CN102209254A

CN102209254A - 一种一维集成成像方法和装置

Info

Publication number: CN102209254A
Application number: CN2011101412202A
Authority: CN
Inventors: 王琼华; 邓欢; 赵悟翔
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2031-05-30
Also published as: CN102209254B

Abstract

本发明提出一种一维集成成像方法和装置。一种一维集成成像方法包括拍摄、图像处理和显示三个过程。拍摄过程中，采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，获取多幅视差图像；图像处理过程中，将获得的视差图像的所有像素按照设定的方式映射成一维微图像阵列；显示过程中，一维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，重建出三维场景的全真立体图像。一种一维集成成像装置包括拍摄装置、图像处理装置和显示装置三部分。拍摄装置采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，获取多幅视差图像；图像处理装置将多幅视差图像的所有像素按照设定的方式映射成一维微图像阵列；显示装置包括图像显示设备和柱透镜板，图像显示设备显示一维微图像阵列，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，重建出三维场景的全真立体图像。

Description

一种一维集成成像方法和装置

技术领域

本发明涉及集成成像技术，尤指一种一维集成成像技术。

背景技术

集成成像包括记录和再现两个过程如，如附图1所示。在记录过程中，采用由许多微透镜元在水平和垂直方向上并行排列组成的二维微透镜阵列获取三维场景的立体信息，并把立体信息记录到位于二维微透镜阵列焦平面的图像记录设备上。由于构成二维微透镜阵列的微透镜元从不同的方向记录三维场景的一个微小部分，因此在图像记录设备上生成了不同方位视角的微小图片，即微图像元。所有的微图像元在水平和垂直方向上并行排列，组成了二维微图像阵列。通常，在再现过程中采用的二维微透镜阵列与记录时采用的二维微透镜阵列具有同样的参数。二维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备放置在二维微透镜阵列的焦平面上，根据光路可逆原理，二维微透镜阵列将许许多多微图像元透射出来的光线聚集还原，从而在二维微透镜阵列的附近重建出三维场景的全真立体图像。该立体图像包含全真色彩以及连续的视差信息，观看者无需佩戴辅助设备就可获得观看真实景物的感觉，且没有视觉疲劳。

集成成像的记录过程需要超高分辨率的图像记录设备来获取二维微图像阵列，但现有的图像记录设备无法满足集成成像对高分辨率的要求。用二维摄像机阵列代替二维微透镜阵列来拍摄三维场景，可以满足高分辨率的要求，但是二维摄像机阵列所包含的摄像机个数要与二维微透镜阵列所包含的微透镜元个数相同，因此需要成千上万个摄像机，一般只能用于虚拟三维场景的记录，难以对真实三维场景实现集成成像。

双目视差立体拍摄技术采用一维摄像机阵列对三维场景进行拍摄，得到的视差图像用于助视和光栅三维立体显示。显然，一维摄像机阵列所包含的摄像机个数较少，拍摄过程简单，较容易实现真实三维场景的拍摄。但是观看者观看助视和光栅三维立体显示时，由于需要大脑的融合来感知立体图像，以及存在焦点和调节不一致等因素造成的立体观看视疲劳，其应用大大受到限制。

发明内容

本发明提出一种一维集成成像方法，包括拍摄、图像处理和显示三个过程，如附图2所示。拍摄过程中，采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，获取多幅视差图像；图像处理过程中，将获得的视差图像的所有像素按照设定的方式映射成一维微图像阵列；显示过程中，一维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，重建出三维场景的全真立体图像。

所述拍摄过程，采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，选择三维场景的一个平面，该平面平行于一维平行摄像机阵列且垂直于摄像机光轴，该平面距一维平行摄像机阵列的距离为l，一维平行摄像机阵列包含的摄像机个数N大于一维微图像阵列的组成单元——一维微图像元的水平分辨率r，每个摄像机水平等间距排列，相邻摄像机的间距为d，各摄像机光轴互相平行，所有摄像机光心连线的总长度等于或稍大于H*p+p*l / f，其中H为一维微图像阵列的一维微图像元个数，H也为柱透镜板的组成单元——柱透镜元的个数，p为一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸，f为柱透镜板的焦距，这样获得N幅视差图像，每幅视差图像的水平分辨率为H，垂直分辨率为V。

