CN110708462B - 光场相机调焦方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光场相机调焦方法和装置，其中，方法包括：根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路；对于微透镜阵列处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所有中心微透镜宏像素总能量值，以将所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。该方法便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且基于该方法判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断方法更有可信度。

Description

光场相机调焦方法和装置
技术领域
本发明涉及仪器装置调试技术领域，特别涉及一种光场相机调焦方法和装置。
背景技术
仪器设备安装是将呈分散状态的部件按照要求组装及安置，而调试则是在安装的基础上将设备调试成最佳状态，保证设备在投入使用之后发挥正常的功效。做好仪器设备的正确调试工作是保证仪器设备正常稳定运行的前提和基础，具有重要意义。
光场成像技术作为一种计算成像的方式，通过光场相机获取目标的光场信息，继而将光场信息参数化，通过后续算法实现目标成像。1992年首先出现了基于微透镜阵列的单相机成像的光场相机，相比于普通相机，光场相机不仅能够记录目标的空间信息及辐射强度信息，还能够记录目标辐射光波的方向信息，使得获取的光场信息达到了四维，增加了的图像信息的可计算性，使得成像结果具有更大的应用价值。进一步地，2005年出现了光场相机系统的简化版，将微透镜阵列置于光场相机前置成像系统像面位置，在微透镜阵列面获得空间图像，将微透镜阵列及探测器面进行耦合，探测器面位于微透镜阵列的后焦面处，探测器对微透镜面图像二次采样获得光场图像，称之为光场相机1.0结构，也称为非聚焦型光场结构，其原理已经在光场显微镜、多模式光场相机等仪器上实现。
光场相机1.0系统中的微透镜阵列及探测器耦合在一起形成光场相机探测单元，探测单元中每一个微透镜代表一个空间位置，此微透镜下所有像素组成此微透镜的宏像素，宏像素中每个像素代表一个角度方向信息。光场相机1.0系统要求微透镜阵列面与光场相机前置系统像面位置重合，此时光场数据中单个微透镜宏像素能量均匀分布，参与此微透镜宏像素中任意像素点成像的物面范围一致。当微透镜阵列面与光场相机前置系统像面位置不重合时，光场数据中微透镜宏像素能量分布不均匀，参与此微透镜宏像素中任意像素点成像的物面范围不一致，导致光场相机获取的光场信息出现空间信息混叠。当能准确地调整微透镜阵列面与光场相机前置系统一次像面位置重合时，以此为基础准确地获取像面离焦量等参数，将更有利于实现数字重聚焦、光场图像超分辨率重建等功能。因此，光场相机1.0系统的安装调试过程中，寻找适当的方法准确地将微透镜阵列面调试至与前置系统一次像面重合非常重要。
传统相机的调焦方式有测距法、聚焦检测法和基于图像处理的自动调焦技术等。但由于光场相机1.0系统中在传统相机的焦平面位置加入光场相机探测单元，探测单元中的微透镜阵列结构使光场相机1.0系统的成像原理与传统相机相比产生了本质变化，也导致传统相机的调焦方法不再适用于光场相机1.0系统。相关技术提出了一种光场相机1.0系统安装参数确定方法，该方法只是通过计算筛选确定了安装距离，没有涉及具体安装调试的方法。在光场相机1.0系统实际安装调试过程中，由于实际仪器元件加工误差和安装误差等因素的影响，完全按照系统参数计算值加工、安装仪器元件定性判断微透镜阵列安装位置的方法不准确，无法保证安装调试的系统满足原理要求，因此需要寻找适当的方法判断调试结果中微透镜阵列面是否与前置系统一次像面重合。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种光场相机调焦方法，该方法便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且基于该方法判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断方法更有可信度。
本发明的另一个目的在于提出一种光场相机调焦装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种光场相机调焦方法，包括以下步骤：根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路；对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，将所述所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。
本发明实施例的光场相机调焦方法，针对光场相机中微透镜阵列安装调试过程中无法定量判断微透镜阵列面是否与前置成像系统一次像面重合的问题，根据系统参数设计了专门的平行光管十字叉丝靶标方案，并基于一系列数字图像处理过程处理光场图像得到的中心微透镜宏像素总能量值指标作为定量判断依据，从而便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且基于中心微透镜宏像素总能量值指标判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断结果更有可信度。
