光場(chǎng)是計(jì)算攝影學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的主題。光場(chǎng)相機(jī)能捕獲4D光場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)真實(shí)的景深渲染,即重對(duì)焦。重對(duì)焦技術(shù)使攝影師在曝光后可以改變景深,從而當(dāng)他們?cè)谶x擇要突出顯示的對(duì)象時(shí)擁有更高的自由度。從光場(chǎng)數(shù)據(jù)中獲取重對(duì)焦圖像,通常需要花費(fèi)大量的時(shí)間和空間,并且隨著光場(chǎng)采集設(shè)備和超分辨率技術(shù)的發(fā)展,重對(duì)焦算法面臨著更大的挑戰(zhàn)。因此,本文提出對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行降采樣,計(jì)算低分辨率的重對(duì)焦圖像,然后將重對(duì)焦的圖像升采樣至原始分辨率,以提高計(jì)算速度并減少存儲(chǔ)消耗。本文重點(diǎn)研究了低分辨率光場(chǎng)重對(duì)焦圖像的升采樣方法,提出了兩種解決方案,主要做了以下的工作:（1）根據(jù)光場(chǎng)數(shù)據(jù)重對(duì)焦處理后的角度差異與散焦信息之間的關(guān)聯(lián),提出基于加權(quán)融合的光場(chǎng)重對(duì)焦圖像升采樣方法。該算法由計(jì)算運(yùn)行重對(duì)焦后光場(chǎng)的宏像元圖像標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)估計(jì)圖像各像素點(diǎn)的模糊程度,再根據(jù)處理得到的非均勻圖將高分辨率中心圖像與放大到相同分辨率的插值圖像相融合,得到高分辨率的重對(duì)焦結(jié)果。為了評(píng)估所提出的方法,本文在合成光場(chǎng)數(shù)據(jù)集以及真實(shí)光場(chǎng)數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法在時(shí)間和空間方面的成本較低,并且能夠得到對(duì)焦處清晰,散焦處模糊的升采樣重對(duì)焦圖像。（2）... 

【文章來(lái)源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光場(chǎng)圖像

基于引導(dǎo)升采樣的光場(chǎng)重對(duì)焦系統(tǒng)研究12型相機(jī)陣列PiCam[48]，由超薄的4×4傳感器陣列構(gòu)成，各自擁有1000×750像素的分辨率。這種光場(chǎng)相機(jī)比硬幣還要小，可以集成到手機(jī)中。后來(lái)多傳感器的采集形式繼續(xù)朝著更小的尺寸發(fā)展，Lin等人提出使用5×5的顯微鏡陣列[49]來(lái)捕獲微觀物體的光場(chǎng)，分辨率分別是1024×768像素。綜上所述，早期的多傳感器陣列體積龐大且成本昂貴，針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，這種光場(chǎng)采集方式正朝著更便攜與更便宜的方向發(fā)展，并且相機(jī)分辨率也在不斷增高。如圖2.2所示是多傳感器光場(chǎng)采集設(shè)備，從左至右依次是斯坦福128相機(jī)陣列、PiCam和光場(chǎng)顯微鏡。圖2.2多傳感器光場(chǎng)采集設(shè)備Figure2.2Multi-sensorlightfieldacquisitionequipment（二）多路復(fù)用采集多路復(fù)用的采集方式是指通過(guò)把角度域復(fù)用到空間域或頻率域中，從而使四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)編碼到二維傳感器上。其中空間多路復(fù)用方法為隔行掃描2D光場(chǎng)在傳感器平面上的切片，而頻率多路復(fù)用方法為對(duì)不同的2D光場(chǎng)切片編碼到不同的頻段內(nèi)。圖2.3全光相機(jī)結(jié)構(gòu)圖Figure2.3Theplenopticcameramodel斯坦福128相機(jī)陣列PiCam光場(chǎng)顯微鏡物體散射片主鏡頭場(chǎng)鏡頭微透鏡陣列傳感器

