CN111183394B - 一种分时还原光场的方法及还原装置 - Google Patents

一种分时还原光场的方法及还原装置 Download PDF

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Abstract

一种分时还原光场的方法，所述方法包括：a)由多个投影头(311)阵列成投影组(310)，多个投影组(310)阵列成投影墙，投影墙获取由摄像头墙(100)采集的完整光场信息；b)投影墙的多个投影组(310)分别播放不同视角的影像，同一投影组(310)中的每个投影头(311)分时播放同一视角下不同空间纵深的影像，同一投影组(310)中的多个投影头(311)同一时刻播放的影像构成同一视角下的空间纵深影像；c)多个投影组(310)播放的不同视角的的空间纵深影像合成整个光场。该分时还原光场的方法能够快速完整还原整个光场。

Description

一种分时还原光场的方法及还原装置
技术领域
本发明涉及光场还原技术领域，特别涉及一种分时还原光场的方法及还原装置。
背景技术
至今为止几乎任何3D影像技术都是基于这个偏光原理开发的。1839年，英国科学家温斯特发现了一个奇妙的现象，人的两眼间距约为5cm(欧洲人平均值)，看任何物体时，两只眼睛的角度不重合，即存在两个视角。这种细微的视角差异经由视网膜传递到大脑里，就能区别出物体的前后远近，产生强烈的立体感。这便是—偏光原理，至今为止几乎任何3D影像技术都是基于这个原理开发的。
但是基于“偏光原理”的3D设备无法解决人们在使用过程中导致的眩晕问题。在自然环境中，左右视差和眼睛对焦系统可以相互印证，以使得大脑知道这两个功能正在默契的配合。当用户在观看基于“偏光原理”的3D影像的时候由于缺乏眼睛对焦系统的参与，大脑的两套距离感受系统和自然环境中的观察存在差异，这种差异就会让大脑非常不适应，这时候眩晕感就产生了。
为了解决3D视频中的眩晕问题，业界在引入了光场理论解决方案。其中在3D拍摄领域比较有代表性的公司是Lytro。Lytro的光场相机采用的是微型透镜阵列的方法解决记录单根光线的位置和方向，但是透镜阵列的方式目前有几个比较大的缺点：像素损耗大，4000万像素光场照片的解析度普通照片输出分辨率仅为2450×1634(约400万像素)；速度慢，由于单张照片它记录的数据量高达50M，当拍摄过快时相机的存储运算跟不上造成的，每张图片都需要几秒钟的加载时间。
3D播放领域比较有代表性的公司是Magic Leap公司做的基于光场理论的解决方案，但是该方案采用光纤扫描技术来实现光场显示，光纤由于涉及到光纤的旋转、角度以及发光的控制，其在控制方面存在一定难度。另外，Magic Leap提出的多焦点显示方法利用一个眼睛检测系统检测眼睛观察点然后再重新渲染图片，调节投向眼睛的图片，每次投一个纵深信息的图像，难以实现单一视角下的完整光场还原，同时难以从不同空间角度进行光场还原。
因此，为了解决上述问题，需要一种能够快速完整还原整个光场的光场还原方法及还原装置。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种分时还原光场的方法，所述方法包括：
a)由多个投影头阵列成投影组，多个所述投影组阵列成投影墙，所述投影墙获取由摄像头墙采集的完整的空间影像信息；
b)所述投影墙的多个所述投影组分别播放不同视角的影像，同一所述投影组中的每个所述投影头分时播放同一视角下不同空间纵深的影像，所述同一投影组中的多个所述投影头同一时刻播放的影像合成同一视角下的空间纵深影像；
c)多个所述投影组播放的不同视角的的空间纵深影像合成整个光场。
优选地，所述投影墙由多个所述投影组阵列于平面或球面基座上。
优选地，同一所述投影组中的每个投影头对同一视角下不同空间纵深的影像进行循环播放。
优选地，所述完整的空间影像信息通过如下方法采集：
a1)由多个光场摄像头阵列成摄像头组，多个所述摄像头组阵列成摄像头墙，同一所述摄像头组内的多个摄像头具有不同的焦距；
a2)所述摄像头墙的多个所述摄像头组采集不同视角的影像信息，所述同一摄像头组中的多个所述摄头采集同一视角下不同空间纵深的影像信息；
a3)所述摄像头将采集到的影像信息发送至影像处理计算机，所述影像处理计算机对采集的影像信息进行去噪处理和影像信息校验，得到具有完整纵深的空间影像信息。
优选地，每个所述摄像头组采集的空间影像信息与每个投影组播放的空间影像一一对应。