所述图像处理过程按照如附图3所示的方式进行：P _i, j表示第i幅视差图像中的第j列像素，将该列像素映射到一维微图像阵列的第j个一维微图像元中的第k列像素位置上，由I _j,k表示，由公式计算得到k，其中round( )函数表示四舍五入取整，将i在 1~N范围内循环取值，j在1~H范围内循环取值，就能将 N幅视差图像的所有像素进行像素映射，得到一维微图像阵列。

优选地，在所述图像处理过程中，当计算出的k值大于一维微图像元的水平分辨率r时，则舍弃该列像素，以避免相邻一维微图像元间的串扰。

所述显示过程，将生成的一维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，且两者中心对齐，一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸相同，柱透镜板将所有一维微图像元透射出来的光线聚集还原，从而在柱透镜板附近重建出三维场景的全真立体图像。

本发明还提出了一种一维集成成像装置，该装置包括拍摄装置、图像处理装置和显示装置三部分。拍摄装置采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，获取多幅视差图像；图像处理装置将多幅视差图像的所有像素按照设定的方式映射成一维微图像阵列；显示装置包括图像显示设备和柱透镜板，图像显示设备显示一维微图像阵列，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，重建出三维场景的全真立体图像。

所述拍摄装置采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景得到视差图像，选择三维场景的一个平面，该平面平行于一维平行摄像机阵列且垂直于摄像机光轴，该平面距一维平行摄像机阵列的距离为l，一维平行摄像机阵列包含的摄像机个数N大于一维微图像阵列的组成单元——一维微图像元的水平分辨率r，每个摄像机水平等间距排列，相邻摄像机的间距为d，各摄像机光轴互相平行，所有摄像机光心连线的总长度等于或稍大于H*p+p*l / f，其中H为一维微图像阵列的一维微图像元个数，H也为柱透镜板的组成单元——柱透镜元的个数，p为一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸，f为柱透镜板的焦距，获得N幅视差图像，每幅视差图像的水平分辨率为H，垂直分辨率为V。

所述图像处理装置按照如附图3所示的方式将视差图像生成为一维微图像阵列：P _i, j表示第i幅视差图像中的第j列像素，将该列像素映射到一维微图像阵列的第j个一维微图像元中的第k列像素位置上，由I _j,k表示，由公式

计算得到k，其中round( )函数表示四舍五入取整，将i在 1~N范围内循环取值，j在1~H范围内循环取值，就能将 N幅视差图像的所有像素进行像素映射，得到一维微图像阵列。

优选地，在所述图像处理装置进行图像处理时，当计算出的k值大于一维微图像元的水平分辨率r时，则舍弃该列像素，以避免相邻一维微图像元间的串扰。

所述显示装置的图像显示设备显示一维微图像阵列，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，且两者中心对齐，一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸相同，柱透镜板将所有一维微图像元透射出来的光线聚集还原，从而在柱透镜板附近重建出三维场景的全真立体图像。

附图说明

附图1为传统集成成像的原理示意图。

附图2为本发明的一维集成成像方法和装置的原理示意图。

附图3为本发明的一维集成成像方法和装置的图像处理过程示意图。

上述附图中的图示标号为：

1三维场景，2 二维微透镜阵列，3 二维微图像阵列，4 图像记录设备，5 图像显示设备，6 重建的三维场景，7 一维平行摄像机阵列，8 图像处理装置，9 柱透镜板，10 一维微图像阵列，11第i幅视差图像，12 第i幅视差图像中的第j列像素，13 第j个一维微图像元，14 第j个一维微图像元中的第k列像素。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面详细说明利用本发明一种一维集成成像方法的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

一种一维集成成像方法包括拍摄、图像处理和显示三个过程，如附图2所示。拍摄过程采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，获取多幅视差图像；图像处理过程中，将获得的视差图像的所有像素按照设定的方式映射成一维微图像阵列；显示过程中，一维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，重建出三维场景的全真立体图像。

