[發明專利]一種疊進式攝像機陣列結構的光場成像裝置

有效

• 申請號: 201710554866.0
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107205127B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 陳立棟;郭金林;白亮;譚翰霖;王巖
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H04N5/247
• 分類號: H04N5/247;H04N5/232
• 代理公司: 11429 北京中濟緯天專利代理有限公司
• 代理人: 陸薇薇

本發明屬于光學成像及機械制造領域，具體涉及一種疊進式攝像機陣列結構的光場成像裝置。該成像裝置包括一個支撐部件和多個攝像機；所述支撐部件由底座和若干根支撐桿組成；所述攝像機通過固定安裝的方式設置在支撐桿上，每個支撐桿上安裝數量相等的攝像機；在垂直平面上，同一根支撐桿上的每個攝像機以不同的俯仰角從上至下依次配置；在水平平面上，不同支撐桿上且位于相同高度的攝像機以不同的方位角從左至右依次配置。本發明通過空間點多次成像為獲取空間光場信息提供基礎條件，同時又通過相鄰攝像機的視野延拓為拼接獲得更大視場的空間場景信息提供必要前提。本發明結構簡單，成本低，易于實現及推廣。

技術領域

本發明屬于光學成像及機械制造領域，具體涉及一種疊進式攝像機陣列結構的光場成像裝置。

背景技術

從照相機、攝像機等成像設備誕生之日起，人們就一直在不斷地朝著“看得清”和“看得廣”這兩個方向努力。此外，隨著數字圖像處理技術的發展、成像系統結構設計的創新以及光學成像技術的出現，人們開始不僅僅滿足于對自然界真實場景的二維信息進行獲取和顯示，還期望能夠獲得空間場景的三維結構信息、甚至是更高維度的全光場數據信息。光場成像技術通過記錄光輻射在傳播過程中的位置和方向信息，相比于只記錄二維信息的傳統成像方法，具有更加豐富的信息，為空間場景的三維重建、數字圖像重聚焦和全聚焦等提供可能。

為克服單個攝像機圖像傳感器物理像素分辨率受限、獲取捕捉場景信息有限的問題，將多個攝像機按照固定結構組合安裝的攝像機陣列是一種常見的成像裝置。按照陣列中各個攝像機的成像視野和應用背景，基于攝像機陣列的成像方法主要有兩種：

(1)多攝像機拼接式成像

多攝像機拼接式成像技術將多個攝像機按照不同的視角方位固定組合安裝，相鄰攝像機的視場范圍緊鄰錯開，只存在少許的重疊視野，從而分別獲取不同方位場景的圖像信息，然后拼接得到大視場的全景圖像。典型的產品有：美國Honeywell公司推出的PARASCAN全景攝像機，以及美國國防先進研究項目局(DARPA)提出的面向高空航拍的軍用地面偵察成像系統(ARGUS-IS)等。然而，由于多攝像機拼接式成像系統中的各個攝像機視點存在偏差，即各個攝像機的光學中心在空間上不可能完全重疊，當空間場景存在明顯的深度變化，無法滿足所拍攝的全局場景都處在一個距離相對固定的空間平面上這一假設時，無論攝像機標定和圖像配準的精度有多高，在理論上圖像拼接的裂縫就不可避免。

(2)基于相機陣列的光場成像

將多個相機按照固定結構規則分布，對同一空間范圍的場景進行重復成像，從而獲取該空間范圍完整的光場數據信息，是目前光場成像技術的一種主要手段。實現方法主要有兩種：一是將多個相機緊湊密集排布，各個相機視場基本重疊但略有差別；二是將多個相機環繞所拍攝的場景目標扇形分布，從不同視線方向對同一場景分別拍攝。斯坦福大學的B.Wilburn等人在基于相機陣列的光場成像技術方面開展了系統性的研究，設計了多種不同空間排布的相機陣列。此外，這類比較成功的樣機還有MIT的64相機陣列，卡耐基梅隆大學虛擬現實項目中的3D Room，以及國內清華大學戴瓊海團隊研制的多視點動態場景視頻采集平臺等。然而，無論上述哪種方法，光場成像的視場范圍都非常有限，多個相機都只是對相同的空間場景進行拍攝，無法獲取寬廣大視場空間的光場信息。

發明內容

為解決的上述技術問題，本發明針對現有各種攝像機陣列無法同時實現大視場高分辨率光場成像的問題，提出一種疊進式攝像機陣列的光場成像裝置，通過設計使得陣列中各個攝像機視場在水平和垂直兩個方向上既相互存在重疊又漸進延拓，實現同一空間點信息被多個攝像機同時捕捉，為獲取空間光場信息提供可能；同時相鄰攝像機的視野延拓為拼接獲得更大視場的空間場景信息提供基礎前提。具體技術方案如下，