[發(fā)明專利]一種光場距離估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710597657.4
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107424195B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金欣;陳艷琴;戴瓊海
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/70
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 徐羅艷

一種光場距離估計方法，包括：S1、標(biāo)定成像系統(tǒng)并拍攝光場圖像；S2、對光場圖像進(jìn)行重聚焦；S3、用距離估計模型獲取重聚焦光場圖像上待估計物體所在平面到成像系統(tǒng)距離的初始估計值；S4、獲取成像系統(tǒng)參數(shù)，建立成像模型，模擬得到成像系統(tǒng)在初始估計值下的點擴(kuò)散函數(shù)；S5、將點擴(kuò)散函數(shù)和重聚焦光場圖像反卷積得到待估計物體進(jìn)一步清晰的光場圖像；S6、采用距離估計模型來獲取步驟S5得到的光場圖像上待估計物體所在平面到成像系統(tǒng)的距離的估計值，并根據(jù)該估計值更新點擴(kuò)散函數(shù)；S7、判斷步驟S6得到的估計值是否滿足收斂條件，若是則輸出距離估計結(jié)果；若否，則以更新的點擴(kuò)散函數(shù)和步驟S5得到的光場圖像作為步驟S5中反卷積的對象，返回步驟S5。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)視覺與數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種光場距離估計方法。

背景技術(shù)

相機(jī)中使用的透鏡都存在固有的、不可完全消除的光學(xué)像差，雖然通過縮小鏡頭光圈能夠減小像差，但同時也會降低相機(jī)的通光量，導(dǎo)致成像質(zhì)量下降?，F(xiàn)有相機(jī)大多通過使用復(fù)雜透鏡組來減小像差，如市面上的單反相機(jī)。雖然單反相機(jī)能夠拍攝高分辨率、高質(zhì)量的圖像，但其使用的透鏡組不僅會增加生產(chǎn)成本，還會增大相機(jī)自身的體積和重量，同時多個透鏡還需要高精度的配準(zhǔn)。光場相機(jī)因其能夠獲取場景的多維信息，在計算機(jī)視覺、機(jī)器人等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其中利用光場進(jìn)行測距逐漸成為研究者們關(guān)注的課題。光場相機(jī)也是通過使用鏡頭組來減小像差，且其在鏡頭組與傳感器之間插入了一塊微透鏡陣列，因此可以記錄物體的位置與方向信息。毋庸置疑，使用鏡頭組勢必會增加光場相機(jī)的成本和體積，非常不便于攜帶。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提出一種光場距離估計方法，該方法能夠在一定精度范圍內(nèi)估計出物體到成像系統(tǒng)的實際距離，同時提高距離估計的精度。

本發(fā)明為達(dá)上述目的所提出的技術(shù)方案如下：

一種光場距離估計方法，包括以下步驟S1至S7：

S1、對光場成像系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，并拍攝初始光場圖像；

S2、對所述初始光場圖像進(jìn)行重聚焦，以使初始光場圖像聚焦到進(jìn)行所述標(biāo)定時得到的聚焦面上，形成重聚焦光場圖像；

S3、采用距離估計模型來獲取所述重聚焦光場圖像上待估計物體所在平面到光場成像系統(tǒng)的距離的初始估計值；

S4、獲取光場成像系統(tǒng)的參數(shù)，建立成像模型，模擬得到光場成像系統(tǒng)在所述初始估計值下的點擴(kuò)散函數(shù)；

S5、將所述點擴(kuò)散函數(shù)和所述重聚焦光場圖像進(jìn)行反卷積，得到所述待估計物體進(jìn)一步清晰的光場圖像；

S6、采用所述距離估計模型來獲取步驟S5得到的光場圖像上待估計物體所在平面到光場成像系統(tǒng)的距離的估計值，并根據(jù)該估計值更新所述點擴(kuò)散函數(shù)；

S7、判斷步驟S6得到的估計值是否滿足預(yù)設(shè)的收斂條件，若是，則輸出所述待估計物體的距離估計結(jié)果；若否，則以步驟S6更新的點擴(kuò)散函數(shù)和步驟S5得到的光場圖像作為步驟S5中反卷積的對象，返回步驟S5。

本發(fā)明提出的上述光場距離估計方法，首先將待處理的光場圖像進(jìn)行重聚焦，再對重聚焦的圖像(具體是對待估計物體)進(jìn)行不斷地清晰化以及不斷的距離估計，其中每迭代一次就更新一次點擴(kuò)散函數(shù)和清晰化一次光場圖像，使得距離估計值不斷地逼近真實的距離值，最終得到在一定精度范圍內(nèi)，光場圖像上待估計物體到光場成像系統(tǒng)的實際距離(而現(xiàn)有技術(shù)只能估計物體的相對遠(yuǎn)近程度)。

更進(jìn)一步地，所述光場成像系統(tǒng)包括主鏡頭、微透鏡陣列和傳感器；其中，主鏡頭為一個單透鏡，單透鏡與微透鏡陣列之間的距離固定，微透鏡陣列與傳感器之間的距離為單個微透鏡的焦距。使用單透鏡替代傳統(tǒng)的鏡頭組，可以降低光場成像系統(tǒng)的體積和成本，即便單鏡頭的像差較鏡頭組的嚴(yán)重，但本發(fā)明的距離估計方法中采用反卷積操作可以去模糊，消除成像系統(tǒng)中單鏡頭帶來的不良影響。