CN104376588A - 一种集成成像高分辨率正交图的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种集成成像高分辨率正交图的生成方法，该方法包括提取多个匹配区域进行亚像素级配准和匹配区域像素映射到正交图区域两个步骤。本发明通过提取多个图像元中的匹配区域进行配准和映射，在正交平面生成高分辨图像区域，使得采样精度提高，由此提高了分辨率。

Description

一种集成成像高分辨率正交图的生成方法

技术领域

本发明涉及集成成像技术，更具体地说，本发明涉及一种集成成像高分辨率正交图的生成方法。

背景技术

真实3D场景的正交图可以通过集成成像技术来获取。集成成像在记录过程中，利用微透镜阵列对真实3D场景进行空间光线采样，然后记录到图像采集设备，获得微图像阵列。微图像阵列包含了真实3D场景的三维信息，提取所有图像元相同位置的像素进行合成，可以生成真实3D场景不同投影角度的正交图。正交图可以应用到集成全息技术中，以生成傅里叶全息图和菲涅尔全息图。

正交图提取过程，即提取图像元中与3D物体表面部分区域相一致的图像区域插值到对应的正交图图像区域。然而，传统方式提取的正交图的分辨率受到图像元数量和图像元尺寸的限制，因此生成的正交图分辨率低。

匹配区域是不同图像元中记录的3D物体表面部分区域经过多个透镜元形成的投影区域,充分利用匹配区域的光学信息，可以获得3D物体更详细的信息，进而提高生成的正交图的分辨率。

发明内容

本发明提出一种集成成像高分辨率正交图的生成方法，如附图1所示，该方法包括提取多个匹配区域进行亚像素级配准和匹配区域像素映射到正交图区域两个步骤。

所述提取多个匹配区域进行亚像素级配准，多个匹配区域分别位于相邻的多个图像元，使用块匹配估计执行匹配像素的搜索确定其最终位置，以提取不同图像元的匹配区域进行亚像素级配准，如附图2所示。匹配区域的配准使用图像灰度内插法，先选取一个图像元中的匹配区域作为参考区域，以倍率R进行重新采样得到高分辨率的参考区域，再进行配准，配准精度可以达到1/R像素精度。然后，选取其他图像元中的匹配区域作为插值模板，并且平移得到多个版本，配准时，先用原始模板配准，再依次用平移版本配准。通过比较配准效果，以效果最好的版本来确认最终的亚像素级配准位置。图像配准得到相邻图像元中的匹配区域与参考区域在高分辨网格中的像素偏移为(d _x , d _y )，其中d _x ，d _y  是非负整数，且取值小于R。

所述匹配区域像素映射到正交图区域，第m列第n行图像元作为参考图像元，提取邻域内多个图像元的匹配区域的像素。参考图像元的定向像素为I(i, j) _m, n ，[m, n]的邻域是[p, q]，定向像素在相邻图像元中水平方向上的偏移为x, 定向像素在相邻图像元中垂直方向上偏移为y, 则第p列第q行图像元匹配区域的像素 I(u, v) _p, q 满足:

                                                                                           （1）

                                             （2）

                   （3）

                   （4）

                            （5）

                            （6）

                                         （7）

其中(θ _x , θ _y ) 是正交投影角度，f是透镜元焦距，a，b分别是匹配区域内像素在水平和垂直方向上的位置系数。因此映射到正交图对应的高分辨图像区域的像素满足方程式：

                            （8）

    （9）

   （10）

其中I(i′, j′)为定向像素对应的正交平面点。

正交图高分辨图像区域中剩余空白区域的像素用邻域窗口内所有像素的中值进行插值，就能获取高分辨正交图。

本发明通过提取多个图像元中的匹配区域进行配准和映射，在正交平面生成高分辨图像区域，使得采样精度提高，由此提高了分辨率。

附图说明

附图1为3D物体表面区域、相邻图像元中的匹配区域和正交平面区域对应关系的示意图。

附图2为本发明提出的相邻图像元中匹配区域的配准、插值和映射。

上述附图中的图示标号为：

1. 3D物体表面，2. 3D物体表面部分区域，3. 微透镜阵列，4. 微图像阵列，5. 相邻图像元中的匹配区域，6. 正交平面区域，7. 图像元，8. 匹配区域的像素，9. 不同匹配区域像素的亚像素级偏移，10. 不同匹配区域像素的配准和插值，11. 高分辨率图像区域。