另外，根据本发明上述实施例的光场相机调焦方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，进一步包括：使十字叉丝成像于探测器面中心视场，得到所述微透镜阵列面处于前置成像系统焦前到焦后不同位置的一系列光场图像。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线宽设计公式为：
Figure BDA0002225423420000031
其中，dlines为十字叉丝线宽；fG为平行光管焦距；fs为前置成像系统焦距；dml为微透镜直径；a为前置成像系统后焦面衍射斑尺寸；
所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线长设计公式为：
Figure BDA0002225423420000032
其中，(2M+1)为十字叉丝靶标横线或竖线成像所占微透镜的个数，M为正整数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，提取计算过程包括：提取十字叉丝成像区域图像，并高频滤波锐化边缘；对滤波后的十字叉丝成像区域图像进行阈值分割，并进行微透镜宏像素提取；利用凹点法对粘连的微透镜宏像素边缘图像进行分割，并计算每个微透镜宏像素确定区域内的原始像素值的质心，以所述质心就近取整值作为此微透镜宏像素中心坐标值；根据微透镜宏像素中心坐标值提取所有中心微透镜宏像素，计算所有中心微透镜宏像素值之和作为所有中心微透镜宏像素总能量值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据中心微透镜宏像素总能量随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到前置成像系统后焦面重合包括：获取所述微透镜阵列面处于不同离焦位置时中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线；寻找所述中心微透镜宏像素总能量值取最大值时的微透镜阵列面位置，此时所述微透镜阵列面与所述前置成像系统后焦面重合。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种光场相机调焦装置，包括：生成模块，用于根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路；提取模块，用于对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，将所述所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；调焦模块，用于根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。
本发明实施例的光场相机调焦装置，针对光场相机中微透镜阵列安装调试过程中无法定量判断微透镜阵列面是否与前置成像系统一次像面重合的问题，根据系统参数设计了专门的平行光管十字叉丝靶标方案，并基于一系列数字图像处理过程处理光场图像得到的中心微透镜宏像素总能量值指标作为定量判断依据，从而便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且基于中心微透镜宏像素总能量值指标判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断结果更有可信度。
另外，根据本发明上述实施例的光场相机调焦装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述生成模块进一步用于使十字叉丝成像于探测器面中心视场，得到所述微透镜阵列面处于前置成像系统焦前到焦后不同位置的一系列光场图像。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线宽设计公式为：
Figure BDA0002225423420000041
其中，dlines为十字叉丝线宽；fG为平行光管焦距；fs为前置成像系统焦距；dml为微透镜直径；a为前置成像系统后焦面衍射斑尺寸；
所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线长设计公式为：
Figure BDA0002225423420000042
其中，(2M+1)为十字叉丝横线或竖线成像所占微透镜的个数，M为正整数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述提取模块进一步用于提取十字叉丝成像区域图像，并高频滤波锐化边缘；对滤波后的十字叉丝成像区域图像进行阈值分割，并进行微透镜宏像素提取；利用凹点法对粘连的微透镜宏像素边缘图像进行分割，并计算每个微透镜宏像素确定区域内的原始像素值的质心，以所述质心就近取整值作为此微透镜宏像素中心坐标值；根据微透镜宏像素中心坐标值提取所有中心微透镜宏像素，计算所有中心微透镜宏像素值之和作为所有中心微透镜宏像素总能量值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述调焦模块进一步用于获取所述微透镜阵列面处于不同离焦位置时中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线；寻找所述中心微透镜宏像素总能量值取最大值时的微透镜阵列面位置，此时所述微透镜阵列面调整到所述前置成像系统后焦面重合。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的光场相机调焦方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的光场相机调试装置示意图；
