專利名稱：全景成像系統(tǒng)中基于立體匹配的元素圖像獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于立體顯示領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全景成像integral imaging技術(shù)是一種通過(guò)微透鏡陣列來(lái)記錄和顯示3D空間場(chǎng)景信息的圖像技術(shù)。

圖1展現(xiàn)了現(xiàn)有的全景成像系統(tǒng)的采集和顯示部分。如圖1 (a)所示，采集部分包括微透鏡陣列和采集設(shè)備如CXD相機(jī)，3D物空間場(chǎng)景通過(guò)微透鏡陣列被CCD相機(jī)采集；每個(gè)微透鏡都從不同的方向記錄一部分物體空間，相應(yīng)生成的一幅幅小圖被稱為元素圖像，有多少個(gè)微透鏡就有多少個(gè)相應(yīng)的元素圖像，所以CCD 相機(jī)采集的空間場(chǎng)景的3D信息就是一系列2D元素圖像集合。顯示部分中，把2D元素圖像集合放在具有同樣參數(shù)的顯示微透鏡陣列后，相應(yīng)的微透鏡陣列把許許多多“元素圖像”透射/反射出來(lái)的光線聚集后可還原出原來(lái)的3D空間，如圖1(b)所示。全景成像系統(tǒng)具有連續(xù)視點(diǎn)和在空間上形成真實(shí)的立體圖像等優(yōu)勢(shì)，但其采集的元素圖像之間存在交叉干擾問(wèn)題，也就是光線通過(guò)微透鏡陣列被記錄時(shí)，相鄰的元素圖像在交界位置會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，這降低了 3D圖像的顯示質(zhì)量，也影響了觀察者正確感知場(chǎng)景深度的能力。另外，當(dāng)采集微透鏡陣列與顯示微透鏡陣列光學(xué)參數(shù)不匹配時(shí)會(huì)出現(xiàn)圖像畸變、顯示質(zhì)量嚴(yán)重劣化現(xiàn)象。目前，很多研究試圖解決全景成像系統(tǒng)的交叉干擾問(wèn)題，如運(yùn)動(dòng)透鏡陣列技術(shù)、使用漸變折射率透鏡等，但這些方法只能在一定程度內(nèi)減小交叉干擾，并且額外所需要的光學(xué)部件和機(jī)械運(yùn)動(dòng)不易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種全景成像系統(tǒng)中基于立體匹配的元素圖像獲取方法，以解決傳統(tǒng)全景成像系統(tǒng)中采集的元素圖像之間存在交叉干擾的問(wèn)題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案包括下列步驟
(一)、在全景成像系統(tǒng)中采用高分辨率的CCD相機(jī)作為空間場(chǎng)景圖像的采集設(shè)備，將 Af xiV個(gè)CCD相機(jī)構(gòu)成陣列放置于同一平面內(nèi)，每?jī)蓚€(gè)水平或垂直相鄰的相機(jī)鏡頭中心的距離B，獲得Mx-V幅不同視點(diǎn)的高分辨率圖像；
(二)、根據(jù)全景系統(tǒng)中顯示設(shè)備的光學(xué)參數(shù)、該光學(xué)參數(shù)包括顯示微透鏡陣列為 t/xF個(gè)微透鏡成方形排列，透鏡焦距為/ ,透鏡寬度力”將AfxF幅多視點(diǎn)圖像轉(zhuǎn)換為適用于顯示微透鏡陣列的2D元素圖像集合，轉(zhuǎn)換過(guò)程如下
(1)對(duì)相鄰的兩幅視圖進(jìn)行基于區(qū)域的立體匹配，根據(jù)相鄰兩幅圖像中匹配像素點(diǎn)對(duì)的視差，計(jì)算該物體點(diǎn)深度和世界坐標(biāo)；按照同樣方法，可以計(jì)算空間場(chǎng)景的各點(diǎn)的世界坐標(biāo)，從而重構(gòu)空間場(chǎng)景的三維立體圖像；計(jì)算物空間某點(diǎn)深度和世界坐標(biāo)的方法如下
使兩個(gè)CCD相機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)的各對(duì)應(yīng)軸平行，將世界坐標(biāo)系疊加到第一個(gè)CCD相機(jī)坐標(biāo)系上，使兩系統(tǒng)原點(diǎn)重合，對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸重合，而第一個(gè)CXD相機(jī)的像平面坐標(biāo)與相機(jī)的XY坐標(biāo)重合；如圖2所示，兩個(gè)相機(jī)鏡頭的焦距為Λ，空間場(chǎng)景中某點(diǎn)W的世界坐標(biāo)為(-U’ 2), 該點(diǎn)形成的兩個(gè)像平面坐標(biāo)點(diǎn)為(Α,Λ)和( , )；
