CN103796002A - 基于正交投影的一维集成成像3d拍摄方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出基于正交投影的一维集成成像3D拍摄方法，该方法包括基于正交投影的一维相机阵列的拍摄过程和正交投影视差图像阵列的像素映射过程，基于正交投影的一维相机阵列的拍摄过程中，基于正交投影的一维相机阵列采用正交投影几何模型对3D场景进行拍摄，获得正交投影视差图像阵列；正交投影视差图像阵列的像素映射过程将正交投影视差图像阵列的所有像素映射到一维微透镜阵列的后焦平面上，获得无畸变的一维微图像阵列。

Description

基于正交投影的一维集成成像3D拍摄方法
技术领域
本发明涉及集成成像技术，特别涉及一种基于正交投影的一维集成成像3D拍摄方法。
背景技术
集成成像技术利用微透镜阵列对3D场景进行记录，并根据光路可逆原理再现出场景的3D图像。较之其它3D显示技术，集成成像3D显示具有无需助视设备、无需相干光源、全真色彩、准连续视点、全视差等优点，因此是最有希望实现3D电视的真3D显示方式之一。然而3D分辨率低是限制集成成像3D显示实用化的瓶颈问题，研究人员提出的一维集成成像技术去掉了垂直方向的视差信息，能有效地提高3D分辨率，同时降低了拍摄复杂度。
一维集成成像技术采用的一维微透镜阵列在水平方向上采用透视投影几何模型，而在垂直方向上等效于塑料平板。常规的一维集成成像3D拍摄方法如附图1所示，采用基于透视投影的常规相机直接通过一维微透镜阵列进行3D场景的一维集成成像拍摄，将获得有畸变的一维微图像阵列，使得较近的物体在该一维微图像阵列中的垂直高度更高，而较远物体的垂直高度则更矮。直接将这种拍摄方式获得的有畸变的一维微图像阵列进行一维集成成像3D显示时，由于一维微透镜阵列在垂直方向上对光线不产生偏折，使得重建出的凸出于显示屏的3D图像将会拉长，而凹进显示屏的3D图像将会压扁，因此将重建出畸变的3D图像。
发明内容
本发明提出基于正交投影的一维集成成像3D拍摄方法，该方法包括基于正交投影的一维相机阵列的拍摄过程和正交投影视差图像阵列的像素映射过程。基于正交投影的一维相机阵列的拍摄过程中，基于正交投影的一维相机阵列采用正交投影几何模型对3D场景进行拍摄，获得正交投影视差图像阵列；正交投影视差图像阵列的像素映射过程将正交投影视差图像阵列的所有像素映射到一维微透镜阵列的后焦平面上，获得无畸变的一维微图像阵列。
所述基于正交投影的一维相机阵列的拍摄过程，如附图2所示。设定一维微透镜阵列在水平方向上包含M个一维透镜元，该一维透镜元水平方向的节距为p，焦距为f，一维微图像阵列包含M个一维图像元，该一维图像元分辨率为H×V（其中水平分辨率为H，垂直分辨率为V），一维图像元节距等于一维透镜元的节距p。拍摄时，基于正交投影的一维相机阵列包含的相机个数等于一维图像元的水平分辨率H，在3D场景中设定一垂直于相机光轴的平面为零视差面，该零视差面与基于正交投影的一维相机阵列间的间距为L，基于正交投影的一维相机阵列中各相机水平等间距排列，且各相机光轴相交于一点，该相交点位于零视差面上。相邻相机间的间距d为：
Figure 968642DEST_PATH_IMAGE001
（1）
基于正交投影的一维相机阵列中各相机采用正交投影几何模型进行3D拍摄，获得的正交投影视差图像阵列包含H幅正交投影视差图像，其中每幅正交投影视差图像的水平分辨率等于一维微透镜阵列中一维透镜元的个数M，而垂直分辨率等于一维图像元的垂直分辨率V。
优选地，将零视差面设置在3D场景的中间，零视差面之前的3D场景在一维集成成像3D显示时将凸出显示屏以外，而零视差面之后的3D场景在一维集成成像3D显示时将凹进显示屏以内。
所述正交投影视差图像阵列的像素映射过程，如附图3所示。正交投影视差图像阵列中，第i幅正交投影视差图像的第j列像素由T i, j 表示，该列像素被映射到一维微图像阵列中的第k列像素位置上，由I k 表示。因此，正交投影视差图像中像素列T i, j 与一维微图像阵列中像素列I k 的对应关系为
Figure 210267DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中 
Figure 547708DEST_PATH_IMAGE003
（3）
式中，i, j是循环变量，分别将i在1-H范围内，j在1-M范围内循环取值，就能将H幅正交投影视差图像中的所有像素列映射到一维微透镜阵列的后焦平面上，获得无畸变的一维微图像阵列，即可用于无畸变的一维集成成像3D显示。
附图说明
附图1为常规一维集成成像3D拍摄方法示意图
附图2为本发明提出的基于正交投影的一维相机阵列拍摄过程示意图
附图3为本发明提出的正交投影视差图像阵列的像素映射过程示意图
上述附图中的图示标号为：
1 3D场景，2一维微透镜阵列，3基于透视投影的常规相机，4有畸变的一维微图像阵列，5基于正交投影的一维相机阵列，6零视差面，7正交投影视差图像阵列，8无畸变的一维微图像阵列。
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正交投影的一维集成成像3D拍摄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。
本发明提出基于正交投影的一维集成成像3D拍摄方法，该方法包括基于正交投影的一维相机阵列的拍摄过程和正交投影视差图像阵列的像素映射过程。基于正交投影的一维相机阵列拍摄过程中，基于正交投影的一维相机阵列采用正交投影几何模型对3D场景进行拍摄，获得正交投影视差图像阵列；正交投影视差图像阵列的像素映射过程将正交投影视差图像阵列的所有像素映射到一维微透镜阵列的后焦平面上，获得无畸变的一维微图像阵列。
基于正交投影的一维相机阵列的拍摄过程，如附图2所示。一维微透镜阵列在水平方向上包含120个一维透镜元，该一维透镜元水平方向的节距为1.27mm，焦距为3mm，一维微图像阵列包含120个一维图像元，该一维图像元分辨率为20×1800（其中水平分辨率为20，垂直分辨率为1800），一维图像元节距等于一维透镜元的节距1.27mm。拍摄时基于正交投影的一维相机阵列包含的相机个数等于一维图像元的水平分辨率20，在3D场景中设定一垂直于相机光轴的平面为零视差面，该零视差面与基于正交投影的一维相机阵列间的间距为500mm，基于正交投影的一维相机阵列中各相机水平等间距排列，且各相机光轴相交于一点，该相交点位于零视差面上。根据式（1）计算出相邻相机间的间距为10.58mm，基于正交投影的一维相机阵列中各相机采用正交投影几何模型进行3D拍摄，获得的正交投影视差图像阵列包含20幅正交投影视差图像，其中每幅正交投影视差图像的水平分辨率等于一维微透镜阵列中一维透镜元的个数120，而垂直分辨率等于一维图像元的垂直分辨率1800。将零视差面设置在3D场景的中间，零视差面之前的3D场景在集成成像3D显示时将凸出显示屏以外，而零视差面之后的3D场景在集成成像3D显示时将凹进显示屏以内。
正交投影视差图像阵列的像素映射过程，如附图3所示。正交投影视差图像阵列中，第i幅正交投影视差图像的第j列像素由T i, j 表示，该列像素被映射到一维微图像阵列中第k列像素位置上，由I k 表示，正交投影视差图像中像素列T i, j 与一维微图像阵列中像素列I k 的对应关系由式（2）和式（3）计算得出，式中，i, j是循环变量，分别将i在1-20范围内，j在1-120范围内循环取值，就能将20幅正交投影视差图像中的所有像素列映射到一维微透镜阵列的后焦平面上，获得无畸变的一维微图像阵列，即可用于无畸变的一维集成成像3D显示。

