[发明专利]基于光场重采样的集成成像二次成像法

摘要

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。

主权项

1.基于光场重采样的集成成像二次成像法，其特征在于，本发明方法包含立体匹配、3D物点重构和光场重采样三个过程：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，像素I′(m′,n′,i′,j′)代表第m′列第n′行的显示图像元中第i′列第j′行的像素，显示图像元的分辨率为r′×r′，i′和j′取值范围为1～r′之间的整数，当显示透镜阵列和显示微图像阵列包含奇数个单元时，即显示透镜阵列包含(2M′+1)×(2N′+1)个显示透镜元，显示微图像阵列包含(2M′+1)×(2N′+1)个显示图像元，m′取值为‑M′～M′之间的整数，n′取值为‑N′～N′之间的整数，当显示透镜阵列和显示微图像阵列包含偶数个单元时，即显示透镜阵列包含2M′×2N′个显示透镜元，显示微图像阵列包含2M′×2N′个显示图像元，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，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，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；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，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)，且将m在‑M～M之间，n在‑N～N之间，i在1～r之间，j在1～r之间依次循环取值，将构建出所有3D物点的真实三维坐标；光场重采样过程，显示透镜阵列平面与拍摄透镜阵列平面平行且中心对齐，两者相距L，将像素I(m,n,i,j)及其同名点重构的3D物点视为朗伯光源，重构3D物点发出的均匀的光场信息由显示透镜阵列进行重采样，显示透镜元和显示图像元节距为p′，显示透镜元焦距为f′，重构3D物点与显示透镜阵列中各显示透镜元光心的连线与显示微图像阵列相交，获得重采样的同名点I′(m′,n′,i′,j′)，代表第m′列第n′行的显示图像元中第i′列第j′行的像素，且I′(m′，n′,i′,j′)＝I(m,n,i,j)，其中m′,n′,i′,j′均为整数，取值为其中round函数代表四舍五入取整数，将变量m，n，i，j依次循环取值，计算出的m′,n′,i′,j′的取值分别满足，当显示透镜阵列和显示图像阵列包含奇数个单元时，m′为‑M′～M′之间的整数，n′为‑N′～N′之间的整数，当显示透镜阵列和显示图像阵列包含偶数个单元时，m′为‑M′～M′之间的非零整数，n′为‑N′～N′之间的非零整数，i′和j′为1～r′之间的整数，即可完成拍摄微图像阵列中所有像素重构的3D物点的光场信息重采样，获得理想的显示微图像阵列。根据权利要求1所述的基于光场重采样的集成成像二次成像法，其特征在于，当Δr＞r时，同名点对应的3D物点深度为正，即位于拍摄透镜阵列前方，当Δr＜r时，同名点对应的3D物点深度为负，即位于拍摄透镜阵列后方。根据权利要求1所述的基于光场重采样的集成成像二次成像法，其特征在于，生成的显示微图像阵列在集成成像显示时，3D像点的深度d由光场重采样时拍摄和显示透镜阵列的间距L和3D物点重构深度z(即原始深度)决定，且d＝L‑z，当d＞0 时，3D像点位于显示透镜阵列前方，当d＜0时，3D像点位于显示透镜阵列后方。根据权利要求1所述的基于光场重采样的集成成像二次成像法，其特征在于，本发明方法可实现任意3D场景、拍摄和显示参数任意设置的二次成像，当3D场景深度较大时，本发明方法生成的同名点能无失真的重建出3D物点，避免重构3D像点错乱的问题；当显示透镜阵列比拍摄透镜阵列更密集、单元数更多时，本发明方法获得与显示透镜阵列参数完全对应的同名点像素，避免同名点缺失的问题。根据权利要求1所述的基于光场重采样的集成成像二次成像法，其特征在于，光场重采样过程中显示透镜阵列的参数可以自由设置，组成显示透镜阵列的透镜元可以是圆形、方形、六边形等形状。