CN103313084A - 基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄法，该方法包括第一次拍摄和第二次拍摄两个过程，第一次拍摄时采用微透镜阵列I进行拍摄，获取微图像阵列I，第二次拍摄时采用与微透镜阵列I参数不同的微透镜阵列II进行拍摄，获得与微图像阵列I参数不同的微图像阵列II。本发明通过改变第二次拍摄时参数不同的微透镜阵列II的节距和焦距，获得与第一次拍摄时参数不同的微图像阵列II，可用于不同参数的集成成像系统进行3D显示。

Description

基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄法
技术领域
本发明涉及集成成像技术，特别涉及一种基于不同参数微透镜阵列的集成成像两次拍摄法。
背景技术
集成成像分拍摄和显示两个过程，为了避免深度反转问题，拍摄过程又包括第一次拍摄和第二次拍摄。第一次拍摄如附图1（a）所示，微透镜阵列I获取三维（3D）场景不同角度的信息，并将信息记录于微透镜阵列I的后焦平面上，产生微图像阵列I；第二次拍摄如图1（b）所示，微图像阵列I通过微透镜阵列I在空间中再现出3D场景深度反转的3D图像，然后用一个参数相同的微透镜阵列II对该深度反转的3D图像进行第二次拍摄，获得与微图像阵列I参数相同的微图像阵列II。3D显示时，基于光路可逆原理，参数相同的微图像阵列II上像素发出的光线经过参数相同的微透镜阵列II聚集还原，再现出无深度反转的、全真的3D图像。传统的两次拍摄过程采用参数完全相同的微透镜阵列，获得的参数相同的微图像阵列II只能用基于同样参数微透镜阵列的集成成像系统进行3D显示，这就限制了集成成像片源的利用率。
发明内容
本发明提出基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄法，该方法包括第一次拍摄和第二次拍摄两个过程。第一次拍摄时采用微透镜阵列I进行拍摄，获取微图像阵列I，第二次拍摄时采用与微透镜阵列I参数不同的微透镜阵列II进行拍摄，获得与微图像阵列I参数不同的微图像阵列II。
所述第一次拍摄过程，如附图2（a）所示，微透镜阵列I拍摄三维场景，在微透镜阵列I的后焦平面上获得与微透镜阵列I参数相同的微图像阵列I。微透镜阵列I的节距和焦距分别为p 1和f 1，其包含的透镜元个数为M 1×N 1（其中水平方向包含的透镜元个数为M 1，垂直方向包含的透镜元个数为N 1），微图像阵列I的图像元分辨率为r×r，其包含的图像元个数也为M 1×N 1。设定第二次拍摄时的参数如下，参数不同的微透镜阵列II的节距和焦距分别为p 2和f 2，其包含的透镜元个数为M 2×N 2（其中水平方向包含的透镜元个数为M 2，垂直方向包含的透镜元个数为N 2），参数不同的微图像阵列II的图像元分辨率也为r×r，其包含的图像元个数也为M 2×N 2，第二次拍摄时微透镜阵列I与参数不同的微透镜阵列II的间距为L。
优选地，微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II的节距和焦距p 1，f 1，p 2和f 2应满足公式（1），以避免微图像阵列I上相邻图像元的像素经微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II的透镜元折射后到达对应图像元的像素位置上，产生串扰像素，如附图3所示。
Figure 154424DEST_PATH_IMAGE001
 
 优选地，微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II包含的透镜元个数M 1×N 1和M 2×N 2应分别满足公式（2）和（3），以避免微图像阵列I的像素信息无法到达参数不同的微图像阵列II上，使得参数不同的微图像阵列II中存在无信息像素，如附图4所示， 
Figure 382274DEST_PATH_IMAGE002
式中floor函数表示向下取整数。
所述第二次拍摄过程，如附图2（b）所示，微透镜阵列I和微图像阵列I重建出物体深度反转的3D图像，然后用参数不同的微透镜阵列II对该深度反转的3D图像进行第二次拍摄。I 1(m, n) i, j  表示微图像阵列I中第m列第n行图像元上第i列第j 行的像素，该像素发出的光线分别经微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II的透镜元折射，到达参数不同的微图像阵列II中第m′列第n′行图像元的第i′列第j′行像素位置上，由I 2(m′, n′) i′, j′ 表示。用微图像阵列I上的像素I 1(m, n) i, j 填补参数不同的微图像阵列II上的像素I 2(m′, n′) i′, j′ 就获得所需的参数不同的微图像阵列II，它们的数学关系为：
 
