[發明專利]一種由螺旋采樣光場數據重建三維物體的方法

有效

• 申請號: 202010766903.6
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111932648B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 劉暢;邱鈞;楊平;趙星;劉天藝
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學;首都師范大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T7/557
• 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;趙立軍

本發明公開了一種由螺旋采樣光場數據重建三維物體的方法，其包括：步驟1，將螺旋采樣光場數據表示為Lsubgt;s/subgt;(x，y，Φ)：相機采集到的光場數據為螺旋采樣光場數據，s表示螺距，為螺旋角度，表示在第k層下的旋轉角度，x、y分別為相機的探測器平面在世界坐標系中的橫、縱坐標；步驟2，建立物點在螺旋采樣光場下的理想軌跡方程；步驟3，進行亞光圈區域匹配，追蹤匹配點在螺旋采樣光場數據中的軌跡；步驟4，對軌跡進行參數擬合，得到匹配點的三維坐標，重構三維物體。本發明方法能夠實現高精度的物體三維表面重構，由于與螺旋CT數據采集模式相匹配，可與螺旋CT一起構成同時重構物體表面和內部結構信息的雙模態成像系統。

技術領域

本發明涉及光學與數字圖像處理技術領域，特別是關于一種由螺旋采樣光場數據重建三維物體的方法。

背景技術

三維重建是利用二維投影信息恢復三維場景的計算過程,其首要問題是三維信息，即物體深度信息的獲取。深度是空間中的一點到相機所在平面的距離。從圖像中提取出場景的深度信息是計算攝影中的經典問題?；谙鄼C陣列的深度提取技術(多目系統)是解決這一問題的一種典型方法，其原理的基礎為雙目立體視覺。該方法可以獲取豐富的三維信息，能夠對場景進行準確的三維重建。其缺點是設備體積龐大，造價昂貴，只適合于實驗研究。

光場成像的研發，以其操作簡單，攜帶方便，以及可靈活選取重聚焦圖像等優點引起廣泛地關注。光場成像系統可以記錄光線的空間、角度和輻射度信息。相比于傳統相機采集到的二維投影數據，光場相機采集的四維光場數據，包含足夠的角度信息，能夠對場景進行三維重建。其中，Lytro光場相機和Raytrix光場相機等實際消費產品，都展示了在獲取場景三維信息方面的巨大優點。

光場數據記錄了光線的空間位置和角度信息，使光場成像獲得了傳統成像難以實現的效果，如數字重聚焦(Digital?Refocusing)、景深擴展(Extension?of?Depth?ofField)和全景深合成(All-in-focus)等。另外，由于光線的空間、角度與深度信息之間的緊密聯系，以光場數據為基礎的三維重建受到了國內外學者的廣泛關注。

發明內容

本發明的目的在于提供一種由螺旋采樣光場數據重建三維物體的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，本發明提供一種由螺旋采樣光場數據重建三維物體的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，將螺旋采樣光場數據表示為L_s(x，y，Φ)，其具體包括：通過相機采集螺旋采樣光場數據，其中，為螺旋角度，表示在第k層下的旋轉角度，x為相機的探測器平面在世界坐標系中的橫坐標，y為相機的探測器平面在世界坐標系中的縱坐標；

步驟2，建立物點在螺旋采樣光場下的理想軌跡方程；

步驟3，進行亞光圈區域匹配，并追蹤匹配點在螺旋采樣光場數據中的軌跡；

步驟4，對軌跡進行參數擬合，得到匹配點的三維坐標，以重構三維物體。

進一步地，所述世界坐標系O_w-X_wY_wZ_w到相機坐標系O_c-X_cY_cZ_c之間的變換關系包括平移變換向量t＝(t_x，t_y，t_z)^T，所述步驟2建立得到的理想軌跡方程表示為：