优选地，所述摄像头墙由多个所述摄像头组阵列于平面或球面基座上。
优选地，经过去噪处理去除掉所述采集的影像信息中不聚焦的部分。
本发明的另一个方面在于提供一种光场还原装置，所述装置包括平面或球面基座、安装于所述平面或球面基座上的投影墙；其中
所述投影墙包括阵列的多个投影组，用于播放不同视角的影像；所述投影组包括阵列的多个投影头，用于分时播放同一视角下不同空间纵深的影像。
优选地，同一所述投影组内的多个投影头呈紧密阵列，使每个投影头播放的不同空间纵深的影像合成同一视角下的完整影像。
本发明提供的一种分时还原光场的方法及还原装置，将通过阵列的摄像头墙采集到的不同视角，不同空间纵深的影像信息的合集，按区域通过多个投影头经不同的空间纵深进行播放，能够快速完整的将整个光场进行还原。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1a～图1b示意性示出了本发明光场采集装置的示意图；
图2示出了本发明光场采集方法的流程框图；
图3示出了本发明摄像头墙采集不同视角影像的示意图；
图4示出了本发明一个实施例中摄像头组对应空间区域的影像示意图；
图5示出了本发明同一摄像头组采集不同视角空间纵深影像的示意图；
图6示出了本发明光场还原装置的示意图；
图7示出了本发明光场还原方法的流程框图；
图8示出了本发明投影墙播放不同视角影像的示意图；
图9示出了本发明同一投影组播放不同空间纵深影像的示意图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。
下面结合附图通过具体的实施例对本发明的内容进行详细的描述，为了使本发明光场还原方法得以清晰的说明，首先对本发明光场采集的过程进阐释。如图1a～图1b所示的本发明光场采集装置的示意图，根据本发明实施例中一种光场采集装置包括凸起的球面基座、安装于球面基座外侧的摄像头墙100，以及影像处理计算机，本实施例采用球面基座，摄像头墙100安装于球面基座的外侧100b能够使摄像头墙100全方位采集空间区域的影像信息。对用于安装摄像头墙100的基座可以是平面。本实施例优选地采用球面基座。
摄像头墙100包括阵列的多个摄像头组110，所述摄像头组110包括阵列的多个摄像头111，同一摄像头组110内的多个摄像头111呈紧密阵列，并且使每个摄像头均能采集到同一视角下的完整空间影像信息，同一摄像头组110内的多个摄像头111具有不同的焦距。摄像头111在球面基座的内侧100a与影像处理计算机实现数据传输，具体地数据传输可以是有线连接进行数据传输，也可以是无线数据传输。
摄像头墙100的多个摄像头组110用于采集不同视角的影像信息，同一摄像头组110中的多个摄头头111用于采集同一视角下不同空间纵深的影像信息，影像处理计算机对采集的影像信息进行去噪处理和影像信息校验。
如图2所示本发明光场采集方法的流程框图，本发明所公开的完整空间影像信息采集的方法包括：
S101、采集影像信息，由多个光场摄像头阵列成摄像头组，多个摄像头组阵列成摄像头墙，同一摄像头组内的多个摄像头具有不同的焦距，摄像头墙由多个摄像头组阵列于凸起的球面基座外侧，用于采集空间区域的影像信息。
其中，摄像头墙的多个摄像头组采集不同视角的影像信息，同一摄像头组中的多个摄头采集同一视角下不同空间纵深的影像信息。如图3所示本发明摄像头墙采集不同视角影像的示意图，摄像头墙100安装于球面基座的外侧，不同的摄像头组110采集不同视角的影像信息。实施例中，相邻的三个摄像头组分别采集空间区域A、空间区域B和空间区域C的影像信息。相邻摄像头组之间采集的空间区域应当具有重叠的部分，从而确保采集的空间影像信息的完整性。
对于同一所述摄像头组内的多个摄像头呈紧密阵列，并且使每个摄像头均能采集到同一视角下空间区域的完整影像信息。如图4所示本发明一个实施例中摄像头组对应空间区域的影像示意图，如图5所示本发明同一摄像头组采集不同视角的空间影像的示意图。同一摄像头组内的多个摄像头同时采集同一视角不同空间纵深的影像信息，本实施例中同一摄像头组内的多个摄像头采用不同的像距相同焦距采集不同空间纵深的影像信息。在一些实施例中，同一摄像头组内的多个摄像头可以采用不同的焦距相同像距采集不同空间纵深的影像信息。
本实施例以第m个摄像头组对应的空间区域A为例，摄像头组对应采集的空间区域A中空间纵深不同的影像信息包括第一影像(小狗)201、第二影像202(树木)和第三影像(太阳)203，第一影像(小狗)201与摄像头墙的距离最近，第二影像(树木)202次之，第三影像(太阳)203距离摄像头墙的距离最远。第m个摄像头组阵列的多个摄像头分别采集不同空间纵深的影像信息，根据本发明公开的光场采集方法，同一摄像头组的多个摄像头采用不同的焦距，具有不同空间纵深的影像信息总是在某一摄像头中聚焦成像。
