标场景的不同视 点图像。

背景技术

三维集成成像(Integral Imaging，简称II),是一种裸眼立体 显示技术，由于具有全彩色、全视差、连续视点、无需辅助设备、没 有观看视疲劳等众多优点，具有广阔的应用前景和巨大的研究价值。

集成成像技术通过微透镜阵列来记录和重构空间场景信息。典型 的集成成像系统包括采集和重构两部分，如图1所示。图1(a)的采 集部分包括微透镜阵列和CCD相机，3D物空间场景通过微透镜阵列 被CCD相机采集形成微图像集合。重构包括光学重构和计算重构两种 方式。图1(b)所示为光学重构部分，把2D微图像集合放在具有同样 参数的显示微透镜阵列后，即可还原出原来的3D空间。集成成像的 计算重构是利用计算机虚拟光信号的解码过程，在无需显示微透镜阵 列等光学设备情况下，通过计算机重构3D图像的立体显示，该技术 克服了光学重构中光学衍射、器件特性限制等因素，重构的三维图像 质量优于光学重构技术。

集成成像重构产生的3D图像具有一定的视角范围。因为在微图 像集合中,每个微图像区域被其相邻的微图像区域严格限制,也就是 每个微透镜对应的微图像区域是有限的。只有通过微透镜观看其对应 的微图像区域，才能观看到正确的3D视图。如果观看方向偏离光轴 过大,即超过视角范围,微图像就不能通过正确的微透镜进行合成,也 就是观看到的部分光线是某微图像像素通过其对应微透镜相邻的另 外一个微透镜看到的,这样重构的3D图像就会发生失真或翻转。

根据集成成像原理，在微图像集合中，微图像单元之间视点连续， 且相邻视点之间的差异较小。本发明利用相邻微图像之间的相似性， 对相邻微图像进行配准、拼接，扩大每个微透镜对应的微图像区域， 从而增大集成成像计算重构的视角。

发明内容

本发明提出了一种基于相邻微图像拼接的集成成像计算重构方 法。对于每个微图像，分别与其左侧和右侧的微图像进行配准、拼接， 根据集成成像特点，左侧微图像的局部区域将拼接在当前微图像的右 边，右侧微图像的局部区域将拼接在当前微图像的左边，因此，在水 平方向上扩大了每个微透镜对应的微图像区域。在此基础上，按照传 统方法计算重构的3D图像，水平方向上将具有更大的视角。

本发明采取的技术方案包括下列步骤：

(一)在水平方向对相邻的微图像进行配准、拼接；

设采集的微图像集合由M×N个微图像单元组成，每个微图像单 元为m×n个像素，第i行j列的微图像表示为I_i,j，则其左侧和右侧的 微图像分别表示为I_i,j-1、I_i,j+1，进行图像配准时，采用的配准窗口大 小为m*w个像素。

1.I_i,j和I_i,j-1的图像配准、拼接过程

在I_i,j中选取第n-w+1到第n列像素作为基准子图，在I_i,j-1中寻找 其匹配位置。采用平均误差平方和(MSD)算法作为两幅子图像相 似度的测量标准，如式(1)所示：

其中，1≤t≤n-w+1。