[發明專利]基于六邊形拼接算法的光場圖像重聚焦方法

在審

• 申請號: 201711032913.1
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107909578A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 馬原馳;周騖;錢天磊;蔡小舒;賈敏華
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/50;G06T7/70;H04N5/232
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根,徐穎

技術領域

本發明涉及一種圖像處理技術，特別涉及一種基于六邊形拼接算法的光場圖像重聚焦方法。

背景技術

近年來光場相機成像技術迅猛發展，其在民用領域取得了長足發展和廣泛應用，在科研領域獲得了許多研究機構與科研人員的關注和研究。特別的，光場相機測量方法作為僅僅使用單鏡頭就可以使用圖像處理技術對測量結果進行計算、分析的圖像測量方法，其測量精度、速度、信息深度在光場相機本身的發展外，還成為圖像處理技術發展的有力推動。由于光場相機測量方法測量速度快、可以在線實時測量、對環境要求低等優點，其在精密測量領域，尤其是顆粒測量領域中，有著巨大的發展潛力和研究前景。

在光場相機測量方法中，將原始圖像復原為可以被計算、分析的圖像的重聚焦過程是整個光場相機測量中最重要的步驟之一。重聚焦的質量和精度決定了后續計算、分析的質量和精度的上限。但是，由于在精密測量中，常用到的微透鏡陣列是蜂窩分布結構的，這與常規光場相機的橫縱排列的微透鏡陣列是不同的，因此傳統的正方形拼接的光場相機重聚焦方法不能應用到現今科研中大量應用的裝有蜂窩分布型微透鏡陣列的光場相機。另一方面，對于裝有蜂窩分布型微透鏡陣列的光場相機，有研究人員采用平行四邊形拼接方法，但這種拼接方法會增大微透鏡邊緣部分像差對測量結果的影響，并且會很大程度上限制拼接子圖像尺寸，從而限制了重聚焦深度距離的選擇范圍。

同時，現有的重聚焦算法由于其在選取拼接子圖像尺寸是以單個像素為單位，所以傳統重聚焦方法只能選取數個固定離散深度進行數字聚焦，這在精密測量中是難以接受的。因此，目前在光場相機的精密測量領域，尤其是顆粒三維測量中，還需要一種低誤差、高精度、可以在測量范圍內任意深度位置連續數字聚焦的光場相機重聚焦算法。

發明內容

本發明是針對傳統重聚焦方法存在的問題，提出了一種基于六邊形拼接算法的光場圖像重聚焦方法，實現在測量范圍內任意深度位置連續數字聚焦的同時，相對傳統方法，提高了圖像質量。

本發明的技術方案為：一種基于六邊形拼接算法的光場圖像重聚焦方法，具體包括如下步驟：

1)、測量前首先對使用的光場相機采用透明標定物進行標定，獲得像素代表的實際尺寸；

2)、采用光源照明待測區域，調節光源的位置和強度大小，使背景光均勻；

3)、使用光場相機對待測區域進項拍攝，獲得無待物體的背景圖像；

4)、將待測空心玻璃珠顆粒樣品置于待測區域中，使用光場相機對待測區域進行拍攝，獲得有待測物體的顆粒圖像；

5)、將顆粒圖像與背景圖像每個像素的灰度值相減，獲得新的去背景圖像；

6)、將去背景圖像中的每個宏像素圖像放大N倍，N是重聚焦深度距離d的正比例函數，比例系數由測試標定或是對所用光場成像系統參數進行計算得到的放大倍數N與深度距離d的對應函數關系獲得；

7)、用一個固定尺寸的正六邊形窗口對放大后的每個宏像素圖像中心位置進行圖像復制；

8)、將步驟7)中用正六邊形窗口復制出的各個宏像素圖像中心圖像，按照原宏像素相對連接位置進行圖像拼接，參照步驟6中的放大倍數N，將拼接圖像縮小n倍，n為N的正比例函數，比例系數由所需最終圖像尺寸決定，即可獲得數字聚焦在步驟6)中深度位置d的重聚焦圖像。

本發明的有益效果在于：本發明基于六邊形拼接算法的光場圖像重聚焦方法，可以顯著降低乃至消除這些傳統重聚焦方法中產生的像差，并很大程度上提高精密成像以及測量質量。本發明方法可以在測量范圍內任意深度位置連續數字聚焦，這使得光場相機進行測量時的深度分辨率與可測量的切面位置僅受測量系統的硬件限制，這對于精密測量和成像具有重要意義。

附圖說明

圖1為本發明使用六邊形窗口對宏像素圖像進行復制示意圖；

圖2為本發明未去除背景的重聚焦圖像與去背景重聚焦圖像對比圖；

圖3為傳統平行四邊形重聚焦方法與本發明六邊形重聚焦方法對比圖。

具體實施方式

基于六邊形拼接算法的光場圖像重聚焦方法，是一種去背景、可以在測量范圍內任意深度位置連續數字聚焦、特別適用于精密測量或成像的光場圖像重聚焦方法。具體實現方式包括如下步驟：

1、測量前首先對使用的光場相機采用透明標定物進行標定，獲得像素代表的實際尺寸；

2、采用光源照明待測區域，調節光源的位置和強度大小，使背景光均勻；

3、使用光場相機對待測區域進項拍攝，獲得無待物體的背景圖像；