[發明專利]一種基于光場模型的多層折射系統成像模型構建方法

有效

• 申請號: 201710702222.1
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107507242B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 張旭;朱禹軻;朱利民
• 申請（專利權）人: 華中科技大學無錫研究院
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G02B27/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆

1.一種基于光場模型的多層折射系統成像模型構建方法，其特征在于，包括如下步驟：

S101、構建多層折射模型的坐標系系統：構建攝像機坐標系o_cx_cy_cz_c、折射系統成像坐標系o_rx_ry_rz_r及世界坐標系o_wx_wy_wz_w；其中，所述攝像機坐標系o_cx_cy_cz_c建立在攝像機的光心上，以光軸為z方向；折射系統成像坐標系o_rx_ry_rz_r建立在攝像機的光心處，以介質平面的法向為z方向；攝像機坐標系o_cx_cy_cz_c繞軸線o_cz_c×o_rz_r旋轉至o_cz_c與o_rz_r重合得到折射系統成像坐標系o_rx_ry_rz_r，從而得到從折射系統成像坐標系o_rx_ry_rz_r到攝像機坐標系o_cx_cy_cz_c的旋轉矩陣^cR_r；

S102、根據圖像點的坐標構建光場矢量，并根據折射系統的折射參數和光場的傳播與折射方程計算每個介質層的光場矢量；其中，所述步驟S102中根據圖像點的坐標構建光場矢量，包括：計算第一個介質層的光線方向，并構建光場矢量：

根據攝像機小孔成像模型，建立攝像機坐標系下物點P_c＝[X,Y,Z]^T與成像點m＝[u,v]^T的關系：

其中，K為相機的內參矩陣；

根據小孔成像模型，任意像素m決定一根通過光心和像素的光線，光線方向在攝像機坐標系下表示為：

該光線轉換到折射系統成像坐標系為：

l_r＝^rR_cl_c＝^cR_r^-1l_c (3)

將該光線表示為光場：

S103、根據計算好的每個介質層的光場矢量構建多層折射系統的成像模型。

2.根據權利要求1所述的基于光場模型的多層折射系統成像模型構建方法，其特征在于，所述步驟S102中根據折射系統的折射參數和光場的傳播與折射方程計算每個介質層的光場矢量，包括：光線在空間中傳播用四維光場函數(u v s t)^T表示；光場在垂直光場平面上傳播一定距離后的表達為：

光場折射的表達為：折射界面的法線與光場平面的法線平行，根據折射定律

其中，μ和μ′分別為入射層和折射層的折射率；

光線經過n層折射介質后光場的表達式為：

3.根據權利要求2所述的基于光場模型的多層折射系統成像模型構建方法，其特征在于，所述步驟S103包括：根據計算好的每個介質層的光場矢量構建多層折射系統的成像模型：

其中(s_i t_i)^T為經過i次折射后的光場方向；d_i為第i個介質層的厚度；[X_w Y_w Z_w 1]^T為物點在世界坐標系o_wx_wy_wz_w下的齊次坐標；[X_r Y_r Z_r 1]^T為物點在折射系統成像坐標系o_rx_ry_rz_r下的齊次坐標；世界坐標系o_wx_wy_wz_w相對折射系統成像坐標系o_rx_ry_rz_r的姿態為^rR_w和位置為^rt_w。