图3为根据本发明实施例的微透镜阵列面位置示意图及不同位置成像结果示意图；
图4为根据本发明实施例的对一幅光场图像计算中心微透镜宏像素总能量流程图；
图5为根据本发明实施例的某一微透镜位置获取的光场图像截取的完整的十字叉丝图像；
图6为根据本发明实施例的高频滤波锐化边缘之后的图像；
图7为根据本发明实施例的阈值分割之后的图像；
图8为根据本发明实施例的利用凹点法分割粘连的微透镜宏像素连通域(左图为阈值分割得到的微透镜宏像素连通域粘连结果，检测到的凹点用星点标记；右图为凹点法检测处理之后的微透镜宏像素连通域)；
图9为根据本发明实施例的提取的中心微透镜宏像素(每个方框区域对应一个微透镜宏像素)；
图10为根据本发明实施例的光场相机调焦装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据背景技术记载可知，本发明是实施例所要解决的技术问题为：在光场相机1.0系统安装调试过程中寻找适当的方法判断调试结果中微透镜阵列面是否与前置系统一次像面重合，实现微透镜阵列的准确调焦。
为了实现上述目的，本发明实施例根据光场相机1.0系统成像原理提出一种基于数字图像处理的光场相机微透镜阵列调焦方法。本发明实施例的调试方案使用平行光管入射使光场相机的物面设为无穷远，此时光场相机前置成像系统的一次像面与后焦面重合，将光场相机微透镜阵列调试到与前置程序系统一次像面重合就是与前置成像系统后焦面重合。
本发明实施例同时将前置成像系统的孔径光阑移至前置成像系统前焦面处，构成像方远心结构，保证所有空间物点发射的主光线经过主透镜后与光轴平行，使本发明实施例的方法对各个视场的调试结果均适用。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的光场相机调焦方法和装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的光场相机调焦方法。
图1是本发明一个实施例的光场相机调焦方法的流程图。
如图1所示，该光场相机调焦方法，基于图像处理的方法，选取光场图像中心微透镜宏像素总能量值作为评价指标，用于判断光场相机装调过程中微透镜阵列位置是否在焦，其中，调焦方法包括以下步骤：
在步骤S101中，根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路。
可以理解的是，本发明实施例根据调试系统参数设计专门十字叉丝靶标的调试方案进行光场相机微透镜阵列面安装位置调试。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，进一步包括：使十字叉丝成像于探测器面中心视场，得到微透镜阵列面处于前置成像系统焦前到焦后不同位置的一系列光场图像。
可以理解的是，根据平行光管参数和光场相机参数设计十字叉丝靶标，安装调试光路，如图2所示，使十字叉丝成像于探测器面中心视场，保证平行光管十字叉丝对前置成像系统的入射能量不变，得到微透镜阵列面处于前置成像系统焦前到焦后不同位置的一系列光场图像，微透镜阵列处于焦前、在焦、焦后的状态如图3所示。
具体而言，根据平行光管参数和光场相机参数设计了专门的平行光管十字叉丝靶标，其中，十字叉丝的线宽设计为：
Figure BDA0002225423420000061
式中，dlines为十字叉丝线宽；fG为平行光管焦距；fs为前置成像系统焦距；dml为微透镜直径；a为前置成像系统后焦面衍射斑尺寸。
十字叉丝横线和竖线的设计长度相同，横线在微透镜面的成像长度覆盖2M+1个微透镜，线长设计值为：
Figure BDA0002225423420000062
按照图2安装调试装置，微调十字叉丝靶标的旋转使十字叉丝的横线和竖线分别成像在微透镜阵列面一行和一列微透镜下，将成像的一行和一列微透镜称为中心微透镜，每个微透镜对应探测器面宏像素的像素数为N×N。
当微透镜阵列面在焦时，十字叉丝能量完全被中心微透镜接收；根据十字叉丝线宽设计值，当微透镜阵列面轻微离焦时，十字叉丝的一部分能量将弥散到与中心微透镜相邻的其他微透镜，被相邻微透镜接收，中心微透镜接收的总能量减少，在相邻微透镜宏像素上观察到十字叉丝边缘重复性边缘。微透镜阵列面离焦量越大，弥散到相邻微透镜的能量越大，中心微透镜接收的总能量越小。微透镜阵列面离焦时在与中心微透镜相邻的其他微透镜宏像素会观察到十字叉丝的边缘，焦前时边缘靠近中心微透镜宏像素，焦后时边缘远离中心微透镜宏像素，出现“边缘翻转”现象，可根据此现象判断微透镜阵列面处于焦前还是焦后。
离焦量为h1时，微透镜阵列面处于焦前；离焦量为h2时，微透镜阵列面处于焦后，从离焦量为h1的位置步进变化到离焦量为h2位置，步进间隔为
Figure BDA0002225423420000071
获取K幅光场图像。
在步骤S102中，对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所有中心微透镜宏像素总能量值，将所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据。
可以理解的是，本发明实施例提出了中心微透镜宏像素总能量值作为定量判断微透镜阵列面是否与前置成像系统一次像面重合的判断指标，具体地：对于微透镜阵列处于任意位置的光场图像，利用一系列数字图像处理方法提取分割所有中心微透镜宏像素，计算所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据。
