CN113259558B - 一种光场相机的无损全聚焦方法及装置 - Google Patents

一种光场相机的无损全聚焦方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光场相机的无损全聚焦方法及装置，该方法通过确定原始光场图像中各宏像素的中心像素点，并计算各宏像素的中心像素点与对应的非中心像素点的视差值，以计算各宏像素的位移步长，然后将非中心像素点转换到频域，并根据位移步长对频域中的各非中心像素点进行移动，将移动后的非中心像素点转换到空间域，与对应中心像素点重构形成新的宏像素，从而得到新的光场图像，最后对新的光场图像进行降维处理，得到二维无损全聚焦图像，提高聚焦效果。

Description

一种光场相机的无损全聚焦方法及装置
技术领域
本发明涉及光场相机应用技术领域，具体涉及一种光场相机的无损全聚焦方法及装置。
背景技术
光场相机作为一种记录光场来实现被动式三维立体成像的设备，有着广泛的民用与军事领域应用前景。相比于传统成像“所见即所得”的探测形式，光场相机获取的是光辐射的完整分布，也就可以通过变换和积分等数据处理的手段来计算出所需的图像。光场相机最主要的特点就是可实现大孔径的全聚焦，但目前的全聚焦方法都会造成分辨率的缺失，因此全聚焦的效果不是很好。
发明内容
本发明要解决的技术问题现有的全聚焦方法会造成分辨率的缺失导致聚焦效果差，因此，本发明提供一种光场相机的无损全聚焦方法及装置，以获得分辨率无损的全聚焦图像，提高聚焦效果。
本发明通过下述技术方案实现：
一种光场相机的无损全聚焦方法，包括：
S1：对获取的原始光场图像进行标定和校正预处理，并从预处理后的原始光场图像中获取所有宏像素；
S2：确定每个宏像素的中心像素点，并计算各宏像素的中心像素点与对应的非中心像素点的视差值；
S3：基于所述视差值计算各宏像素的位移步长，并将各宏像素的中心像素点固定不变，非中心像素点转换到频域；在频域中，基于位移步长对各非中心像素点进行移动，将移动后的非中心像素点转换到空间域，并与对应中心像素点重构，形成新的宏像素；
S4：基于所有新的宏像素形成新的光场图像，并对所述新的光场图像进行降维处理，得到二维无损全聚焦图像。
进一步地，所述光场相机包括主镜头、微透镜阵列和探测器；
光线通过所述主镜头后穿过微透镜阵列中的各微透镜，在探测器上形成光场图像作为原始光场图像。
进一步地，每一宏像素内像素点的数量由对应的微透镜口径决定。
进一步地，所述在频域中，基于位移步长对各非中心像素点进行移动，包括：
将各宏像素转换到频域，并根据各宏像素的位移步长对对应的宏像素中的各非中心像素点进行移动。
进一步地，所述将各宏像素转换到频域，包括：
通过二维离散傅里叶公式将宏像素转换到频域；所述二维离散傅里叶公式具体为：
Figure BDA0003059936500000021
其中，F(u，v)为宏像素转换到频域上的频率图，u，v为频域离散变量，f(x,y)是大小为M×N的宏像素，M为宏像素中像素横向数量，N为宏像素中像素纵向数量。
进一步地，所述位移步长包括宏像素x方向上的位移量和y方向上的位移量；
所述宏像素x方向上的位移量Δx(i,j)＝k(i-ic)；
所述宏像素y方向上的位移量Δy(i，j)＝k(j-jc)；
其中，k表示视差值，ic为中心像素点横向坐标，jc为中心橡素点纵向坐标，i为其他像素点横向坐标，j为其他像素点纵向坐标。
进一步地，将所述非中心像素点转换到频域具体为：
将所述非中心像素点的空间域位移转换到频域中，具体转换过程为：
Figure BDA0003059936500000032
其中，f(x-Δx,y-Δy)为宏像素在空间域中的位移，x，y为离散变量，Δx为宏像素x方向上的位移量，Δy为宏像素y方向上的位移量，F(u,v)为宏像素转换到频域上的频率图，u，v为频域离散变量，M为宏像素中像素横向数量，N为宏像素中像素纵向数量。
进一步地，所述将移动后的非中心像素点转换到空间域具体为：
Figure BDA0003059936500000031
其中，f(x,y)是大小为M×N的宏像素，M为宏像素中像素横向数量，N为宏像素中像素纵向数量，F(u,v)为宏像素转换到频域上的频率图，u，v为频域离散变量。
一种光场相机的无损全聚焦装置，包括：
