[发明专利]基于光场编码的相机光瞳像差校正方法

摘要

本发明属于精密测量技术领域，具体为一种基于光场编码的相机光瞳像差校正方法。本发明步骤为：为了克服针孔相机的光瞳像差，确定每根成像光线，采用四维函数(x,y,u,v)描述成像光场，其中(x,y)表示像点坐标，(u,v)而表示该光线在光瞳上的坐标，也即表示光线方向；采用数字微镜阵列进行二值化光瞳编码；基于压缩感知思想，利用全变分优化解出光场矩阵；计算每个像点(x,y)对应的光瞳坐标(u,v)，再结合相机标定结果，可有效地校正相机的光瞳像差，从而构建一个符合实际成像过程的相机模型。本发明可有效消除针孔成像假设造成的光瞳像差，克服单目视觉的方向歧义性，准确计算成像光线的方向；对于提高摄影测量技术的测量精度有重要意义。

主权项

1.一种基于光场编码的相机光瞳像差校正方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）采用四维函数(X, Y, u, v)描述成像光场L，即一条光线在截面z处的坐标表示为：             （1）其中，(X, Y)表示该光线在像面Z处的坐标，(u, v)而表示该光线在光瞳上的坐标，对应的z坐标为0，也即表示光线方向；（2）构建光场编码光路：光场编码光路中包括主镜、2个中继镜、数字微镜阵列(DMD)、CCD；其中，用LCD屏幕作为物，物方光线经主镜聚焦在虚拟成像面上，再经第一中继镜将汇聚光线转为平行光投影在DMD上，该平行光由DMD进行编码采样，并实现光路的转折；第二中继镜将编码后的平行光会聚在CCD像面上，实现图像采集；在DMD上进行Hadamard二值化编码，实现有效的光瞳编码采集过程；（3）将光瞳像素（u,v）向量化作为光场矩阵L的行，将像素坐标(X,Y)向量化作为光场矩阵L的列，而光场矩阵L中的各元素数值为式（1）决定所有光线从(u,v)传播到(X,Y)像素的总强度；基于压缩感知原理，根据DMD对应的二值编码确定观测矩阵Φ，由对应的双数小波基组成稀疏矩阵Ψ；设光场矩阵L=Ψα，α为光场矩阵L在小波基下的系数，定义以下目标函数：                   （2）其中，β为标定相机时不同光瞳编码下的相机拍摄图像，表示向量或矩阵的k范数，表示全变分操作，λ为权重系数，由图像的噪声水平决定；（4）采用交替方向乘子法求解优化问题（2），得到光场矩阵L，并利用相机内参与外参标定，得到准确的光线位置与方向，计算每个像点(X, Y)对应的光瞳坐标(u, v)，再结合相机标定结果，即可有效地校正相机的光瞳像差，从而构建一个更符合实际成像过程的相机模型。