下面进行示例性的说明，第m个摄像头组中的第1个摄像头使第一影像(小狗)201聚焦，第1个摄像头拍摄到的影像信息中，第一影像(小狗)201清晰成像，第二影像202(树木)和第三影像(太阳)203模糊成像。同样地，第2个摄像头拍摄到的影像信息中，第二影像(树木)202清晰成像，第一影像201(小狗)和第三影像(太阳)203模糊成像；第n个摄像头拍摄到的影像信息中，第三影像(太阳)203清晰成像，第一影像201(小狗)和第二影像(树木)202模糊成像。应当理解，实施例中每一个影像也具有不同空间纵深，对同一影像的不同空间纵深由多个摄像头分别获取不同空间纵深的影像信息。举例来说，对于第一影像(小狗)201，相对于摄像头墙小狗的眼睛距离摄像头墙较近，小狗的尾巴距离摄像头墙较远，由具有不同焦距的摄像头分别采集第一影像(小狗)201的空间纵深影像信息。经过多个摄像头的采集，采集到空间区域A完整的空间纵深的影像信息。
S102、影像信息去噪处理，摄像头墙的每一个摄像头将采集的影像信息发送至影像处理计算机。由于每一个摄像头只对具有某一空间纵深的影像信息聚焦，每一个摄像头采集的影像信息有且只有唯一的聚焦点，对于其他不聚焦的部分进行去噪处理，经过去噪处理去除掉采集的影像信息中不聚焦的部分。对于去噪的方法根据本领域技术人员的现有技术进行去噪，优选地采用抠图的方法进行去噪处理。
S103、影像信息校验，对经过去噪处理后每一个摄像头采集的影像信息进行影像信息校验，从而确保每一个摄像头采集的影像信息有且只有唯一的聚焦点。
S104、空间影像合集，同一摄像头组中的多个摄像头采集到的影像信息合成具有完整空间纵深的A区域影像信息，摄像头墙中的多个摄像头组将采集的不同视角的影像信息合成具有完整空间纵深的空间影像，实现完整光场采集。
根据本发明，实施例中将采集到的完整的空间影像信息进行还原，如图6所示本发明光场还原装置的示意图，光场还原装置具有与采集装置相同的结构，包括平面或球面基座、安装于所述平面或球面基座上的投影墙。本实施例光场还原装置包括球面基座300和安装于球面基座300上的投影墙；其中
投影墙包括阵列的多个投影组310，用于播放不同视角的影像；投影组310包括阵列的多个投影头311，用于分时播放同一视角下不同空间纵深的影像。
同一投影组310内的多个投影头311呈紧密阵列，使每个投影头播放的不同空间纵深的影像合成同一视角空间区域的完整影像。
如图7所示本发明光场还原方法的流程框图，实施例中分时还原光场的方法包括：
S401、获取具有完整纵深信息的空间影像信息，由多个投影头阵列成投影组，多个投影组阵列成投影墙，投影墙获取由摄像头墙采集的完整的空间影像信息。
S402、分别播放不同视角的影像，如图8所示本发明投影墙播放不同视角影像的示意图，安装于凸面球形基座300外侧投影墙的多个投影组310分别播放不同视角的影像。根据本发明，每个摄像头组采集的空间影像信息与每个投影组310播放的空间影像一一对应。
本实施例中，以第m个投影组为例，第m个投影组播放的空间区域的影像A’与第m个摄像头组采集的空间区域A的影像信息相对应；与第m个投影组相邻的投影组播放的空间区域的影像B’和C’与第m个摄像头组采集的空间区域A相邻的空间区域B的影像信息和空间区域C的影像信息相对应。
S403、分时播放同一视角空间区域不同空间纵深的影像，同一投影组中的每个投影头分时播放同一视角空间区域不同空间纵深的影像，同一投影组中的多个投影头同一时刻播放的影像构成同一视角空间区域的空间纵深影像。同一投影组中的每个投影头对同一视角空间区域不同空间纵深的影像进行循环播放。
下面以第m个投影组播放的空间区域的影像A’为例进行说明，如图9所示本发明同一投影组播放不同空间纵深影像的示意图，由第m个摄像头组对应的空间区域A采集到的空间纵深不同的影像信息包括第一影像(小狗)、第二影像(树木)和第三影像(太阳)。
