[發明專利]一種基于集成圖像技術的場景深度獲取方法

在審

• 申請號: 201410035541.8
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103793911A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 伍春洪;楊岸夫;張默;張怡;李成前;柳強;尤佳;楊淑華;陳靜
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及一種基于集成圖像技術的場景深度獲取方法，屬于光學領域的視覺測量技術分支。

背景技術

三維空間場景深度信息的獲取在工業測量、安全監控、模式識別及三維顯示等方面有著廣泛的應用。非接觸式場景深度信息的獲取可分為被動測距傳感器和主動測距傳感器兩大類。主動測距傳感器是指視覺系統主動向場景發射能量，通過接受場景的反射能量計算深度信息。像超聲測距、雷達成像、結構光源、Moire技術、全息干涉測量法等都屬于主動測距法。主動測距技術總體上具有測量精度高、抗干擾性能強和實時性好的優點，但由于需要特殊光源及控制的環境，應用范圍受到限制。被動測距法只不需要利用特殊光源，在自然光照下就能夠完成深度信息的獲取的方法，因而也有著廣泛的應用。

雙目立體視覺技術是被動測距方法中最常見的一種。其基本原理與人眼測距原理類似。系統中兩攝像頭的光軸平行，圖1，Z_I和Z_r分別表示左右攝像機的光軸，f代表相機焦距，b是左右兩圖像坐標系原點間的距離，稱為基線。D為目標物點P到成像平面的距離，P_I和P_r分別為目標物點P在左右兩圖像中的成像點，對應x方向取值分別為x_l,x_r，x_r-x_l為該點在左右兩幅圖間的視差，用d表示，則由三角關系可知

D=bfd]]>????公式1）

其中，b和f需要通過攝像機標定得到，視差可以通過立體匹配方法得到。因此，在已知攝像機的參數的情況下，通過計算目標物點在左、右兩幅圖像上的視差，就可以確定出該目標物點距相機平面的距離，從而實現對目標距離的測量。

公式1）是在兩攝像頭的光軸平行，且兩臺攝像機的焦距都一致的情況下得出的。在兩攝像頭的光軸不平行或兩臺攝像機的焦距不一致的情況需要根據攝像機的參數對左右兩幅視圖進行空間幾何變換。所以在具體應用時，一般需要知道兩臺攝像機的參數并對左右兩組圖像進行相應的標定，給使用帶來麻煩。在完成攝像機標定的基礎上，雙目立體視覺中獲取的深度信息的準確性和基線的長度以及由立體匹配獲取的視差的準確度和可靠性有關。其量化誤差測量精度隨著基線的增加和物體深度的增加而下降。

集成成像技術(Integral?Imaging)源于Lippmann?1908的工作。該技術采用一張由微透鏡陣列組成的薄片來記錄三維物體空間場景；由于每個微透鏡都從不同的方向記錄一部分物體空間，空間任意一點的視差信息都被這許許多多的元素圖像擴散記錄于整個記錄膠片。當將記錄膠片放在一張具有同樣參數的微透鏡陣列薄片后時，可再現原來的三維場景。

受到理論研究和光電制造工藝的限制，早期的集成成像技術并沒有受到重視。1994年，英國的Davies和McCormick等人設計了一種由兩極光學傳輸網絡的構成的集成成像成像系統[Optical?Engineering,33(11):“Design?and?analysis?of?an?image?transfer?system?using?microlens?arrays”]。該系統克服了Lippmann提出的集成成像技術存在的再現的三維場景相對于原來的場景存在空間上深度的反轉、元素圖像之間的竄擾等問題。1998年，日本NHK廣播公司的Arai和Okano等人進一步使用漸變型多模光纖陣列來代替傳輸透鏡陣列，并成功地實現了三維彩色圖像的實時顯示，驗證了由集成成像實現三維電視的可能性。[“Gradient-index?lens-array?method?based?on?real-time?integral?photography?for?three-dimensional?images”,Appl.Opt37(11)]。此后，集成成像技術在三維顯示技術領域引起關注。