预处理模块，用于对获取的原始光场图像进行标定和校正预处理，并从预处理后的原始光场图像中获取所有宏像素；
视差值计算模块，用于确定每个宏像素的中心像素点，并计算各宏像素的中心像素点与对应的非中心像素点的视差值；
新宏像素计算模块，用于基于所述视差值计算各宏像素的位移步长，并将各宏像素的中心像素点固定不变，非中心像素点转换到频域；在频域中，基于位移步长对各非中心像素点进行移动，将移动后的非中心像素点转换到空间域，并与对应中心像素点重构，形成新的宏像素；
无损全聚焦图像获取模块，用于基于所有新的宏像素形成新的光场图像，并对所述新的光场图像进行降维处理，得到二维无损全聚焦图像。
本发明提供的一种光场相机的无损全聚焦方法及装置，通过确定原始光场图像中各宏像素的中心像素点，并计算各宏像素的中心像素点与对应的非中心像素点的视差值，以计算各宏像素的位移步长，然后将非中心像素点转换到频域，并根据位移步长对频域中的各非中心像素点进行移动，将移动后的非中心像素点转换到空间域，与对应中心像素点重构形成新的宏像素，从而得到新的光场图像，最后对新的光场图像进行降维处理，得到二维无损全聚焦图像，提高聚焦效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种光场相机的无损全聚焦方法的流程图；
图2为本发明一实施例中光场相机的结构示意图；
图3为本发明一实施例中宏像素的示意图；
图4为本发明一实施例中二维无损全聚焦图像的示意图；
图5为本发明一种光场相机的无损全聚焦装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种光场相机的无损全聚焦方法，包括：
S1：对获取的原始光场图像进行标定和校正预处理，并从预处理后的原始光场图像中获取所有宏像素。
具体地，如图2所示，本实施例中的光场相机包括主镜头u、微透镜阵列S和探测器X。
光线通过主镜头后穿过微透镜阵列中的各微透镜，在探测器上形成光场图像，该光场图像为原始光场图像。宏像素指光线通过主镜头后穿过所有微透镜，光场图像中每个微透镜对应的像素区域。每个宏像素中包括一个中心像素点，中心像素点周围其他的像素点为非中心像素点。
进一步地，每一宏像素内像素点的数量由对应的微透镜口径d决定。
S2：确定每个宏像素的中心像素点，并计算各宏像素的中心像素点与对应的非中心像素点的视差值。
S3：基于视差值计算各宏像素的位移步长，并将各宏像素的中心像素点固定不变，非中心像素点转换到频域；在频域中，基于位移步长对各非中心像素点进行移动，将移动后的非中心像素点转换到空间域，并与对应中心像素点重构，形成新的宏像素。
具体地，基于视差值计算各宏像素的位移步长，并将各宏像素的中心像素点固定不变，所有非中心像素点转换到频域，由于像素点不能直接转换到频域，只能通过转换宏像素来完成，因此，本实施例首先通过二维离散傅里叶公式将各宏像素转换到频域，然后根据各宏像素的位移步长对各非中心像素点进行移动，最后将移动后的非中心像素点转换到空间域，并与对应中心像素点重构，形成新的宏像素。
其中，二维离散傅里叶公式具体为：
Figure BDA0003059936500000061
其中，F(u,v)为宏像素转换到频域上的频率图，u，v为频域离散变量，f(x,y)是大小为M×N的宏像素，M为宏像素中像素横向数量，N为宏像素中像素纵向数量。
本实施例中的位移步长包括宏像素x方向上的位移量和y方向上的位移量。宏像素x方向上的位移量Δx(i,j)＝k(i-ic)；宏像素y方向上的位移量Δy(i,j)＝k(j-jc)；其中，k表示视差值，ic为中心像素点横向坐标，jc为中心橡素点纵向坐标，i为其他像素点横向坐标，j为其他像素点纵向坐标。
进一步地，将非中心像素点转换到频域具体为：
Figure BDA0003059936500000062
其中，f(x-Δx,y-Δy)为宏像素在空间域中的位移，x，y为离散变量，Δx为宏像素x方向上的位移量，Δy为宏像素y方向上的位移量，F(u,v)为宏像素转换到频域上的频率图，u，v为频域离散变量，M为宏像素中像素横向数量，N为宏像素中像素纵向数量。
进一步地，将移动后的非中心像素点转换到空间域具体为：
Figure BDA0003059936500000071
