[发明专利]基于光场重采样的集成成像二次成像法

说明书

本发明提出基于光场重采样的集成成像二次成像法，该方法包含立体匹配、3D物点重构和光场重采样三个过程，立体匹配过程寻找到同一3D物点在拍摄微图像阵列中的同名点，3D物点重构过程根据同名点的像素移位和拍摄透镜阵列以及拍摄微图像阵列参数计算出3D物点的真实三维坐标，光场重采样过程将重构的3D物点视为朗伯光源，发出各向均匀的光场信息，由显示透镜阵列对光场信息进行重采样，获得理想的显示微图像阵列。

技术领域

本发明涉及集成成像技术，特别涉及基于光场重采样的集成成像二次成像法。

背景技术

集成成像技术包括3D拍摄和3D显示两个过程，在3D拍摄过程中，透镜阵列对3D场景的光场信息进行采样，采样间隔受限于透镜尺寸和物点与透镜的间距；在3D显示过程中，与3D拍摄时参数相同的透镜阵列对采样的光线进行还原，重构出原3D场景的光场信息。由于3D拍摄时透镜阵列的记录方向与3D显示时观看者的观看方向相反，导致深度反转问题。二次成像法能有效的解决深度反转问题，对深度反转的像再进行一次深度反转，即可获得正确的深度再现，如附图1所示。随着计算机技术的发展，计算机二次成像法突显了其优势，能有效避免光学二次成像的图像质量下降问题，但计算过程中的误差也会影响3D成像质量。基于参考平面的二次成像法，如附图2所示，将拍摄的微图像阵列的同名点像素通过拍摄透镜阵列中心发出光线，并与参考平面相交，相交点作为光源点通过显示透镜阵列的光心到达显示微图像阵列，在显示微图像阵列中形成新的同名点，当3D点不在参考平面上时，新的同名点重构的3D像点将发生错乱，与拍摄时的3D物体不能完全对应。基于像素映射的二次成像法，如附图3所示，将拍摄的微图像阵列中所有同名点像素依次通过拍摄透镜阵列和显示透镜阵列折射，在显示透镜阵列的焦平面上获得显示微图像阵列，拍摄微图像阵列和显示微图像阵列上的同名点个数相同，一一对应，当显示透镜阵列节距小于拍摄透镜阵列的节距时，在显示微图像阵列上将出现同名点缺失问题。

国内外研究人员分别提出了解决黑边问题的方法、基于多个参考平面的方法、以及移动透镜阵列法来有效降低二次成像中的误差，但并不能完全消除。

发明内容

本发明提出如附图4所示的基于光场重采样的集成成像二次成像法，该方法包含立体匹配、3D物点重构和光场重采样三个过程。立体匹配过程寻找到同一3D物点在拍摄微图像阵列中的同名点，3D物点重构过程根据同名点的像素移位和拍摄透镜阵列以及拍摄微图像阵列参数计算出3D物点的真实三维坐标，光场重采样过程将重构的3D物点视为朗伯光源，发出各向均匀的光场信息，由显示透镜阵列对光场信息进行重采样，获得理想的显示微图像阵列。

像素I(m,n,i,j)代表第m列第n行的拍摄图像元中第i列第j行的像素，拍摄图像元的分辨率为r×r，i和j取值范围为1～r之间的整数，当拍摄透镜阵列和拍摄微图像阵列包含奇数个单元时，即拍摄透镜阵列包含(2M+1)×(2N+1)个拍摄透镜元，拍摄微图像阵列包含(2M+1)×(2N+1)个拍摄图像元，m取值为-M～M之间的整数，n取值为-N～N之间的整数，当拍摄透镜阵列和拍摄微图像阵列包含偶数个单元时，即拍摄透镜阵列包含2M×2N个拍摄透镜元，拍摄微图像阵列包含2M×2N个拍摄图像元，m取值为-M～M之间的非零整数，n取值为-N～N之间的非零整数。

所述立体匹配过程，采用立体匹配算法，在周围拍摄图像元中寻找I(m,n,i,j)的同名点，如附图5所示，同名点在相邻拍摄图像元中等间隔排列，相邻拍摄图像元间同名点的坐标偏移量为Δr。当Δr＞r时，同名点对应的3D物点深度为正，即位于透镜阵列前方，当Δr＜r时，同名点对应的3D物点深度为负，即位于透镜阵列后方。

所述3D物点重构过程，以位于拍摄透镜阵列中心的拍摄透镜元的光心为原点建立直角坐标系，拍摄透镜阵列光心所在平面为XOY面，Z轴垂直于拍摄透镜阵列平面，拍摄透镜元和拍摄图像元节距为p，拍摄透镜元焦距为f，根据相邻拍摄图像元中同名点的坐标偏移量以及拍摄透镜阵列和拍摄微图像阵列的参数，如附图6所示，获得像素I(m,n,i,j)及其同名点所拍摄的3D物点的三维坐标(x,y,z)，且