第m组中的每个投影头分时播放同一视角空间区域不同空间纵深的影像，第1个投影头在t1时刻播放第一影像(小狗)201a，第1个投影头在t2时刻播放第二影像(树木)202a，第1个投影头直至tn时刻将第m组摄像头采集到的所有影像信息全部播放完，本实施例中在tn时刻播放第三影像(太阳)203a。与此同时，同一投影组中的多个投影头同一时刻播放的影像构成同一视角空间区域的空间纵深影像，在t1时刻第m个投影头组中的第1个投影头播放第一影像(小狗)201a，第2个投影头播放第二影像(树木)202a，第n个投影头播放第三影像(太阳)203a，在每一个播放时刻t1、t2、...tn均能完整的播放空间区域的影像A’。上述过程中，第m个投影组中的每一个投影头(第1个投影头、第2个投影头...第n个投影头)对第一影像(小狗)201a、第二影像(树木)202a...第三影像(太阳)203a进行循环播放，使视觉场景中始终保存完整的空间纵深影像。
S404、合成整个光场，多个投影组播放的不同视角的的空间纵深影像合成整个光场。
本发明提供的一种分时还原光场的方法及还原装置，将通过阵列的摄像头墙采集到不同视角，不同空间纵深的影像信息的合集，按区域通过多个投影头经不同的空间纵深进行播放，能够快速完整的将整个光场进行还原。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种分时还原光场的方法，其特征在于，所述方法包括：
a)由多个投影头阵列成投影组，多个所述投影组阵列成投影墙，所述投影墙获取由摄像头墙采集的完整的空间影像信息；
b)所述投影墙的多个所述投影组分别播放不同视角的影像，同一所述投影组中的每个所述投影头分时播放同一视角下不同空间纵深的影像，同一所述投影组中的多个所述投影头同一时刻播放的影像构成同一视角下的空间纵深影像；
c)多个所述投影组播放的不同视角的空间纵深影像合成整个光场；
所述完整的空间影像信息通过如下方法采集：
a1)由多个摄像头阵列成摄像头组，多个所述摄像头组阵列成摄像头墙，同一所述摄像头组内的多个摄像头具有不同的焦距；
a2)所述摄像头墙的多个所述摄像头组采集不同视角的影像信息，所述同一摄像头组中的多个所述摄像 头采集同一视角下不同空间纵深的影像信息；
a3)所述摄像头将采集到的影像信息发送至影像处理计算机，所述影像处理计算机对采集的影像信息进行去噪处理和影像信息校验，同一摄像头组中的多个摄像头采集的影像信息合成具有同一视角下的完整空间纵深的区域影像信息，将摄像头墙中的多个摄像头组采集的不同视角下的区域影像信息进行合并，得到完整的空间影像信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投影墙由多个所述投影组阵列于平面或球面的基座上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同一所述投影组中的每个投影头对同一视角下不同空间纵深的影像进行循环播放。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述摄像头组采集的空间影像信息与每个投影组播放的空间影像一一对应。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摄像头墙由多个所述摄像头组阵列于平面或球面基座上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经过去噪处理去除掉所述采集的影像信息中不聚焦的部分。
7.一种用于权利要求1至5任一权利要求所述方法的光场还原装置，其特征在于，所述装置包括平面或球面基座、安装于所述平面或球面基座上的投影墙；其中所述投影墙包括阵列的多个投影组，用于播放不同视角的影像；所述投影组包括阵列的多个投影头，用于分时播放同一视角下不同空间纵深的影像；
所述完整的空间影像信息通过如下方法采集：
a1)由多个摄像头阵列成摄像头组，多个所述摄像头组阵列成摄像头墙，同一所述摄像头组内的多个摄像头具有不同的焦距；
a2)所述摄像头墙的多个所述摄像头组采集不同视角的影像信息，所述同一摄像头组中的多个所述摄头采集同一视角下不同空间纵深的影像信息；
a3)所述摄像头将采集到的影像信息发送至影像处理计算机，所述影像处理计算机对采集的影像信息进行去噪处理和影像信息校验，同一摄像头组中的多个摄像头采集的影像信息合成具有同一视角下的完整空间纵深的区域影像信息，将摄像头墙中的多个摄像头组采集的不同视角下的区域影像信息进行合并，得到完整的空间影像信息。
8.根据权利要求7所述的还原装置，其特征在于，同一所述投影组内的多个投影头呈紧密阵列，使每个投影头播放的不同空间纵深的影像合成同一视角下的完整影像。
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