其中，f(x,y)是大小为M×N的宏像素，M为宏像素中像素横向数量，N为宏像素中像素纵向数量，F(u，v)为宏像素转换到频域上的频率图，u，v为频域离散变量。
S4：基于所有新的宏像素形成新的光场图像，并对新的光场图像进行降维处理，得到如图4所示的二维无损全聚焦图像。
实施例2
如图5所示，本实施例提供一种与实施例1中光场相机的无损全聚焦方法一一对应的光场相机的无损全聚焦装置，包括：
预处理模块10，用于对获取的原始光场图像进行标定和校正预处理，并从预处理后的原始光场图像中获取所有宏像素。
视差值计算模块20，用于确定每个宏像素的中心像素点，并计算各宏像素的中心像素点与对应的非中心像素点的视差值。
新宏像素计算模块30，用于基于视差值计算各宏像素的位移步长，并将各宏像素的中心像素点固定不变，非中心像素点转换到频域；在频域中，基于位移步长对各非中心像素点进行移动，将移动后的非中心像素点转换到空间域，并与对应中心像素点重构，形成新的宏像素。
无损全聚焦图像获取模块40，用于基于所有新的宏像素形成新的光场图像，并对新的光场图像进行降维处理，得到二维无损全聚焦图像。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光场相机的无损全聚焦方法，其特征在于，包括：
S1：对获取的原始光场图像进行标定和校正预处理，并从预处理后的原始光场图像中获取所有宏像素；
S2：确定每个宏像素的中心像素点，并计算各宏像素的中心像素点与对应的非中心像素点的视差值；
S3：基于所述视差值计算各宏像素的位移步长，并将各宏像素的中心像素点固定不变，非中心像素点转换到频域；在频域中，基于位移步长对各非中心像素点进行移动，将移动后的非中心像素点转换到空间域，并与对应中心像素点重构，形成新的宏像素；
S4：基于所有新的宏像素形成新的光场图像，并对所述新的光场图像进行降维处理，得到二维无损全聚焦图像。
2.根据权利要求1所述的一种光场相机的无损全聚焦方法，其特征在于，所述光场相机包括主镜头、微透镜阵列和探测器；
光线通过所述主镜头后穿过微透镜阵列中的各微透镜，在探测器上形成光场图像作为原始光场图像。
3.根据权利要求2所述的一种光场相机的无损全聚焦方法，其特征在于，每一宏像素内像素点的数量由对应的微透镜口径决定。
4.根据权利要求1所述的一种光场相机的无损全聚焦方法，其特征在于，所述在频域中，基于位移步长对各非中心像素点进行移动，包括：
将各宏像素转换到频域，并根据各宏像素的位移步长对对应的宏像素中的各非中心像素点进行移动。
5.根据权利要求4所述的一种光场相机的无损全聚焦方法，其特征在于，所述将各宏像素转换到频域，包括：
通过二维离散傅里叶公式将宏像素转换到频域；所述二维离散傅里叶公式具体为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表示宏像素转换到频域上的频率图，
Figure 528271DEST_PATH_IMAGE003
为频域离散变量，表示频域上像素点的位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示空间域上宏像素中像素点的位置，
Figure 242149DEST_PATH_IMAGE005
表示大小为M×N的宏像素中位置为
Figure 349782DEST_PATH_IMAGE004
的像素点的像素值，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为宏像素中像素的横向数量，
Figure 43194DEST_PATH_IMAGE007
为宏像素中像素的纵向数量。
6.根据权利要求1所述的一种光场相机的无损全聚焦方法，其特征在于，所述位移步长包括宏像素
Figure DEST_PATH_IMAGE008
方向上的位移量和
Figure 919883DEST_PATH_IMAGE009
方向上的位移量；
所述宏像素
Figure 539083DEST_PATH_IMAGE008
方向上的位移量
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
所述宏像素
Figure 432215DEST_PATH_IMAGE009
方向上的位移量
Figure 21328DEST_PATH_IMAGE011
