發(fā)布時(shí)間：2019-07-30 11:51

【摘要】：光場(chǎng)相機(jī)成像模型與參數(shù)標(biāo)定方法是拓展光場(chǎng)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié),已成為計(jì)算光場(chǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。不同于傳統(tǒng)相機(jī)的成像原理,光場(chǎng)相機(jī)通過(guò)新穎的光學(xué)系統(tǒng)將場(chǎng)景中的光線按照某種給定關(guān)系與圖像傳感器像元進(jìn)行對(duì)應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)三維空間中光線位置和角度信息的采樣與記錄,可通過(guò)計(jì)算攝影學(xué)恢復(fù)場(chǎng)景的三維結(jié)構(gòu)。利用微透鏡陣列分析了光場(chǎng)相機(jī)標(biāo)定的成像模型和參數(shù)化模型,比較了不同物理參數(shù)設(shè)置對(duì)光場(chǎng)采樣結(jié)果的影響;分析了光場(chǎng)相機(jī)的光線提取與校正方法、參數(shù)標(biāo)定模型、誤差定義與精度度量等主要問(wèn)題,對(duì)光場(chǎng)相機(jī)參數(shù)標(biāo)定方法進(jìn)行了歸納和總結(jié)。
【圖文】：

中國(guó)激光圖１Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ１．０的光路模型及其成像效果Ｆｉｇ．１ＯｐｔｉｃａｌｐａｔｈｍｏｄｅｌａｎｄｉｍａｇｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆＰｌｅｎｏｐｔｉｃ１．０度平面上來(lái)自同一點(diǎn)不同方向的光束，在圖像傳感器上提前聚焦或二次聚焦，其光路模型和成像效果如圖２所示。其中，主鏡頭成像平面、微透鏡陣列及圖像傳感器之間的距離ｚ、ｇ需滿足高斯成像公式［９］，以保證物方光束在圖像傳感器上能夠會(huì)聚于一點(diǎn)；同時(shí)，為使同一物點(diǎn)被記錄Ｍ次，ｚ、ｇ應(yīng)滿足關(guān)系為Ｍ＝ｚκｇ，其中κ為與微透鏡陣列排布方式相關(guān)的系數(shù)［１４］。聚焦式光場(chǎng)相機(jī)的成像方式與傳統(tǒng)光場(chǎng)相機(jī)相似，子圖像成像效果受微透鏡陣列的聚焦方式影響而略有不同；當(dāng)相機(jī)參數(shù)滿足一定關(guān)系時(shí)，可保證子圖像之間不覆蓋且盡可能相切。聚焦式光場(chǎng)相機(jī)記錄光場(chǎng)的方式可近似看作相機(jī)陣列，每個(gè)子圖像等效于主鏡頭成像面處的觀測(cè)。受微透鏡聚焦方式的影響，這類相機(jī)可分為二次聚焦、提前聚焦兩種形式；其中，二次聚焦情況下子圖像為倒像，提前聚焦情況下子圖像為正像，如圖２所示。圖２Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ２．０的光路模型及其成像效果。（ａ）二次聚焦；（ｂ）提前聚焦Ｆｉｇ．２ＯｐｔｉｃａｌｐａｔｈｍｏｄｅｌａｎｄｉｍａｇｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆＰｌｅｎｏｐｔｉｃ２．０．（ａ）Ｓｅｃｏｎｄａｒｙｆｏｃｕｓｉｎｇ；（ｂ）ｆｏｃｕｓｉｎａｄｖａｎｃｅ由圖２可知，該模型采樣光場(chǎng)的角度分辨率與主鏡頭、微透鏡陣列、圖像傳感器的相對(duì)安裝位置有關(guān)，因而能夠通過(guò)調(diào)節(jié)安裝參數(shù)來(lái)靈活改變光場(chǎng)分辨率，但仍存在角度與位置分辨率的折衷瓶頸。此外，Ｇｅｏｒｇｉｅｖ等［１５］還

備工藝現(xiàn)有條件，主流光場(chǎng)成像系統(tǒng)，如相機(jī)陣列、微透鏡陣列光場(chǎng)相機(jī)，均采用了雙平面模型的設(shè)計(jì)原則。Ｂｉｒｋｌｂａｕｅｒ等［２９］在此基礎(chǔ)上利用同軸雙柱面模型參數(shù)化全景光場(chǎng)，將多個(gè)雙平面光場(chǎng)注冊(cè)到同軸雙柱面坐標(biāo)系下，并實(shí)現(xiàn)了有效的多視點(diǎn)和重聚焦。可見(jiàn)，雙平面光場(chǎng)模型涵蓋現(xiàn)有主流光場(chǎng)成像設(shè)備，并具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。雙平面模型參數(shù)包括兩個(gè)平行平面的距離Ｌ，兩個(gè)二維坐標(biāo)系的原點(diǎn)偏移（Δｕ，Δｖ），以及各坐標(biāo)軸單位刻度ｌｘ、ｌｙ、ｌｕ、ｌｖ間的比例，如圖４所示。圖４雙平面模型及其參數(shù)Ｆｉｇ．４Ｔｗｏ－ｐａｒａｌｌｅｌ－ｐｌａｎｅｍｏｄｅｌａｎｄｉｔｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ圖５（ａ）雙平面光場(chǎng)；（ｂ）～（ｄ）改變參數(shù)Ｌ、ｌｘ／ｌｕ、（Δｕ，Δｖ）后的光場(chǎng)Ｆｉｇ．５（ａ）Ｔｗｏ－ｐａｒａｌｌｅｌ－ｐｌａｎｅｌｉｇｈｔｆｉｅｌｄ；（ｂ）～（ｄ）ｌｉｇｈｔｆｉｅｌｄａｆｔｅｒｃｈａｎｇｅｏｆＬ、ｌｘ／ｌｕ、（Δｕ，Δｖ）改變其中任意一些參數(shù)，將影響光場(chǎng)所記錄的場(chǎng)景的透視關(guān)系和比例，如圖５所示。圖５（ａ）為初始光場(chǎng)，記錄真實(shí)場(chǎng)景中具有朗伯體表面的立方體；圖５（ｂ）～（ｄ）分別為光線強(qiáng)度不變時(shí)，改變雙平面距離Ｌ、參數(shù)化平面比例ｌｘ／ｌｕ與ｌｙ／ｌｖ、角度平面位移（Δｕ，Δｖ）后的光場(chǎng)數(shù)據(jù)，其光線角度均發(fā)生變化。雖然４種條件下形成的多視點(diǎn)圖像沒(méi)有差異，且分別在角度信息上做積分得到傳統(tǒng)圖像，４種光場(chǎng)的成像效果也均相同［１７］；但當(dāng)重參數(shù)化雙平面坐標(biāo)、改變成像平面
【作者單位】： 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(61531014,61272287) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(BUAA-VR-15KF-10)
【分類號(hào)】：TP391.41

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6 李凌e，

本文編號(hào)：2520876