根據(jù)上述坐標(biāo)設(shè)定，由第一個(gè)像平面的幾何關(guān)系可得
權(quán)利要求
1.一種全景成像系統(tǒng)中基于立體匹配的元素圖像獲取方法，其特征在于包括下列步驟(一)、在全景成像系統(tǒng)中采用高分辨率的CCD相機(jī)作為空間場(chǎng)景圖像的采集設(shè)備，將 Jf xF個(gè)CCD相機(jī)構(gòu)成陣列放置于同一平面內(nèi)，每?jī)蓚€(gè)水平或垂直相鄰的相機(jī)鏡頭中心的距離B，獲得i￥xF幅不同視點(diǎn)的高分辨率圖像；(二)、根據(jù)全景系統(tǒng)中顯示設(shè)備的光學(xué)參數(shù)，該光學(xué)參數(shù)包括顯示微透鏡陣列為 t/x廠個(gè)微透鏡成方形排列，透鏡焦距為/，透鏡寬度力將AixiV幅多視點(diǎn)圖像轉(zhuǎn)換為適用于顯示微透鏡陣列的2D元素圖像集合，轉(zhuǎn)換過(guò)程如下(1)對(duì)相鄰的兩幅視圖進(jìn)行基于區(qū)域的立體匹配，根據(jù)相鄰兩幅圖像中匹配像素點(diǎn)對(duì)的視差，計(jì)算該物體點(diǎn)深度和世界坐標(biāo)；按照同樣方法，可以計(jì)算空間場(chǎng)景的各點(diǎn)的世界坐標(biāo)，從而重構(gòu)空間場(chǎng)景的三維立體圖像；計(jì)算物空間某點(diǎn)深度和世界坐標(biāo)的方法如下使兩個(gè)CCD相機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)的各對(duì)應(yīng)軸平行，將世界坐標(biāo)系疊加到第一個(gè)CCD相機(jī)坐標(biāo)系上，使兩系統(tǒng)原點(diǎn)重合，對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸重合，而第一個(gè)CXD相機(jī)的像平面坐標(biāo)與相機(jī)的XY坐標(biāo)重合；兩個(gè)相機(jī)鏡頭的焦距為Λ，空間場(chǎng)景中某點(diǎn)W的世界坐標(biāo)為(-^,Γ,Ζ),該點(diǎn)形成的兩個(gè)像平面坐標(biāo)點(diǎn)為O1，Λ)和( J2)；根據(jù)上述坐標(biāo)設(shè)定，由第一個(gè)像平面的幾何關(guān)系可得
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的一種全景成像系統(tǒng)中基于立體匹配的元素圖像獲取方法，其特征在于計(jì)算機(jī)生成2D元素圖像集合包括下列步驟設(shè)置坐標(biāo)系ιΥζ’，其原點(diǎn)設(shè)置在步驟(1)中XYZ坐標(biāo)系的( ，Λ ，、)處，所以步驟 (1)中重構(gòu)的某空間點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系JfYf中即為(Jf + ,r+A,Z+zJ ;在坐標(biāo)系JTYY中，設(shè)虛擬透鏡陣列與原始圖像成像平面的距離為g，虛擬透鏡陣列與XY平面平行，其右下角放置于(OAg)處；若重構(gòu)的某物體點(diǎn)Q坐標(biāo)為(W),經(jīng)過(guò)不同的微透鏡會(huì)在元素圖像成像平面形成對(duì)應(yīng)元素圖像的像素點(diǎn)，例如點(diǎn)Q經(jīng)過(guò)某個(gè)微透鏡， 如之方向的第&個(gè)、廣方向的第、個(gè)，在該微透鏡對(duì)應(yīng)的元素圖像中形成了一個(gè)像素點(diǎn)，坐標(biāo)為Ο^Λ,Ο),坐標(biāo)值可由式(5)、(6)計(jì)算得到
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全景成像系統(tǒng)中基于立體匹配的元素圖像獲取方法，屬于立體顯示領(lǐng)域。使用CCD相機(jī)陣列做為全景成像系統(tǒng)的空間圖像獲取方式，將采集得到的多幅不同視點(diǎn)圖像，基于立體匹配原理轉(zhuǎn)換生成用于全景成像系統(tǒng)顯示的2D元素圖像集合。這和全景成像系統(tǒng)中傳統(tǒng)采集設(shè)備——微透鏡陣列采集得到的圖像形式一樣，便于與普通的全景成像系統(tǒng)顯示設(shè)備兼容，可以完全消除全景成像系統(tǒng)以微透鏡陣列獲取三維空間場(chǎng)景圖像時(shí)存在的交叉干擾。
文檔編號(hào)G03B37/00GK102164298SQ20111012918
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者樸燕, 王宇 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)