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示视差值，
Figure 752524DEST_PATH_IMAGE013
为中心像素点横向坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为中心像素点纵向坐标，
Figure 309670DEST_PATH_IMAGE015
为其他像素点横向坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为其他像素点纵向坐标。
7.根据权利要求1所述的一种光场相机的无损全聚焦方法，其特征在于，将所述非中心像素点转换到频域具体为：
将所述非中心像素点的空间域位移转换到频域中，具体转换过程为：
Figure 860737DEST_PATH_IMAGE017
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
表示宏像素中位置为
Figure 817322DEST_PATH_IMAGE019
的像素点的像素值，
Figure 809549DEST_PATH_IMAGE004
表示空间域上宏像素中像素点的位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示空间域上宏像素中像素点在
Figure 160765DEST_PATH_IMAGE008
方向上的位移量，
Figure 871232DEST_PATH_IMAGE021
表示空间域上宏像素中像素点在
Figure 739831DEST_PATH_IMAGE009
方向上的位移量，
Figure 852143DEST_PATH_IMAGE002
表示宏像素转换到频域上的频率图，
Figure 282250DEST_PATH_IMAGE003
为频域离散变量，表示频域上像素点的位置，
Figure 480013DEST_PATH_IMAGE006
为宏像素中像素的横向数量，
Figure 152303DEST_PATH_IMAGE007
为宏像素中像素的纵向数量。
8.根据权利要求1所述的一种光场相机的无损全聚焦方法，其特征在于，所述将移动后的非中心像素点转换到空间域具体为：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 447018DEST_PATH_IMAGE005
表示宏像素中位置为
Figure 687507DEST_PATH_IMAGE004
的像素点的像素值，
Figure 231620DEST_PATH_IMAGE004
表示空间域上宏像素中像素点的位置，
Figure 943487DEST_PATH_IMAGE006
为宏像素中像素的横向数量，
Figure 764812DEST_PATH_IMAGE007
为宏像素中像素的纵向数量，
Figure 300836DEST_PATH_IMAGE002
表示宏像素转换到频域上的频率图，
Figure 207612DEST_PATH_IMAGE003
为频域离散变量，表示频域上像素点的位置。
9.一种光场相机的无损全聚焦装置，其特征在于，包括：
预处理模块，用于对获取的原始光场图像进行标定和校正预处理，并从预处理后的原始光场图像中获取所有宏像素；
视差值计算模块，用于确定每个宏像素的中心像素点，并计算各宏像素的中心像素点与对应的非中心像素点的视差值；
新宏像素计算模块，用于基于所述视差值计算各宏像素的位移步长，并将各宏像素的中心像素点固定不变，非中心像素点转换到频域；在频域中，基于位移步长对各非中心像素点进行移动，将移动后的非中心像素点转换到空间域，并与对应中心像素点重构，形成新的宏像素；
无损全聚焦图像获取模块，用于基于所有新的宏像素形成新的光场图像，并对所述新的光场图像进行降维处理，得到二维无损全聚焦图像。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Liang Zhiqing

Inventor after: Guo Renhao

Inventor after: Fang Lei

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