光场相机的数据处理和标定方法研究

摘要

传统相机由于积分成像的局限性，面对真实场景的高维视觉信息表示，仅能捕获其在二维平面上的投影。为了克服传统相机的不足之处，光场相机在主透镜和传感器之间插入一个微透镜阵列，用于分辨和记录每个像素来自不同角度的光线，可将传统的二维图像扩展到四维，从而获取更高维度的视觉信息。光场相机的优势主要体现在可以从光场数据中恢复任意对焦位置的图像信息，同时也解决了景深受孔径大小尺寸限制的问题，根据获得的图像数据可以实时计算出景象的真实形态。相对于二维数字图像，光场图像带来了更为丰富的信息和广泛的应用。
　　本文围绕Lytro光场相机应用中的关键技术开展研究，主要贡献是研究和实现了光场数据的提取、解码和预处理，以及Lytro相机的标定。论文具体工作如下:
　　第一章回顾了摄影学和相机的研究背景、发展史以及其意义，分析和研究了传统相机的基本架构和成像原理，光场相机较传统相机的不同之处以及它的优势，最后列出了本文中的主要内容及各章节之间的关系结构图。
　　第二章介绍了光场的定义以及获取方式，分析和研究了光场相机的成像原理，即通过在相机主镜头和图像传感器间插入一块微透镜阵列，从而捕获光线的位置和方向信息的四维光场。
　　第三章研究并实现了光场数据的提取、解码以及预处理。对用Lytro光场相机拍摄的白图像进行滤波、Delaunary三角网化、颜色校正以及六边形到正交的转换处理，为接下来的相机标定提取原始图像的子光圈图像。
　　第四章研究并实现了基于双平面参数化的相机标定方法，通过对原始图像的子光圈图像提取角点之后，进行世界坐标系、相机坐标系、图像物理坐标系以及图像像素坐标系之间的一系列坐标系转换。
　　第五章研究并分析了基于线性特征提取的相机标定法，相比第四章中的基于双平面参数化的相机标定法，该方法不需要提取子光圈图像，而是对原始图像进行线性特征的提取，为每一个像素都进行线性计算，从而进行对相机的标定。
　　第六章中总结了前五章的内容，并针对目前光场相机的不足之处展望了今后的发展方向和前景。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 摄影技术研究现状

1．2．1 摄影技术的发展历程

1．2．2 光场成像技术的发展

1．3 摄影技术设备的发展

1．3．1 传统相机

1．3．2 光场相机

1．4 本文主要工作及内容组织

第2章 光场相机的成像原理

2．1 光场的定义及其获取方式

2．2 多相机光场采集

2．3 单相机光场采集

2．4 光场相机成像原理

2．5 本章小结

第3章 光场数据的解码和预处理

3．1 引言

3．2 原始图像的数据提取

3．3 滤波处理

3．4 三角化

3．5 微透镜的中心标定

3．6 光场数据的预处理

3．6 本章小结

第4章 基于双平面参数化的光场相机标定

4．1 引言

4．2 几种常见的相机标定方法

4．3 相机标定基础知识

4．4 基于双平面参数化的光场相机标定

4．4．1 角点检测

4．4．2 坐标系转换

4．5 实验结果

4．6 本章小结

第5章 基于线性特征提取的光场相机标定

5．1 引言

5．2 原始光场图像

5．2．1 原始光场图像的线性特征

5．2．2 原始光场图像的线性特征的提取

5．3 基于微透镜阵列的光场相机标定

5．3．1 微透镜的选取

5．3．2 光场相机的成像模型

5．4 光场相机的标定

5．5 实验结果

5．6 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表或录用论文

致谢

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