进一步地，在本发明的一个实施例中，对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所有中心微透镜宏像素总能量值，提取计算过程包括：提取十字叉丝成像区域图像，并高频滤波锐化边缘；对滤波后的十字叉丝成像区域图像进行阈值分割，并进行微透镜宏像素提取；利用凹点法对粘连的微透镜宏像素边缘图像进行分割，并计算每个微透镜宏像素确定区域内的原始像素值的质心，以质心就近取整值作为此微透镜宏像素中心坐标值；根据微透镜宏像素中心坐标值提取所有中心微透镜宏像素，计算所有中心微透镜宏像素值之和作为所有中心微透镜宏像素总能量值。
具体而言，基于数字图像处理方法处理微透镜阵列位于每一个位置的光场图像，计算中心微透镜宏像素总能量值，处理计算流程如图4所示，具体方法为：
(1)提取十字叉丝成像区域图像：对第k幅光场图像，光场图像Ik大小为T×W，十字叉丝成像区域只占一部分中心视场区域，为了减小计算区域，提高计算效率，首先在原始图像中截取十字叉丝成像区域，截取方法为利用质心法公式计算十字叉丝成像中心
Figure BDA0002225423420000072
在原图像中截取以
Figure BDA0002225423420000073
为中心，大小为(2M+3)N×(2M+3)N的图像为十字叉丝图像
Figure BDA0002225423420000074
其中一幅十字叉丝图像如图5所示；
质心法公式计算十字叉丝成像中心
Figure BDA0002225423420000081
的公式为：
Figure BDA0002225423420000082
Figure BDA0002225423420000083
(2)高频滤波锐化边缘：选用二维高斯高通滤波器锐化微透镜宏像素的边缘，便于后续提取微透镜宏像素，经过滤波后的图像为
Figure BDA0002225423420000084
如图6所示。
二维高斯高通滤波器为：
Figure BDA0002225423420000085
式中：(u,v)为二维情况下对应图像坐标变量(t,w)的频率变量，D0为截止频率，为一个正常数；D(u,v)是频率域中点(u,v)与频率矩形中心的距离，即
D(u,v)＝[(u-P/2)2+(v-Q/2)2]1/2，
式中，P、Q为满足P≥(2M+3)N、Q≥(2M+3)N的最小偶整数。
经过滤波后的图像为
Figure BDA0002225423420000086
为：
Figure BDA0002225423420000087
(3)阈值分割：选用Otus全局阈值法计算阈值T，对经过滤波后的十字叉丝图像
Figure BDA0002225423420000088
进行阈值分割，得到原始阈值图像
Figure BDA0002225423420000089
如图7所示；
Figure BDA00022254234200000810
(4)微透镜宏像素提取：计算原始阈值图像
Figure BDA00022254234200000811
中四连通域的个数v，其中任一连通域的像元总数记为Sv：若Sv<0.4N2，则此连通域不是微透镜宏像素，此连通域内像素值置零；若0.4N2≤Sv<0.9N2，则此连通域是单个微透镜宏像素，此连通域内像素值不变；若Sv≥0.9N2，则此连通域由几个微透镜宏像素粘连在一起，需要进行进一步分割；对于每个宏像素连通域，按照顺时针方向追踪连通域边界，得到微透镜宏像素粘连连通域的闭合边缘Cv。
(5)凹点检测分割微透镜宏像素：
利用凹点法对粘连的微透镜宏像素边缘图像进行进一步分割，如图8所示，具体操作方法为：
对判断为微透镜宏像素粘连连通域的闭合边缘Cv，按照逆时针方向定义描述为有序的坐标点集为{V1,V2,…,Vi,…,VH}，i为边缘上像素点的索引值，则Vi＝(ti,wi)与其前序点Vi-1＝(ti-1,wi-1)和后序点Vi+1＝(ti+1,wi+1)构成的方向向量分别为di-1＝(ti-1-ti,wi-1-wi)和di+1＝(ti+1-ti,wi+1-wi)。计算
Di＝(di-1×di+1)·n，i＝1,2,3,…,Sv(9)，
其中，n为平面法向量。当Di>0时，Vi为凹点；当Di≤0时，Vi为凸点。将阈值图像中连通域闭合边缘中凹点位置的像素值置零，连通域中其他像素值不变，然后重复步骤(4)～步骤(5)判断分割所有连通域，直到所有连通域均判断为单个微透镜宏像素。
(6)质心法计算微透镜宏像素质心位置：计算每个微透镜宏像素确定区域内的原始像素值的质心，以质心就近取整值作为此微透镜宏像素中心坐标值，以此中心坐标值为中心截取原始十字叉丝图像
Figure BDA0002225423420000091
中N×N个像素得到此中心微透镜宏像素，分割得到所有微透镜宏像素及微透镜宏像素中心，如图9所示；
(7)提取所有中心微透镜宏像素：根据微透镜宏像素中心判断各个微透镜宏像素的相对位置，判断得到水平方向和竖直方向的中心微透镜宏像素数量是否均为2M+1：若均为2M+1，说明所有中心微透镜宏像素均已提取，中心微透镜宏像素总能量为所有中心微透镜下像素值之和；若不为2M+1，说明有部分中心微透镜宏像素未提取，根据微透镜阵列中微透镜为正交排列，所有微透镜的孔径和相邻微透镜中心距离均相等，可由此在原始图像中寻找遗漏的中心微透镜宏像素，直至寻找到所有中心微透镜宏像素。
(8)计算所有中心微透镜宏像素的像素值之和为中心微透镜宏像素总能量值。