Figure 324823DEST_PATH_IMAGE003
其中，
 
式中round函数表示四舍五入取整数，m、n、i、j 是循环变量，分别将m在1- M 1范围内，n在1-N 1范围内，i 在1- r 范围内，j 在1- r 范围内循环取整数值，就能将微图像阵列I的所有像素转换到参数不同的微图像阵列II上，获得的参数不同的微图像阵列II包含M 2×N 2个图像元，其节距和焦距分别为p 2和f 2。
优选地，当计算出的i′或j′值大于图像元在该方向上的分辨率r时，则舍弃该像素，以避免相邻图像元间的串扰。
本发明通过改变第二次拍摄时参数不同的微透镜阵列II的节距和焦距，获得与第一次拍摄时参数不同的微图像阵列II，可用于不同参数的集成成像系统进行3D显示。
附图说明
附图1为传统集成成像两次拍摄示意图，（a）第一次拍摄，（b）第二次拍摄；
附图2为本发明提出的基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄示意图，（a）第一次拍摄，（b）第二次拍摄；
附图3为微图像阵列I上相邻图像元的像素产生串扰像素的示意图；
附图4为微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II的单元数对比示意图。
上述附图中的图示标号为：
1 3D场景，2微透镜阵列I，3微图像阵列I，4透镜元，5图像元，6深度反转的3D图像，7参数相同的微透镜阵列II，8参数相同的微图像阵列II，9参数不同的微透镜阵列II，10参数不同的微图像阵列II，11串扰像素，12无信息像素。
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
下面详细说明本发明的基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄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。
本发明提出基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄法，该方法包括第一次拍摄和第二次拍摄两个过程。第一次拍摄时采用微透镜阵列I进行拍摄，获取微图像阵列I，第二次拍摄时采用与微透镜阵列I参数不同的微透镜阵列II进行拍摄，获取与微图像阵列I参数不同的微图像阵列II。
第一次拍摄过程，如附图2（a）所示，微透镜阵列I拍摄三维场景，在微透镜阵列I的后焦平面上获得与微透镜阵列I参数相同的微图像阵列I。微透镜阵列I的节距和焦距分别为p 1=2mm和f 1=4mm，其包含的透镜元个数为M 1×N 1=200×150（其中水平方向包含的透镜元个数为200，垂直方向包含的透镜元个数为150），微图像阵列I的图像元分辨率为r×r=40×40，其包含的图像元个数也为M 1×N 1=200×150。第二次拍摄时，微透镜阵列I与参数不同的微透镜阵列II的间距为L=100mm，微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II的节距和焦距p 1，f 1，p 2和f 2应满足公式（1），以避免微图像阵列I上相邻图像元的像素经微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II的透镜元折射后到达对应图像元的像素位置上，产生串扰像素，如附图3所示，
 
Figure 58740DEST_PATH_IMAGE001
因此参数不同的微透镜阵列II的节距和焦距分别设置为p 2=1.27mm和f 2=3mm。微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II包含的透镜元个数M 1×N 1和M 2×N 2应分别满足公式（2）和（3），以避免微图像阵列I的像素信息无法到达参数不同的微图像阵列II上，使得参数不同的微图像阵列II中存在无信息像素，如附图4所示，
 
Figure 430114DEST_PATH_IMAGE005
 
式中floor函数表示向下取整数，因此我们将参数不同的微透镜阵列II应包含的透镜元个数取值为M 2×N 2=281×202（其中水平方向包含的透镜元个数为281，垂直方向包含的透镜元个数为202），参数不同的微图像阵列II包含的图像元个数也为M 2×N 2=281×202，其图像元分辨率为r×r=40×40。
所述第二次拍摄过程，如附图2（b）所示，微透镜阵列I和微图像阵列I重建出物体深度反转的3D图像，然后用参数不同的微透镜阵列II对该深度反转的3D图像进行第二次拍摄。I 1(m, n) i, j  表示微图像阵列I中第m列第n行图像元上第i列第j 行的像素，该像素发出的光线分别经微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II的透镜元折射，到达参数不同的微图像阵列II中第m′列第n′行图像元的第i′列第j′行像素位置上，由I 2(m′, n′) i′, j′ 表示。用微图像阵列I上的像素I 1(m, n) i, j 填补参数不同的微图像阵列II上的像素I 2(m′, n′) i′, j′ 就获得所需的参数不同的微图像阵列II，它们的数学关系为：
 