Claims (2)

1.基于正交投影的一维集成成像3D拍摄方法，其特征在于，该方法包括基于正交投影的一维相机阵列的拍摄过程和正交投影视差图像阵列的像素映射过程，基于正交投影的一维相机阵列的拍摄过程中，基于正交投影的一维相机阵列采用正交投影几何模型对3D场景进行拍摄，获得正交投影视差图像阵列，设定一维微透镜阵列在水平方向上包含M个一维透镜元，该一维透镜元水平方向的节距为p，焦距为f，一维微图像阵列包含M个一维图像元，该一维图像元分辨率为H×V（其中水平分辨率为H，垂直分辨率为V），一维图像元节距等于一维透镜元的节距p，拍摄时基于正交投影的一维相机阵列包含的相机个数等于一维图像元的水平分辨率H，在3D场景中设定一垂直于相机光轴的平面为零视差面，该零视差面与一维相机阵列间的间距为L，基于正交投影的一维相机阵列中各相机水平等间距排列，且各相机光轴相交于一点，该相交点位于零视差面上，相邻相机间的间距为 
Figure DEST_PATH_973416DEST_PATH_IMAGE001
，基于正交投影的一维相机阵列中各相机采用正交投影几何模型进行3D拍摄，获得的正交投影视差图像阵列包含H幅正交投影视差图像，其中每幅正交投影视差图像的水平分辨率等于一维微透镜阵列中一维透镜元的个数M，而垂直分辨率等于一维图像元的垂直分辨率V；正交投影视差图像阵列的像素映射过程将正交投影视差图像阵列的所有像素映射到一维微透镜阵列的后焦平面上，获得无畸变的一维微图像阵列，正交投影视差图像阵列中，第i幅正交投影视差图像的第j列像素由T i, j 表示，该列像素被映射到一维微图像阵列中第k列像素位置上，由I k 表示，正交投影视差图像中像素列T i, j 与一维微图像阵列中像素列I k 的对应关系为
Figure DEST_PATH_890556DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure DEST_PATH_607976DEST_PATH_IMAGE003
，式中，i, j是循环变量，分别将i在1-H范围内，j在1-M范围内循环取值就能将H幅正交投影视差图像中的所有像素列映射到一维微透镜阵列的后焦平面上，获得无畸变的一维微图像阵列。
2.根据权利要求1所述的基于正交投影的一维集成成像3D拍摄方法，其特征在于，将零视差面设置在3D场景的中间，零视差面之前的3D场景在集成成像3D显示时将凸出显示屏以外，而零视差面之后的3D场景在集成成像3D显示时将凹进显示屏以内。
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