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集成成像高分辨率正交图的生成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。

在本实施实例中，采用3DS max2010创建一个“青花瓷”模型，并设置摄像机阵列拍摄3D模型获得图像元，再合成微图像阵列。实验中，摄像机阵列使用40×40个摄像机，摄像机间距为1mm，摄像机焦距为3.3mm，获取的视差图的分辨率为20×20像素；合成的微图像阵列包括40×40个图像元，图像元的分辨率为20×20像素，微图像阵列的分辨率为800×800像素。根据公式

                                                   （1）

                                                  （2）

                        （3）

                        （4）

                                 （5）

                              （6）

                                              （7）

                               （8）

        （9）

       （10）

生成高分辨正交图，并计算得到正交投影角度的范围为（-8.6°，8.6°）。选取正交投影角度为0°，配准过程中，以3倍的倍率进行重采样得到高分辨率图像区域，使得正交图的采样精度为1/3像素，配准后通过像素提取、映射和插值，获得最终正交图的分辨率为360×360像素。

本实施例把相邻图像元匹配区域的像素映射到正交平面区域，使得正交图的采样精度由1像素提高到1/3像素，提高了对3D物体的采样比率，使得重建的正交图不再局限于图像元的数量和图像元的尺寸。根据公式

            （11）

     （12）

计算生成的正交图I _r 和原始图像I _o 的峰值信噪比PSNR。本实施例的正交图的MSE=370.92，PSNR=22.43dB；而仅仅提取单一图像元中与3D物体表面部分区域相一致的图像区域插值到对应的正交图图像区域，生成的正交图的MSE=452.01，PSNR=21.58dB。分析这些数据可以得出，本实施例确实有效地增大了正交图的分辨率。

至此，本发明一种集成成像高分辨率正交图的生成方法，可以生成高分辨率的正交图，以用于后期集成全息生成过程，提高全息图的分辨率。

Claims (1)

1.一种集成成像高分辨率正交图的生成方法，其特征在于，该方法包括提取多个匹配区域进行亚像素级配准和匹配区域像素映射到正交图区域两个步骤；所述提取多个匹配区域进行亚像素级配准，其特征在于，多个匹配区域分别位于相邻的多个图像元，使用块匹配估计执行匹配像素的搜索确定其最终位置，以提取不同图像元的匹配区域进行亚像素级配准，匹配区域的配准使用图像灰度内插法，进行R倍重采样，图像配准得到相邻图像元中的匹配区域与参考区域在高分辨网格中的像素偏移为(d _x  , d _y )，其中d _x ，d _y  是非负整数，且取值小于R；所述匹配区域像素映射到正交图区域过程，其特征在于，第m列第n行图像元作为参考图像元，提取邻域内多个图像元的匹配区域的像素，参考图像元的定向像素为I(i, j) _m, n ，[m, n]的邻域是[p, q]，定向像素在相邻图像元中水平方向上的偏移为x, 定向像素在相邻图像元中垂直方向上偏移为y, 则第p列第q行图像元匹配区域的像素I(u, v) _p, q 满足: i=θ _x ×f，j=θ _y ×f，u=i+a×(p-m-x)，v=j+ b×(q-n-y)，0<a+b<1，其中(θ _x , θ _y ) 是正交投影角度，f是透镜元焦距,a,b分别是匹配区域内像素在水平和垂直方向上的位置系数；映射到正交图对应的高分辨图像区域的像素满足：I′(u′, v′)=I(u, v) _p, q ，u′=i′+R×a×(p-m-x)+d _x , u′=j′+R×b×(q-n-y)+d _y ，其中I(i′, j′)为定向像素对应的正交平面点。