一種基于光場的深度估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多媒體技術(shù)與計算機圖形學的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于光場的 深度估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光場的概念最早出現(xiàn)在計算機圖形學中，Gershun在其經(jīng)典文章"三維空間光的無 線電特性"里正式使用"光場"這個術(shù)語，用以描述光在三維空間中的輻射傳輸特性。光場描 述空間中任意點在給定方向上的福射度，是一個五維函數(shù)I(X，y， Z, θ，φ)，其中（X，y，Z) 描述點的位置，（θ，Φ)描述當前光輻射度值對應(yīng)的光線方向。光場的優(yōu)勢在于其繪制時 間獨立于場景復(fù)雜度，可以表現(xiàn)任意光照效果，并且可以針對場景獨立獲取。如果只考慮光 線在空間中的自由傳輸，它的顏色（波長）一般不會發(fā)生改變，所以在某一時刻的自由空間 光線可由五維函數(shù)I (X，y，z, θ, φ)來描述。Levoy和Hanraham忽略光線在傳輸過程中的 衰減將五維的全光函數(shù)（光場）降至四維，提出了四維光場的概念。
[0003] 四維光場利用兩個相互平行的平面進行參數(shù)化表示，即穿過像面（u，V，）和視點 面（s，t)的一條直線描述三維場景中某個物理點發(fā)出的光線的方向，相應(yīng)地光輻射度是這 條直線的函數(shù)。普通相機所拍攝的二維圖像可以認為是光場的一個二維切片，它包含了投 影到當前像素位置的物理點發(fā)射光線的強度及方向信息，因此物理點的位置信息可以基于 光場估計得到。已有的基于光場估計深度信息的方法主要基于能量優(yōu)化函數(shù)估計，通常將 深度分為多個等級，將對應(yīng)最小能量值的深度等級作為估計深度值，這種基于深度等級估 計深度值的方法往往會造成深度過平滑問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光場的深度估計 方法，其能夠解決初始深度可靠性問題、能量優(yōu)化過平滑問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：這種基于光場的深度估計方法，包括以下步驟：
[0006] (1)初始深度估計：通過公式（3)、（4)計算得到視差的初值Cltl:
[0007] d〇 =Jxx-Jyy (3)
【主權(quán)項】
1. 一種基于光場的深度估計方法，其特征在于，包括w下步驟： (1) 初始深度估計：通過公式（3)、（4)計算得到視差的初值d。： d〇= J xx~Jyy 做
(4) 其中G。是尺度為0的高斯平滑算子，S,、Sy為是尺度為P的梯度算子； (2) 檢測可計算像素： 邊緣置信系數(shù)C。通過公式（5)獲得：
其中N(x，S)是像素（X，S)的一維鄰域像素集合，E(u，S)表示像素（X，S)的光線福射 值，所有系數(shù)C。大構(gòu)成一個二值模板M。，C。于闊值大于0. 02則模板對應(yīng)位置取值1，否則取 值0,其中值為1表示對應(yīng)像素進行深度估計運算； (3) 基于水平和垂直方向光場的深度計算：通過公式（11)獲得EPI面上像素tv..?)和 (y，t*)的最終深度值
其中（X'，y')為i視點下像素(X"，巧7*7鄰域窗口 r(x"，知/)上的像素， D(x'，y')為其對應(yīng)的深度值，E(x'，y')是它的光線福射值，Me(x'，y')是其對應(yīng) 二值模版值； (4) 深度信息融合：通過公式（14)獲得最終深度值
其中是水平3D光場下深度屯對應(yīng)的可信評分系數(shù)，。(.W是垂直3D光場下 深度屯對應(yīng)的可信評分系數(shù)； (5) 深度信息傳播： 將最終深度值d(x，y)保存在線段元組 其中m = 1/d，-表示公式 I r (9)所求的（X，y)嬌射巧值，對經(jīng)過像素點（X，y)且斜率為m的線段上的點（X'，s')，判 斷|怎片，5')-7|<^是否成么￡為指定的相似程度，對使得上式成立的像素^'，3')


賦化深度值d
(9) 其中R(x"，d)如公式做所示為像素（X"，s)的光線顏色值集合，通過改進的 mean-shift算法求得r，作為像素（X"，s)的光線福射值； (6) 重復(fù)步驟（3)-巧），直到當前分辨率的EPI上所有M。值為1的置信像素都得到計 算或在傳播中得到深度值； (7) 將低分辨率下計算得到的深度值逐層復(fù)制到高分辨率圖像，直到最高分辨率圖像 中所有像素都有深度值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光場的深度估計方法，其特征在于，所述步驟（7)中對于 未獲得最終深度值的像素，捜索其所在掃描線上與該像素相鄰最近的可靠深度值作為上下 限，然后下采樣原圖像，并用5x5的高斯濾波做平滑處理避免失真。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光場的深度估計方法，其特征在于，所述步驟（7)中高斯 濾波。2= 0. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光場的深度估計方法，其特征在于，針對新的空間分辨 率圖像，重復(fù)步驟（2)-化），直到圖像小于10x10時賦予其公式（14)計算的深度值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光場的深度估計方法，其能夠解決初始深度可靠性問題、能量優(yōu)化過平滑問題。包括步驟：(1)初始深度估計；(2)檢測可計算像素；(3)基于水平和垂直方向光場的深度計算；(4)深度信息融合；(5)深度信息傳播；(6)重復(fù)步驟(3)-(5)，直到當前分辨率的EPI上所有Me值為1的置信像素都得到計算或在傳播中得到深度值；(7)將低分辨率下計算得到的深度值逐層復(fù)制到高分辨率圖像，直到最高分辨率圖像中所有像素都有深度值。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104598744
【申請?zhí)枴緾N201510040975
【發(fā)明人】王立春, 樊東靈, 孔德慧, 尹寶才
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月27日