lson和Wang在1992年提出的全光相機(jī)原型[42]正是基于這種采集方法，如圖2.3所示是全光照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。2005年，斯坦福大學(xué)的Ng等人在全光相機(jī)原型上提出改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一臺(tái)手持光場(chǎng)相機(jī)[9]，該設(shè)備在主鏡頭與傳感器之間插入一個(gè)296×296的微透鏡陣列。Georgiev等人在次年開發(fā)出一種一體式相機(jī)[50]，它使用由正方形透鏡構(gòu)成的4×5陣列來(lái)捕獲低角度分辨率的光場(chǎng)，并應(yīng)用插值技術(shù)對(duì)角度分辨率進(jìn)行升采樣。后來(lái)，光場(chǎng)技術(shù)逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，出現(xiàn)了商業(yè)級(jí)別的光場(chǎng)相機(jī)，有用于工業(yè)、科研的Raytrix和面向普通消費(fèi)者的Lytro，如圖2.4所示。2019年，Lin提出了一種由60×60的金屬陣列構(gòu)成的全色光場(chǎng)相機(jī)[51]，可以在捕獲多維光場(chǎng)信息的同時(shí)消除色差。其中的金屬陣列由氮化鎵（GaN）光學(xué)納米天線[52]制成，包含的金屬元直徑為21.65μm�？臻g多路復(fù)用是最為廣泛使用的光場(chǎng)采集方式，但它存在著不可避免的問(wèn)題，那就是要受限于圖像傳感器的角度分辨率和空間分辨率之間的權(quán)衡。圖2.4商業(yè)級(jí)光場(chǎng)相機(jī)Figure2.4Commercialgradelightfieldcameras頻率多路復(fù)用方法通常是使用調(diào)制掩碼在傅里葉域中實(shí)現(xiàn)某種屬性。2007年，Veeraraghavan等人設(shè)計(jì)出的外差全光函數(shù)照相機(jī)[53]，是在傳統(tǒng)相機(jī)光路中插入一個(gè)衰減掩膜來(lái)進(jìn)行四維光場(chǎng)的采集，其在頻域具有光場(chǎng)數(shù)據(jù)的特性，通過(guò)逆傅里葉變換可以從2D圖像恢復(fù)4D光常2015年，Wang等人提出編碼孔徑相機(jī)[54]，增加兩次壓縮測(cè)量和一個(gè)掩膜，進(jìn)一步提高了重建光場(chǎng)的質(zhì)量。Antipa等人提供了一種擴(kuò)散器編碼的頻率復(fù)用方式[55]，使用擴(kuò)散器編碼復(fù)用的空間與角度信息，從編碼的2D圖像中進(jìn)行4D光場(chǎng)重建。（三）時(shí)間順序采集時(shí)間順序采集方法[56]是使用單個(gè)圖像傳感器多次曝光捕獲光常這種方法RaytrixR29PIVLytroLytroILLUM

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于空間三維物體重構(gòu)的光場(chǎng)顯示技術(shù)綜述[J]. 譚祺瑞,路海明,盧增祥,吉吟東.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(09)
[2]基于全息光學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)展[J]. 何澤浩,隋曉萌,趙燕,曹良才,金國(guó)藩.  科技導(dǎo)報(bào). 2018(09)
[3]自適應(yīng)成本量的抗遮擋光場(chǎng)深度估計(jì)算法[J]. 熊偉,張駿,高欣健,張旭東,高雋.  中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào). 2017(12)
[4]光場(chǎng)成像技術(shù)及其在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的應(yīng)用[J]. 張馳,劉菲,侯廣琦,孫哲南,譚鐵牛.  中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào). 2016(03)
[5]Lytro相機(jī)的光場(chǎng)圖像校正與重對(duì)焦方法[J]. 周文暉,林麗莉.  中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào). 2014(07)
[6]光場(chǎng)成像技術(shù)進(jìn)展[J]. 聶云峰,相里斌,周志良.  中國(guó)科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào). 2011(05)

博士論文
[1]光場(chǎng)成像技術(shù)研究[D]. 周志良.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3457188