本發(fā)明涉及一種相機(jī)幾何參數(shù)的標(biāo)定方法，屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光場相機(jī)區(qū)別于傳統(tǒng)相機(jī)，它是在主透鏡和圖像傳感器之間安置一個(gè)微透鏡陣列，傳感器可以同時(shí)記錄光線的強(qiáng)度信息和方向信息，實(shí)現(xiàn)對四維光場數(shù)據(jù)的采集。光場相機(jī)具有先拍照后對焦的特點(diǎn)，可以有效的捕捉更大范圍的場景深度，展示真實(shí)場景的三維結(jié)構(gòu)，光場成像技術(shù)逐漸應(yīng)用于航空航天、三維重建、安全監(jiān)視等諸多領(lǐng)域。

為了獲取拍攝實(shí)景的三維信息，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的追跡光線，必須對相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。確定像素與微透鏡的從屬關(guān)系，需要對微透鏡陣列的參數(shù)進(jìn)行精確標(biāo)定。但由于微透鏡的種類、安裝誤差以及白圖像的漫反射不一致性，使得微透鏡中心與灰度峰值點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系存在偏差。

目前標(biāo)定微透鏡的幾何參數(shù)的方法主要有兩種：一種是灰度重心法，設(shè)定一個(gè)閥值T，將圖像二值化，然后求每個(gè)微透鏡子圖像的灰度重心坐標(biāo)，作為微透鏡中心。此方法對采集圖像時(shí)的光源均勻度與閥值的選取有很大要求，采光程度不同，對微透鏡圖像的灰度和二值化后的圖像邊緣范圍都有很大影響，在應(yīng)用時(shí)準(zhǔn)確度不高，而且不能區(qū)分不同種類的透鏡。另一種是模板匹配法，此法建立六邊形網(wǎng)格模板與通過邊緣檢驗(yàn)算子檢驗(yàn)出的邊緣進(jìn)行匹配，最佳匹配出的六邊形網(wǎng)格的中心，即為微透鏡中心。此法預(yù)先設(shè)定的模板都是固定參數(shù)，若用于其他規(guī)格的微透鏡陣列，誤差會大大增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種直接對聚焦光場相機(jī)原始白圖像進(jìn)行操作，無需預(yù)設(shè)模板，能準(zhǔn)確獲取微透鏡陣列中微透鏡個(gè)數(shù)、中心位置以及半徑大小的微透鏡陣列的標(biāo)定方法。

一種光場相機(jī)微透鏡陣列幾何參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：將勻光板裝在光場相機(jī)鏡頭的前端，對白光源進(jìn)行拍照，得到光場相機(jī)的白圖像；

步驟二：對光場相機(jī)的白圖像進(jìn)行去馬賽克處理，將其轉(zhuǎn)換成真彩圖像；

步驟三：檢測并提取真彩圖像中所有微透鏡的邊緣輪廓，保存邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)；

步驟四：對邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)Hough變換，得到所有微透鏡的圓心坐標(biāo)C_i(x,y)和相對應(yīng)的半徑R_i,并統(tǒng)計(jì)微透鏡個(gè)數(shù)N。

還包括對微透鏡種類的標(biāo)定步驟，該步驟包括：

步驟五：根據(jù)每個(gè)微透鏡的圓心C_i(x,y)和半徑R_i，分別用二維數(shù)組設(shè)置覆蓋圖像上微透鏡對應(yīng)區(qū)域的掩膜，將掩膜與原圖像相乘，提取出每個(gè)微透鏡的圖像；

步驟六：利用公式(1)的銳度算法函數(shù)，對提取出來的每個(gè)微透鏡圖像進(jìn)行清晰度L_i計(jì)算，并將這些微透鏡圖像按照清晰度L_i進(jìn)行遞增或遞減排序；

式中，df表示圖像灰度變化的幅值，dx表示相元之間的距離，df/dx計(jì)算時(shí)取該像素的8個(gè)鄰域，M表示微透鏡圖像的像素個(gè)數(shù)；

步驟七：對清晰度L_i按照公式(2)進(jìn)行差分，并計(jì)算這些差分b_i的平均值avg，設(shè)定閾值th＝N·avg/15，若某處的差分值b_i大于閾值th，則將該處作為微透鏡種類分界點(diǎn)，將兩個(gè)分界點(diǎn)之間所有微透鏡歸為一類；

b_i＝|L_i+1-L_i| (2)

步驟八：分類提取整幅圖像中某類微透鏡的圖像，從而最終實(shí)現(xiàn)微透鏡陣列中參數(shù)信息微透鏡個(gè)數(shù)、中心位置、半徑大小、微透鏡種類及分布的標(biāo)定。

利用SOBEL算子檢測并提取圖像中所有微透鏡的邊緣輪廓。

對邊緣點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)Hough變換，得到所有微透鏡的圓心坐標(biāo)C_i(x,y)和相對應(yīng)的半徑R_i。

