聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法及装置

本发明主要涉及光场成像，尤其是一种聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法及装置。

背景技术：

1、光场相机是一种对入射光场进行记录、深度信息解码和计算成像的特殊光场探测器。聚焦型光场相机由于能够兼顾深度分辨率和成像分辨率，因而在三维建模和三维测量等领域具有极大的应用前景。

2、与传统光场相机不同，聚焦型光场相机的微透镜阵列不是位于主透镜的焦面上，而是位于主透镜焦面前方或后方，因而在光学结构上可以将其看作是微透镜阵列对主透镜成像进行二次成像的特殊结构。聚焦型光场相机的ccd传感器直接得到的图像被称为原始光场数据图像。原始光场数据图像不是人眼习惯的常规聚焦图像，而是微透镜阵列中所有微透镜子图像的集合。由于一个空间物点在多个微透镜下成像，不同微透镜之间必然存在视差，利用这种视差即可以估计主透镜的物点像相对于微透镜阵列的距离。这种物点像的像方深度称为虚深度。虚深度估计是聚焦型光场相机三维建模和三维测量的基础。结合相机的焦距、微透镜阵列安装参数等内参数，聚焦型光场相机能够根据目标的虚深度值进行物空间的三维建模和三维测量。

3、在实际应用中，内参数设计决定了聚焦型光场相机的应用场景和应用范围。微透镜的焦距、微透镜阵列与ccd面和主透镜的距离、微透镜的尺寸、微透镜和主透镜f数等内参数设计直接决定了聚焦型光场相机有效作用距离的远近。上述参数多与微透镜阵列的设计和装配位置有关，这是因为微透镜是光场相机的核心光场调制元件。由于微透镜阵列加工时间长、加工成本高、装配精度要求高，因而往往在聚焦型光场相机设计定型后才能得到原始光场数据图像，进而才能验证相机的结构设计和性能指标是否合理或达标，严重降低了聚焦型光场相机的设计效率，提高了研制成本。

4、综上，迫切需要一种不依赖于实际光场相机样机硬件的聚焦型光场原始数据图像重建方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法及装置。本发明不依赖于实际光场相机样机硬件，能够在光场相机参数设计阶段就实现聚焦型光场相机的原始光场数据图像重建，如此可显著提升聚焦型光场相机的光学设计效率，降低设计成本。

2、为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法，包括：

4、获取目标物体上物点在相机坐标系下的三维坐标；

5、根据聚焦型光场相机的结构模型，对各物点进行光线追迹，重建原始光场数据图像，包括：

6、计算当前物点在主透镜像的聚焦像点到主透镜主面的距离；

7、根据距离计算当前物点在主透镜像的聚焦像点到微透镜阵列面的距离；

8、根据距 、主透镜聚焦像点坐标和微透镜的中心坐标，计算当前物点在微透镜阵列面中各微透镜下成像点的图像坐标系坐标；

9、基于当前物点在微透镜阵列面中各微透镜下成像点的图像坐标系坐标，判断当前物点能否在各微透镜下成像；

10、统计所有对当前物点成像的微透镜数量，并计算当前物点在各对其成像的各微透镜下的像素值；

11、计算衍射极限光斑尺寸；

12、将衍射极限光斑尺寸与聚焦型光场相机像元尺寸进行比较；若时，则原始光场数据图像中的物点像尺寸为，当前物点在ccd成像区域上的成像点对应了一个以上ccd像元，将当前物点在各对其成像的微透镜下成像点的图像坐标系坐标作为当前物点在ccd成像区域中各ccd像元的中心，并生成当前物点对应的像素块；反之，若，当前物点在ccd成像区域上的成像点仅对应ccd成像区域上的一个ccd像元，进行单个像元渲染即可；

13、对所有物点执行上述操作，重建原始光场数据图像。

14、进一步地，根据阵列扫描激光雷达成像相机的参数以及阵列扫描激光雷达成像相机的成像原理获得目标物体上物点在相机坐标系下的三维坐标。

15、一方面，提供一种聚焦型光场相机原始光场数据图像重建装置，包括：

16、第一模块，用于获取目标物体上物点在相机坐标系下的三维坐标；

17、第二模块，用于根据聚焦型光场相机的结构模型，对各物点进行光线追迹，重建原始光场数据图像。

18、另一方面，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法的步骤。

19、另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法的步骤。

20、与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

21、本发明提供一种不依赖于实际相机硬件的聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法及装置。具体地，根据预先设计的内参数，在光场相机参数设计阶段就能给出基于该结构设计下实现聚焦型光场相机的原始光场数据图像重建，从而降低相机研制的试错成本，提升研制效率和研制速度。通过本发明可显著提升聚焦型光场相机的光学设计效率，降低设计成本。

技术特征：

1.聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法，其特征在于，聚焦型光场相机的结构模型包括：主透镜的焦距、主透镜主面到微透镜阵列面的距离、微透镜阵列相对于ccd面的距离、微透镜直径、第个微透镜在微透镜阵列面的中心坐标、像元尺寸。

3.根据权利要求2所述的聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法，其特征在于，基于阵列扫描激光雷达成像相机数据，获取目标物体上物点在相机坐标系下的三维坐标，包括：根据阵列扫描激光雷达成像相机的参数以及阵列扫描激光雷达成像相机的成像原理获得目标物体上物点在相机坐标系下的三维坐标。

4.根据权利要求2所述的聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法，其特征在于，计算当前物点在主透镜像的聚焦像点到主透镜主面的距离，为：

5.根据权利要求4所述的聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法，其特征在于，当前物点在微透镜阵列面中各微透镜下成像点的图像坐标系坐标；

6.根据权利要求4或5所述的聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法，其特征在于，基于当前物点在微透镜阵列面中各微透镜下成像点的图像坐标系坐标，判断当前物点能否在各微透镜下成像，方法包括：

7.根据权利要求6所述的聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法，其特征在于，衍射极限光斑尺寸，其中表示光波长，表示微透镜直径，表示微透镜阵列面到ccd面的距离。

8.聚焦型光场相机原始光场数据图像重建装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述的聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种聚焦型光场相机原始光场数据图像重建方法及装置，包括，先获取目标物体上物点在相机坐标系下的三维坐标；根据聚焦型光场相机的结构模型，对各物点进行光线追迹，重建原始光场数据图像。本发明根据预先设计的内参数，在光场相机参数设计阶段就能给出基于该结构设计下实现聚焦型光场相机的原始光场数据图像重建，从而降低相机研制的试错成本，提升研制效率和研制速度。技术研发人员：王彦,韩凯,何峰,孙全受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29