拍摄过程采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，选择三维场景的一个平面，该平面平行于一维平行摄像机阵列且垂直于摄像机光轴，该平面距一维平行摄像机阵列的距离为l=500 mm。一维平行摄像机阵列包含的摄像机个数N大于一维微图像元的水平分辨率r，r取值为20，N取值为30，每个摄像机水平等间距排列，摄像机间距为d=15mm，各摄像机光轴互相平行，所有摄像机光心连线的总长度等于或稍大于H*p+p*l / f，其中H为一维微图像阵列的一维微图像元的个数，H也为柱透镜板的柱透镜元的个数，取值为240，p为一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸，取值为1.27mm，f为柱透镜板的焦距，取值为3mm，获得30幅视差图像，视差图像的水平分辨率等于一维微图像阵列及柱透镜板所包含的一维微图像元及柱透镜元的个数H=240，垂直分辨率为V=180。

图像处理过程按照如附图3所示的方式进行，P _i, j表示第i幅视差图像中的第j列像素，将该列像素映射到一维微图像阵列的第j个一维微图像元中的第k列像素位置上，由I _j,k表示，由公式计算得到k，其中round( )函数表示四舍五入取整，将i在 1~30范围内循环取值，j在1~240范围内循环取值，就能将30幅视差图像的所有像素进行像素映射，得到一维微图像阵列。当计算出的k值大于一维微图像元的水平分辨率20时，则舍弃该列像素，以避免产生相邻一维微图像元间的串扰。

显示过程，一维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，一维微图像阵列的一维微图像元和柱透镜板的柱透镜元在水平方向上的尺寸相同，图像显示设备和柱透镜板两者中心对齐，柱透镜板将所有一维微图像元透射出来的光线聚集还原，从而在柱透镜板的附近重建出三维场景的全真立体图像，这样就实现了一维集成成像。

下面详细说明利用本发明一种一维集成成像装置的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。

本发明还提出了一种一维集成成像装置，包括拍摄装置、图像处理装置和显示装置三部分，如附图2所示。拍摄装置采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，获取多幅视差图像；图像处理装置，将多幅视差图像的所有像素按照设定的方式映射到一维微图像阵列上；显示装置包括图像显示设备和柱透镜板，图像显示设备显示一维微图像阵列，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，重建出三维场景的全真立体图像。

拍摄装置采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景得到视差图像，选择三维场景的一个平面，该平面平行于一维平行摄像机阵列且垂直于摄像机光轴，该平面距一维平行摄像机阵列的距离为l=500mm。一维平行摄像机阵列包含的摄像机个数N大于一维微图像元的水平分辨率r，r取值为20，N取值为30，每个摄像机水平等间距排列，摄像机间距为d=15mm，各摄像机光轴互相平行，所有摄像机光心连线的总长度等于或稍大于H*p+p*l / f，其中H为一维微图像阵列的一维微图像元的个数，H也为柱透镜板的柱透镜元的个数，取值为240，p为一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸，取值为1.27mm，f为柱透镜板的焦距，取值为3mm，获得30幅视差图像，视差图像的水平分辨率等于一维微图像阵列及柱透镜板所包含的一维微图像元及柱透镜元的个数H=240，垂直分辨率为V=180。

图像处理装置按照如附图3所示的方式将视差图像生成为一维微图像阵列： P _i, j表示第i幅视差图像中的第j列像素，将该列像素映射到一维微图像阵列的第j个一维微图像元中的第k列像素位置上，由I _j,k表示，由公式

计算得到k，其中round( )函数表示四舍五入取整，将i在 1~30范围内循环取值，j在1~240范围内循环取值，就能将30幅视差图像的所有像素进行像素映射，得到一维微图像阵列。当计算出的k值大于一维微图像元的水平分辨率20时，则舍弃该列像素，以避免产生相邻一维微图像元间的串扰。

显示装置的图像显示设备显示一维微图像阵列，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，一维微图像阵列的一维微图像元和柱透镜板的柱透镜元在水平方向上的尺寸相同，图像显示设备和柱透镜板两者中心对齐，柱透镜板将所有一维微图像元透射出来的光线聚集还原，从而在柱透镜板的附近重建出三维场景的全真立体图像，这样就实现了一维集成成像。

Claims

1.一种一维集成成像方法，其特征在于，该方法包括拍摄、图像处理和显示三个过程，拍摄过程中，采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，获取多幅视差图像，图像处理过程中，将获得的视差图像的所有像素按照设定的方式映射成一维微图像阵列，显示过程中，一维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，重建出三维场景的全真立体图像。