其中，
 
Figure 344160DEST_PATH_IMAGE006
式中round函数表示四舍五入取整数，m、n、i、j 是循环变量，分别将m在1-200范围内，n在1-150范围内，i 在1-40范围内，j 在1-40范围内循环取整数值，就能将微图像阵列I的所有像素转换到参数不同的微图像阵列II上，获得的参数不同的微图像阵列II包含281×202个图像元，其节距和焦距分别为p 2=1.27mm和f 2=3mm。
当计算出的i′或j′值大于图像元在该方向上的分辨率r时，则舍弃该像素，以避免相邻图像元间的串扰。
本发明通过改变第二次拍摄时参数不同的微透镜阵列II的节距和焦距，获得与第一次拍摄时参数不同的微图像阵列II，可用于不同参数的集成成像系统进行3D显示。

Claims (4)

1.基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄法，其特征在于，该方法包括第一次拍摄和第二次拍摄两个过程，第一次拍摄时采用微透镜阵列I进行拍摄，获取微图像阵列I，第二次拍摄时采用与微透镜阵列I参数不同的微透镜阵列II进行拍摄，获取与微图像阵列I参数不同的微图像阵列II，第一次拍摄过程中，微透镜阵列I拍摄三维场景，在微透镜阵列I的后焦平面上获得与微透镜阵列I参数相同的微图像阵列I，微透镜阵列I的节距和焦距分别为p 1和f 1，其包含的透镜元个数为M 1×N 1，其中水平方向包含的透镜元个数为M 1，垂直方向包含的透镜元个数为N 1，微图像阵列I的图像元分辨率为r×r，其包含的图像元个数也为M 1×N 1，在第二次拍摄时，参数不同的微透镜阵列II的节距和焦距分别为p 2和f 2，其包含的透镜元个数为M 2×N 2，其中水平方向包含的透镜元个数为M 2，垂直方向包含的透镜元个数为N 2，参数不同的微图像阵列II的图像元分辨率也为r×r，其包含的图像元个数也为M 2×N 2，第二次拍摄时微透镜阵列I与参数不同的微透镜阵列II的间距为L；第二次拍摄过程中，微透镜阵列I和微图像阵列I重建出物体深度反转的3D图像，然后用参数不同的微透镜阵列II对该深度反转的3D图像进行第二次拍摄，I 1(m, n) i, j  表示微图像阵列I中第m列第n行图像元上第i列第j 行的像素，该像素发出的光线分别经微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II的透镜元折射，到达参数不同的微图像阵列II中第m′ 列第n′ 行图像元的第i′列第j′行像素位置上，由I 2(m′, n′) i′, j′  表示，用微图像阵列I上的像素I 1(m, n) i, j 填补参数不同的微图像阵列II上的像素I 2(m′, n′) i′, j′ 就获得所需的参数不同的微图像阵列II，它们的数学关系为                                                
Figure 981890DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 43387DEST_PATH_IMAGE002
，，
Figure 639068DEST_PATH_IMAGE004
， 
Figure 542433DEST_PATH_IMAGE005
，式中round函数表示四舍五入取整数，m、n、i、j 是循环变量，分别将m在1- M 1范围内，n在1-N 1范围内，i在1- r 范围内，j 在1- r 范围内循环取整数值，就能将微图像阵列I的所有像素转换到参数不同的微图像阵列II上，获得的参数不同的微图像阵列II包含M 2×N 2个图像元，其节距和焦距分别为p 2和f 2。
2.根据权利要求1所述的基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄法，其特征在于，微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II的节距和焦距p 1，f 1，p 2和f 2应满足关系 
Figure 724016DEST_PATH_IMAGE006
。
3.根据权利要求1所述的基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄法，其特征在于，微透镜阵列I和参数不同的微透镜阵列II包含的透镜元个数M 1×N 1和M 2×N 2应分别满足关系和，式中floor函数表示向下取整数。
4.根据权利要求1所述的基于不同微透镜阵列参数的集成成像两次拍摄法，其特征在于，当计算出的i′ 或j′ 值大于图像元在该方向上的分辨率r时，则舍弃该像素，以避免相邻图像元间的串扰。
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