[發明專利]基于軸向采集方式的集成成像深度圖獲取方法

在審

• 申請號: 202010000443.6
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111127572A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 楊絮;楊金曉;王宇
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06T7/90
• 分類號: G06T7/90;G06T7/50;G06K9/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種軸向采集方式的集成成像深度圖獲取方法。主要包括兩個步驟：根據軸向采集方式設置的參數以及采集的元素圖像間同名像點距離的比例關系，計算三維物體點在元素圖像中的同名像點坐標；根據同名像點顏色值的誤差最小值，計算該點深度。傳統集成成像系統獲取深度圖的方法利用微透鏡陣列采集元素圖像，由于尺寸的限制，采集到的元素圖像分辨率非常低，所獲取的深度圖質量較差。本發明采用軸向分布相機采集，只需要一臺相機沿光軸移動，運動簡單并且可以采集到高分辨率的元素圖像，充分利用了元素圖像的縱向視差信息，可以有效的提取準確的深度圖。

技術領域

本發明涉及一種三維深度信息獲取方法，特別涉及一種利用軸向采集方式的集成成像系統中獲取深度圖的方法。

背景技術

三維場景深度信息在無人駕駛、機器人視覺、機器人避障、虛擬現實等領域有著廣泛的應用。目前深度圖的獲取主要有兩種方式，一種是通過深度相機進行拍攝獲取，一種是通過從不同視點拍攝的兩幅或更多幅圖像來獲取場景的深度信息。由于深度相機價格昂貴且獲取的深度圖分辨率較低，所以第二種方式成為獲取深度圖的主要手段。

集成成像(Integral Imaging，簡稱II),是一種用微透鏡陣列來記錄和顯示空間場景信息的全真三維顯示技術。采集時，3D物空間場景通過微透鏡陣列被CCD相機采集，每個微透鏡都從不同的方向記錄一部分物體空間，生成的小圖被稱為元素圖像。集成成像能夠通過記錄3D物體的不同視角來提取深度信息，目前已被用于深度圖的獲取。

但是傳統集成成像系統獲取深度圖的方法也存在需要解決的問題，因為每個微透鏡采集的元素圖像分辨率非常低，獲取的深度圖質量較差。為了克服這個問題，可以使用多個相機或者移動相機代替微透鏡陣列來采集場景信息，從而獲得高分辨率圖像。其中，2D相機陣列、單個相機沿水平和垂直方向移動的集成成像系統結構比較復雜，而軸向采集方式(一個相機沿光軸方向單向運動)結構簡單，是一種比較有吸引力的集成成像系統獲取深度圖的方法。采集結構如圖1所示，相機在距離物體一定位置處沿著相機光軸方向移動，每移動固定距離后拍攝一次，即可采集一幅元素圖像，通過這種方式采集的多幅元素圖像中含有三維場景的縱向透視信息，可以用來獲取深度圖。

因此，在采用軸向采集方式的集成成像系統中，研究如何獲取深度圖的方法，具有重要的應用價值。

發明內容

本發明提出了一種利用軸向移動相機的集成成像技術獲取空間場景深度圖的方法。首先相機在距離物體一定位置處沿著相機光軸方向移動，間隔固定的距離采集多幅高分辨率元素圖像。已知某物體點的空間坐標，可以計算其在每幅元素圖像中的投影點坐標。這里將物體點在各幅元素圖像中對應的一系列投影點稱為同名像點。只有在物體點的正確深度位置時，所計算的各個元素圖像中的同名像點顏色值高度相似，即同名像點顏色值的統計誤差最小。根據這一原理，可以針對三維物體深度范圍內的不同深度值，分別計算某物體點在各個元素圖像中同名像點顏色值的統計誤差，誤差最小值所對應的深度即為該物體點的深度。按照此方法能夠獲得三維物體的深度圖。

本發明采取的技術方案包括下列步驟：

(一)、相機在距離三維物體一定距離處，沿著光軸方向以步距Δz的距離逐漸靠近物體采集元素圖像，設相機的焦距為g,軸向移動N-1次，采集到N幅元素圖像記為E_n(n＝1,2,…N)。若三維物體點位于相機光軸上，N幅元素圖像不能提供該點深度信息，所以物體應該與相機光軸具有一定的垂直距離；

(二)、計算三維物體點在E_n中的同名像點坐標；

根據透鏡成像原理可知，在軸向分布采集系統中，三維物體的任意一個物點經透鏡成像，都可以在軸向分布的元素圖像上得到該物點所成的一系列像點，即同名像點。如圖2所示，由軸向分布相機采集的元素圖像間同名像點距離的比例關系，可以得到任一物體點在采集的一系列元素圖像中的同名像點坐標，詳細步驟如下：