步驟二中，利用梯度線性插值法對光場相機(jī)的白圖像進(jìn)行去馬賽克處理。

有益效果：本發(fā)明利用一種聚焦型光場相機(jī)的白圖像，通過提取圖像中所有微透鏡的邊緣輪廓確定微透鏡的圓心坐標(biāo)C_i(x,y)、相對應(yīng)的半徑R_i以及微透鏡個(gè)數(shù)N，克服了現(xiàn)有灰度重心法和模板匹配法準(zhǔn)確度不高的問題，還能對微透鏡種類進(jìn)行標(biāo)定。

本發(fā)明標(biāo)定方法基于數(shù)字圖像處理技術(shù)，確定微透鏡陣列的微透鏡個(gè)數(shù)、中心位置、半徑大小、微透鏡種類及分布等微透鏡陣列的重要參數(shù)信息，從而實(shí)現(xiàn)了光場相機(jī)微透鏡多種參數(shù)的自動標(biāo)定，可為光場相機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定及相機(jī)光學(xué)模型提供準(zhǔn)確的微透鏡陣列數(shù)據(jù)，及后續(xù)的圖像處理提供不同類型的微透鏡圖像。

附圖說明

圖1是光場相機(jī)白圖像。

圖2是白圖像對應(yīng)的真彩圖像。

圖3微透鏡圖像邊緣輪廓。

圖4微透鏡圖像中心坐標(biāo)。

圖5是單一微透鏡掩模。

圖6是單一微透鏡圖像。

圖7是按遞增順序的清晰度分布圖。

圖8是清晰度差值分布圖。

圖9 526nm微透鏡圖像。

圖10 567nm微透鏡圖像。

圖11 616nm微透鏡圖像。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。本實(shí)施例中光場相機(jī)采用德國raytrix公司的R29型光場相機(jī)。

本發(fā)明一種光場相機(jī)微透鏡陣列幾何參數(shù)的標(biāo)定方法，包括一下步驟：

步驟一：將勻光板裝在光場相機(jī)鏡頭的前端，設(shè)置相機(jī)的F數(shù)(焦距與光圈直徑比)為11和曝光時(shí)間0.8ms后，對無明顯陰影白光源進(jìn)行拍照，得到光場相機(jī)的白圖像，如圖1所示；

步驟二：利用梯度線性插值法對光場相機(jī)的白圖像進(jìn)行去馬賽克處理，將其轉(zhuǎn)換成真彩圖像，如圖2所示；

步驟三：利用SOBEL算子檢測并提取真彩圖像中所有微透鏡的邊緣輪廓如圖3所示，保存邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)；

步驟四：對邊緣點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)Hough變換，得到所有微透鏡的圓心坐標(biāo)C_i(x,y)以及相對應(yīng)的半徑R_i，如圖4所示，并統(tǒng)計(jì)微透鏡個(gè)數(shù)N；

步驟五：根據(jù)每個(gè)微透鏡的圓心C_i(x,y)和半徑R_i，分別用二維數(shù)組設(shè)置覆蓋圖像上微透鏡對應(yīng)區(qū)域的掩膜，如圖5所示，將掩膜與原圖像相乘，提取出每個(gè)微透鏡的圖像，如圖6所示；

步驟六：利用形如公式(1)的銳度算法函數(shù)，對提取出來的每個(gè)微透鏡圖像進(jìn)行清晰度L_i計(jì)算，并將這些微透鏡圖像按照清晰度L_i進(jìn)行遞增排序，如圖7所示；

式中，df表示圖像灰度變化的幅值，dx表示相元之間的距離，df/dx計(jì)算時(shí)取該像素的8個(gè)鄰域，M表示微透鏡圖像的像素?cái)?shù)。

步驟七：對清晰度L_i按照公式(2)進(jìn)行差分，其差分值b_i分布如圖8所示，并計(jì)算這些差分b_i的平均值avg，設(shè)定閾值th＝N·avg/15，若某處的差分值b_i大于閾值th，則將該處作為微透鏡種類分界點(diǎn)，將兩個(gè)分界點(diǎn)之間所有微透鏡歸為一類；

b_i＝|L_i+1-L_i| (2)

步驟八：分類提取整幅圖像中各類微透鏡的圖像，如圖9-11所示。本實(shí)施例采用的光場相機(jī)的微透鏡的種類為3類，分別為526μm,567μm和616μm。因?yàn)槲⑼哥R焦距越大，在相機(jī)的探測器上的離焦程度越大，所以最清晰的為526μm透鏡，567μm次之，616μm最模糊。至此，最終實(shí)現(xiàn)微透鏡陣列中微透鏡個(gè)數(shù)、中心位置、半徑大小、焦距種類及分布等微透鏡陣列的重要參數(shù)信息的自動標(biāo)定。