[发明专利]一种基于多中心投影模型的光场相机标定方法

说明书

本发明提供了一种基于多中心投影模型的光场相机标定方法，通过移动标定板或光场相机拍摄不同姿态下的标定板，获取光场数据，并确定多组标定板上角点与匹配的角点光线集，构建光场相机光场坐标系光线与三维空间点的线性约束，通过线性初始化计算光场相机内参数与相应姿态下的外参数，建立基于重投影误差的代价函数，迭代求得待标定光场相机内参数、外参数及径向畸变参数的最优解。光场相机本质上记录的是空间中的光线，由于采用了双平行平面绝对坐标参数化光线，克服了三维点重建不精确的问题，本发明达到了精确且鲁棒的标定光场相机内参数的目的。

技术领域

本发明属于光场相机标定方法，涉及计算机视觉、计算摄像学和光学工程领域，具体涉及一种光场相机标定方法。

背景技术

光场成像理论的兴起是计算机摄影学领域的一大重要革新，它突破了传统成像技术的种种局限。光场相机通过记录空间中光线的位置和角度信息，减少了拍摄信息的 流失，取得了可变视点、数字重聚焦、景深扩展及可调等新颖的成像效果。然而，相 机参数标定的精确性一定程度上制约着光场相机性能的发展。精确的标定结果对光场 图像畸变的矫正和成像质量的提升意义重大，进而促进光场相机在深度估计、三维重 建、光场重建、即时定位及地图构建(SLAM)等领域的广泛应用。

2013年，Dansereau等人阐述了由光场相机初始采样到光场数据的解码方法，提出了包含12个内参数的光场相机成像模型，并利用三维点到光线的距离设计代价函 数，从而完成光场相机内参数的标定。然而，该方法依赖传统相机阵列内参标定方法 估计光场相机初值，复杂度较高。另一方面，该方法的成像模型的参数冗余且在视点 坐标与图像坐标存在依赖关系，导致光场数据在解码过程中的非均匀采样问题。2017 年，Bok等人从光场相机的物理结构出发，提出了六参数的光场相机的投影模型，并 利用线特征作为测量值估计光场相机内参数。但是，微透镜图像的低分辨率限制了线 特征的精度，从而影响标定的精度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于多中心投影模型的光场相机标定方法，提出的光场相机多中心投影模型能够更加准确的描述三维空间和光场子孔径二 维图像之间的投影关系，并基于此设计了一套光场相机标定方法，能够更加灵活、精 确地标定光场相机内参数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

S1、建立由平行的视点平面和图像平面构成的光场相机双平行平面相对坐标参数化，构建投影中心随视点变化的光场相机多投影中心模型；根据光场相机的相机坐标 系上过空间点的光线r＝(s,t,x,y)^T与三维空间点(X,Y,Z)^T的可构建线性约束，

根据上述线性约束构建光场相机的光场坐标系下的三维空间点(X_d,Y_d,Z_d)^T与光场 相机的相机坐标系下的三维空间点(X,Y,Z)^T间的三维内参矩阵K，

其中，λ是缩放因子，是光场相机的内参数，(k_i,k_j)是视点平面上s-轴与t-轴方向的缩放，(k_u,k_v)是图像平面上x-轴y-轴方向的缩放；(u₀/k_u,v₀/k_v) 表征子孔径图像的主点偏移；三维空间点通过光场相机的旋转矩阵R和平移向量t把 世界坐标系变换到世界坐标系，并在此基础上构建世界坐标系与光场相机的光场坐标 系间的三维投影矩阵；