[发明专利]一种基于光场基本矩阵的多视光场成像系统全参数估计方法

摘要

本发明提供了一种基于光场基本矩阵的多视光场成像系统全参数估计方法，主要环节包括：光场基本矩阵及多视光场关联关系、光场相机内参数与外参数线性初始化方法、多视光场成像系统内外参数非线性优化方法。本发明通过引入已标定相机/光场相机对多视光场成像系统中任意光场相机进行标定及注册的方法，规避了用特殊的标定物来标定及注册光场相机的繁琐任务，因而有极大的灵活性，有助于在保证精确度与稳定性的前提下简化多视光场成像系统的标定过程。

主权项

1.一种基于光场基本矩阵的多视光场成像系统全参数估计方法，其特征在于包括以下步骤：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中心投影模型；利用普朗克坐标描述光线，构建光场相机的6×6光线内参矩阵K，将光场相机的光场坐标系下光线的普朗克坐标转换为光场相机的相机坐标系下物理尺度归一化光线r的普朗克坐标其中，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，m和n表示普朗克参数化下光线的力矩，q和p表示普朗克参数化下光线的方向；基于普朗克坐标系下光线的相交的充要条件推导得出多视光场的光场基本矩阵F，其中，R是两个光场相机间的旋转矩阵，t是两个光场相机间的平移向量；S2、在多视光场成像系统中引入共视场的已标定相机/光场相机，通过变换已标定相机/光场相机姿态获取多视光场数据，其中，多视光场数据中包含共同场景；通过特征匹配的方法获取多视光场成像系统中任意待标定光场相机与已标定相机/光场相机所记录部分重叠数据间的光线集匹配；根据光场基本矩阵，构建已标定相机/光场相机与待标定光场相机间的关联关系，其中，为待标定的光场相机提取的光线特征，K₂为待标定的光场相机内参矩阵，R为待标定的光场相机的相机坐标系到已标定相机/光场相机的相机坐标系的旋转矩阵，t为待标定的光场相机的相机坐标系到已标定相机/光场相机的相机坐标系的平移向量，为提取光线在已标定相机/光场相机的相机坐标系下的普朗克坐标，通过已标定相机/光场相机的内参数转换而来；根据已标定相机/光场相机与待标定光场相机间的关联关系及旋转矩阵R的正交性和一致性，通过线性矩阵运算方法线性求解待标定光场相机的内参矩阵K₂及外参矩阵(R,t)；S3、通过最小化同一空间点在每个光场下的特征光线集间的光线几何距离对多视光场成像系统中任意光场相机的内参数和外参数(R,t)进行非线性优化，构建代价函数通过最小化已标定相机/光场相机的相机坐标系下光线与在所述坐标系的估计值的几何距离和待标定光场相机的相机坐标系下光线与在所述坐标系的估计值的几何距离得到待标定光场相机内参数和外参数的最优解。