2.根据权利要求1所述的一种一维集成成像方法，其特征在于，拍摄过程采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，选择三维场景的一个平面，该平面平行于一维平行摄像机阵列且垂直于摄像机光轴，该平面距一维平行摄像机阵列的距离为l，一维平行摄像机阵列包含的摄像机个数N大于一维微图像阵列的组成单元——一维微图像元的水平分辨率r，每个摄像机水平等间距排列，相邻摄像机间距为d，各摄像机光轴互相平行，所有摄像机光心连线的总长度等于或稍大于H*p+p*l / f，其中H为一维微图像阵列的一维微图像元的个数，H也为柱透镜板的组成单元——柱透镜元的个数，p为一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸，f为柱透镜板的焦距，这样获得N幅视差图像，每幅视差图像的水平分辨率为H，垂直分辨率为V。

3.根据权利要求1所述的一种一维集成成像方法，其特征在于，图像处理过程按照如下方式进行，P _i, j表示第i幅视差图像中的第j列像素，将该列像素映射到一维微图像阵列的第j个一维微图像元中的第k列像素位置上，由I _j,k表示，由公式计算得到k，其中round( )函数表示四舍五入取整，将i在 1~N范围内循环取值，j在1~H范围内循环取值，这样将 N幅视差图像的所有像素进行像素映射，得到一维微图像阵列。

4.根据权利要求3所述的一种一维集成成像方法，其特征在于，当计算出的k值大于一维微图像元的水平分辨率r时，则舍弃该列像素，以避免相邻一维微图像元间的串扰。

5.根据权利要求1所述的一种一维集成成像方法，其特征在于，在显示过程中，将生成的一维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，且两者中心对齐，一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸相同，柱透镜板将所有一维微图像元透射出来的光线聚集还原，从而在柱透镜板附近重建出三维场景的全真立体图像。

6.一种一维集成成像装置，其特征在于，该装置包括拍摄装置、图像处理装置和显示装置三部分，拍摄装置采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，获取多幅视差图像，图像处理装置将多幅视差图像的所有像素按照设定的方式映射成一维微图像阵列，显示装置包括图像显示设备和柱透镜板，图像显示设备显示一维微图像阵列，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，重建出三维场景的全真立体图像。

7.根据权利要求6所述的一种一维集成成像装置，其特征在于，拍摄装置采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，选择三维场景的一个平面，该平面平行于一维平行摄像机阵列且垂直于摄像机光轴，该平面距一维平行摄像机阵列的距离为l，一维平行摄像机阵列包含的摄像机个数N大于一维微图像阵列的组成单元——一维微图像元的水平分辨率r，每个摄像机水平等间距排列，相邻摄像机间距为d，各摄像机光轴互相平行，所有摄像机光心连线的总长度等于或稍大于H*p+p*l / f，其中H为一维微图像阵列的一维微图像元的个数，H也为柱透镜板的组成单元——柱透镜元的个数，p为一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸，f为柱透镜板的焦距，这样获得N幅视差图像，每幅视差图像的水平分辨率为H，垂直分辨率为V。

8.根据权利要求6所述的一种一维集成成像装置，其特征在于，图像处理装置按照如下方式进行，P _i, j表示第i幅视差图像中的第j列像素，将该列像素映射到一维微图像阵列的第j个一维微图像元中的第k列像素位置上，由I _j,k表示，由公式

计算得到k，其中round( )函数表示四舍五入取整，将i在 1~N范围内循环取值，j在1~H范围内循环取值，这样将 N幅视差图像的所有像素进行像素映射，得到一维微图像阵列。

9.根据权利要求8所述的一种一维集成成像装置，其特征在于，当计算出的k值大于一维微图像元的水平分辨率r时，则舍弃该列像素，以避免相邻一维微图像元间的串扰。

10.根据权利要求6所述的一种一维集成成像装置，其特征在于，显示装置的图像显示设备显示一维微图像阵列，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，且两者中心对齐，一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸相同，柱透镜板将所有一维微图像元透射出来的光线聚集还原，从而在柱透镜板附近重建出三维场景的全真立体图像。