在步骤S103中，根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断中心微透镜宏像素总能量值最大时，微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。
可以理解的是，利用步骤S102处理得到中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断中心微透镜宏像素总能量值最大时，微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，寻找调焦判据取最大值时的微透镜阵列面位置，包括：获取微透镜阵列面处于不同离焦位置时中心微透镜宏像素总能量随离焦量的变化曲线；寻找中心微透镜宏像素总能量值取最大值时的微透镜阵列面位置，此时微透镜阵列面与前置成像系统后焦面重合。
可以理解的是，重复进行步骤S102得到微透镜阵列面处于不同离焦位置时中心微透镜宏像素总能量值，进而计算中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，寻找中心微透镜宏像素能量取最大值时的微透镜阵列面位置，此时微透镜阵列面与前置成像系统后焦面重合，即微透镜阵列面与前置成像系统一次像面重合。
综上，本发明实施例提出的光场相机调焦方法，针对光场相机中微透镜阵列安装调试过程中无法定量判断微透镜阵列面是否与前置成像系统一次像面重合的问题，根据系统参数设计了专门的平行光管十字叉丝靶标方案，并基于一系列数字图像处理过程处理光场图像得到的中心微透镜宏像素总能量值指标作为定量判断依据，从而便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且中心微透镜宏像素总能量值指标判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断结果更有可信度。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的光场相机调焦装置。
图10是本发明一个实施例的光场相机调焦装置的结构示意图。
如图10所示，该光场相机调焦装置10包括：生成模块100、提取模块200和调焦模块300。
其中，生成模块100用于根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路；提取模块200用于对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所有中心微透镜宏像素总能量值，以将所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；调焦模块300用于根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断中心微透镜宏像素总能量值最大时，微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。本发明实施例的装置10便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且基于中心微透镜宏像素总能量值指标判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断结果更有可信度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，生成模块100进一步用于使十字叉丝成像于探测器面中心视场，得到微透镜阵列面处于前置成像系统焦前到焦后不同位置的一系列光场图像。
进一步地，在本发明的一个实施例中，十字叉丝靶标的十字叉丝的线宽设计公式为：
Figure BDA0002225423420000111
其中，dlines为十字叉丝线宽；fG为平行光管焦距；fs为前置成像系统焦距；dml为微透镜直径；a为前置成像系统后焦面衍射斑尺寸；
十字叉丝靶标的十字叉丝的线长设计公式为：
Figure BDA0002225423420000112
其中，(2M+1)为十字叉丝横线或竖线成像所占微透镜的个数，M为正整数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，提取模块200进一步用于提取十字叉丝成像区域图像，并高频滤波锐化边缘；对滤波后的十字叉丝成像区域图像进行阈值分割，并进行微透镜宏像素提取；利用凹点法对粘连的微透镜宏像素边缘图像进行分割，并计算每个微透镜宏像素确定区域内的原始像素值的质心，以质心就近取整值作为此微透镜宏像素中心坐标值；根据微透镜宏像素中心坐标值提取所有中心微透镜宏像素，计算所有中心微透镜宏像素值之和作为所有中心微透镜宏像素总能量值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，调焦模块300进一步用于获取微透镜阵列面处于不同离焦位置时中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线；寻找中心微透镜宏像素总能量值取最大值时的微透镜阵列面位置，此时微透镜阵列面与前置成像系统后焦面重合。
