[發明專利]一種單目視覺聚焦堆棧采集與場景重建方法

有效

• 申請號: 201711293627.0
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108053468B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 劉暢;趙旭;亢新凱;邱鈞
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;H04N13/207;H04N13/271;H04N5/232
• 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

本發明公開了一種單目視覺聚焦堆棧采集與場景重建方法，其包括：通過電控旋轉器控制定焦鏡頭的轉動，采集聚焦堆棧數據；在定焦鏡頭的轉動的過程中，固定探測器，并沿相機的光軸同步平移定焦透鏡；根據對定焦鏡頭的位置調整，建立電控旋轉器的轉動角度與成像面深度的對應關系；根據電控旋轉器的轉動角度和成像面深度的對應關系，并結合透鏡成像的物像關系，建立電控旋轉器的轉動角度與聚焦物面深度之間的對應關系；根據電控旋轉器的轉動角度與聚焦物面深度之間的對應關系，利用極大化聚焦測度泛函數計算每一物點的深度，輸出場景深度圖和全聚焦圖，以重構三維場景。本發明能夠來滿足對相機拍攝視場(FOV)下三維場景重構、圖像深度信息和全聚焦的需求，生成深度圖和全聚焦圖像。

技術領域

本發明涉及計算機視覺與數字圖像處理領域，是一種單目視覺聚焦堆棧采集與場景重建方法。

背景技術

圖像深度是指真實場景到攝像機成像平面之間的距離。深度信息在傳感器中也得到了廣泛的應用，如圖像識別與處理、智能機器人、虛擬與現實技術等。

目前圖像深度信息的獲取主要有兩種方式，即深度相機拍攝和深度估計軟件估計。在深度相機系統中，深度的獲取大多數靠飛行時間原理來估計深度，但是由于受到環境影響因素較大，其精確性較低。另外還有基于雙目立體匹配的深度傳感裝置，其對硬件要求較高，且算法復雜，計算的時間較長，不適合廣泛的使用。對于深度估計軟件，往往在處理數據的過程中準確率較低。

因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現有技術的上述缺陷中的至少一個。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單目視覺聚焦堆棧采集與場景重建方法來克服或至少減輕現有技術的上述缺陷中的至少一個。

為實現上述目的，本發明提供一種單目視覺聚焦堆棧采集與場景重建方法，其包括：

步驟100，通過電控旋轉器控制定焦鏡頭的轉動，采集聚焦堆棧數據；其中：在定焦鏡頭的轉動的過程中，固定探測器，并沿相機的光軸同步平移定焦透鏡；

步驟200，根據步驟100中對定焦鏡頭的位置調整，建立電控旋轉器的轉動角度與成像面深度的對應關系；

步驟300，根據步驟200得到的電控旋轉器的轉動角度和成像面深度的對應關系，并結合透鏡成像的物像關系，建立電控旋轉器的轉動角度與聚焦物面深度之間的對應關系；

步驟400，根據步驟300中得到的電控旋轉器的轉動角度與聚焦物面深度之間的對應關系，利用極大化聚焦測度泛函計算每一物點的深度，進而輸出場景深度圖和全聚焦圖，并由深度圖和全聚焦圖重構三維場景。

進一步地，通過在不同的時刻對輸入電控旋轉器的電流大小進行控制，使電控旋轉器輸出目標轉動方向和轉動角度，電控旋轉器將其轉動方向和轉動角度傳遞給定焦鏡頭。

進一步地，步驟200得到的成像面深度與發電控旋轉器的轉動角度之間的對應關系為：a＝a₀+k(p_i)，其中：p_i為電控旋轉器的轉動角度，a₀為初始成像面深度，a為成像面深度，k(p_i)為成像面深度與旋轉角度之間的變換函數。

進一步地，步驟300得到的聚焦物面深度與電控旋轉器的轉動角度之間的對應關系為：

其中：f為定焦透鏡的焦距，d為成像面與物面在相機光軸上的水平距離。

進一步地，步驟400中的“利用極大化聚焦測度泛函計算每一物點的深度”為：

d(x,y)＝max_d|focus{F(d,x,y)}|；

其中：F(d,x,y)為步驟100采集到的聚焦堆棧，最大聚焦測度所在位置作為物點的圖像深度；