[發明專利]一種由聚焦堆棧重建光場的反投影方法和裝置

有效

• 申請號: 201710090372.1
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106934110B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 邱鈞;劉暢
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00;G06F111/10
• 代理公司: 北京匯智勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11346
• 代理人: 石輝

本發明公開了一種由聚焦堆棧重建光場的濾波反投影方法和裝置，主要包括：給出四維光場與聚焦堆棧的幾何關系，建立由光場形成聚焦堆棧的投影模型，形成投影算子；以投影模型為基礎，建立四維光場與聚焦堆棧的頻域關系，形成傅立葉切片關系；基于傅立葉切片關系，建立由聚焦堆棧重建光場的濾波反投影和卷積反投影方法；選取優化的濾波函數和卷積函數重建光場。本發明的聚焦堆棧是探測器和鏡頭相對移動采集得到的圖像序列，通過選取優化的濾波函數和卷積函數，可重建出高精度的四維光場。四維光場可實現相機拍攝視角下的三維重構，可以為虛擬現實和幾何測量提供精確的三維結構信息。

技術領域

本發明涉及計算機視覺與數字圖像處理領域，尤其涉及一種由聚焦堆棧重建光場的反投影方法和裝置。

背景技術

光場成像已成為計算成像和計算機視覺的重要手段。光場采集與獲取已成為一個重要的研究領域。近年來，對光場數據獲取方法不斷涌現：一種方法是直接獲取方式，即通過對光學器件的設計，如設計微透鏡陣列的光場相機、相機陣列和鏡頭陣列等，然后直接由這些設計好的光學器件獲得光場數據；另一類方法是間接獲取方式，用普通相機采集圖像序列，并對圖像序列進行后計算處理，以重建得到光場數據。但是，對于獲取四維光場數據，現有技術中通常使用直接獲取方法，但這種方法的采集設備體積龐大，參數固定，成本偏高。急需一種便攜性好靈活性高的獲取方式。

發明內容

本發明的目的在于提供一種由聚焦堆棧重建光場的濾波反投影方法和裝置，由聚焦堆棧重建四維光場的濾波反投影和卷積反投影方法。

為實現上述目的，本發明提供一種由聚焦堆棧重建光場的反投影方法，所述方法包括：建立四維光場，形成聚焦堆棧的投影模型，以形成投影算子，其中的所述聚焦堆棧是所述四維光場的二維投影；建立四維光場與聚焦堆棧的頻域關系，形成聚焦堆棧平面圖像的傅立葉變換對應頻域的切片關系；對于聚焦堆棧重建四維光場的濾波反投影方法得到濾波函數，對于聚焦堆棧重建四維光場的卷積反投影方法得到卷積函數；根據所述濾波函數或者所述卷積函數，重建四維光場。

進一步地，所述投影算子通過下述關系式獲得：

其中，E(D_x,x′,y′)為聚焦堆棧平面圖像，為四維光場，(u,v)為光軸移動透鏡坐標，(x,y)為探測器坐標，(u,v)平面移動到(u′,v′)平面，(x,y)平面移動到(x′,y′)平面，D₀為(u,v)平面和(x,y)平面的距離，D_x為(u,v)平面和(x’,y’)平面的距離，D_u為(u‘,v’)平面和(x,y)平面的距離，為雙平面(u′,v′)和(x′,y′)參數化表示下的光場。

進一步地，所述聚焦堆棧平面圖像的傅立葉變換對應頻域的切片關系為：

其中，表示聚焦堆棧平面圖像E(D_x,x′,y′)關于x′和y′的二維傅立葉變換；

表示是四維光場的四維傅立葉變換；

聚焦堆棧平面圖像的傅立葉變換是四維光場傅立葉變換的二維切片，聚焦堆棧平面圖像的傅立葉變換對應頻域的切片選取為和

進一步地，所述聚焦堆棧重建四維光場的濾波反投影方法為：

其中，表示傅立葉變換，表示傅立葉逆變換，|ω_x′|和|ω_y′|分別表示ω_x′和ω_y′的絕對值。

進一步地，所述由聚焦堆棧重建四維光場的卷積反投影方法為：

其中，**表示空域中的二維卷積。