需要说明的是，前述对光场相机调焦方法实施例的解释说明也适用于该实施例的光场相机调焦装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的光场相机调焦装置，针对光场相机中微透镜阵列安装调试过程中无法定量判断微透镜阵列面是否与前置成像系统一次像面重合的问题，根据系统参数设计了专门的平行光管十字叉丝靶标方案，并基于一系列数字图像处理过程处理光场图像得到的中心微透镜宏像素总能量值指标作为定量判断依据，从而便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且基于中心微透镜宏像素总能量值指标判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断结果更有可信度。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种光场相机调焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路，所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线宽设计公式为：
Figure FDA0002581268760000011
其中，dlines为十字叉丝线宽；fG为平行光管焦距；fs为前置成像系统焦距；dml为微透镜直径；a为前置成像系统后焦面衍射斑尺寸；所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线长设计公式为：
Figure FDA0002581268760000012
其中，llines为十字叉丝线长，(2M+1)为十字叉丝横线或竖线成像所占微透镜个数，M为正整数；
对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，将所述所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；
根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，进一步包括：
使十字叉丝成像于探测器面中心视场，得到所述微透镜阵列面处于前置成像系统焦前到焦后不同位置的一系列光场图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，提取计算过程包括：
提取十字叉丝成像区域图像，并高频滤波锐化边缘；
对滤波后的十字叉丝成像区域图像进行阈值分割，并进行微透镜宏像素提取；
利用凹点法对粘连的微透镜宏像素边缘图像进行分割，并计算每个微透镜宏像素确定区域内的原始像素值的质心，以所述质心就近取整值作为此微透镜宏像素中心坐标值；
根据微透镜宏像素中心坐标值提取所有中心微透镜宏像素，计算所有中心微透镜宏像素值之和作为所有中心微透镜宏像素总能量值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到前置成像系统后焦面重合，包括：
获取所述微透镜阵列面处于不同离焦位置时中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线；
寻找所述中心微透镜宏像素总能量值取最大值时的微透镜阵列面位置，此时所述微透镜阵列面与所述前置成像系统后焦面重合。
5.一种光场相机调焦装置，其特征在于，包括：
生成模块，用于根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路，所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线宽设计公式为：
Figure FDA0002581268760000021
其中，dlines为十字叉丝线宽；fG为平行光管焦距；fs为前置成像系统焦距；dml为微透镜直径；a为前置成像系统后焦面衍射斑尺寸；所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线长设计公式为：
Figure FDA0002581268760000022
其中，llines为十字叉丝线长，(2M+1)为十字叉丝横线或竖线成像所占微透镜个数，M为正整数；
提取模块，用于对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，将所述所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；
调焦模块，用于根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述生成模块进一步用于使十字叉丝成像于探测器面中心视场，得到所述微透镜阵列面处于前置成像系统焦前到焦后不同位置的一系列光场图像。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述提取模块进一步用于提取十字叉丝成像区域图像，并高频滤波锐化边缘；对滤波后的十字叉丝成像区域图像进行阈值分割，并进行微透镜宏像素提取；利用凹点法对粘连的微透镜宏像素边缘图像进行分割，并计算每个微透镜宏像素确定区域内的原始像素值的质心，以所述质心就近取整值作为此微透镜宏像素中心坐标值；根据微透镜宏像素中心坐标值提取所有中心微透镜宏像素，计算所有中心微透镜宏像素值之和作为所有中心微透镜宏像素总能量值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调焦模块进一步用于获取所述微透镜阵列面处于不同离焦位置时中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线；寻找所述中心微透镜宏像素总能量值取最大值时的微透镜阵列面位置，此时所述微透镜阵列面与所述前置成像系统后焦面重合。
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