[发明专利]一种一维集成成像方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及集成成像技术，尤指一种一维集成成像技术。

背景技术

集成成像包括记录和再现两个过程如，如附图1所示。在记录过程中，采用由许多微透镜元在水平和垂直方向上并行排列组成的二维微透镜阵列获取三维场景的立体信息，并把立体信息记录到位于二维微透镜阵列焦平面的图像记录设备上。由于构成二维微透镜阵列的微透镜元从不同的方向记录三维场景的一个微小部分，因此在图像记录设备上生成了不同方位视角的微小图片，即微图像元。所有的微图像元在水平和垂直方向上并行排列，组成了二维微图像阵列。通常，在再现过程中采用的二维微透镜阵列与记录时采用的二维微透镜阵列具有同样的参数。二维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备放置在二维微透镜阵列的焦平面上，根据光路可逆原理，二维微透镜阵列将许许多多微图像元透射出来的光线聚集还原，从而在二维微透镜阵列的附近重建出三维场景的全真立体图像。该立体图像包含全真色彩以及连续的视差信息，观看者无需佩戴辅助设备就可获得观看真实景物的感觉，且没有视觉疲劳。

集成成像的记录过程需要超高分辨率的图像记录设备来获取二维微图像阵列，但现有的图像记录设备无法满足集成成像对高分辨率的要求。用二维摄像机阵列代替二维微透镜阵列来拍摄三维场景，可以满足高分辨率的要求，但是二维摄像机阵列所包含的摄像机个数要与二维微透镜阵列所包含的微透镜元个数相同，因此需要成千上万个摄像机，一般只能用于虚拟三维场景的记录，难以对真实三维场景实现集成成像。

双目视差立体拍摄技术采用一维摄像机阵列对三维场景进行拍摄，得到的视差图像用于助视和光栅三维立体显示。显然，一维摄像机阵列所包含的摄像机个数较少，拍摄过程简单，较容易实现真实三维场景的拍摄。但是观看者观看助视和光栅三维立体显示时，由于需要大脑的融合来感知立体图像，以及存在焦点和调节不一致等因素造成的立体观看视疲劳，其应用大大受到限制。

发明内容

本发明提出一种一维集成成像方法，包括拍摄、图像处理和显示三个过程，如附图2所示。拍摄过程中，采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，获取多幅视差图像；图像处理过程中，将获得的视差图像的所有像素按照设定的方式映射成一维微图像阵列；显示过程中，一维微图像阵列显示于图像显示设备上，图像显示设备置于柱透镜板的后焦平面上，重建出三维场景的全真立体图像。

所述拍摄过程，采用一维平行摄像机阵列拍摄三维场景，选择三维场景的一个平面，该平面平行于一维平行摄像机阵列且垂直于摄像机光轴，该平面距一维平行摄像机阵列的距离为l，一维平行摄像机阵列包含的摄像机个数N大于一维微图像阵列的组成单元——一维微图像元的水平分辨率r，每个摄像机水平等间距排列，相邻摄像机的间距为d，各摄像机光轴互相平行，所有摄像机光心连线的总长度等于或稍大于H*p+p*l / f，其中H为一维微图像阵列的一维微图像元个数，H也为柱透镜板的组成单元——柱透镜元的个数，p为一维微图像元和柱透镜元在水平方向上的尺寸，f为柱透镜板的焦距，这样获得N幅视差图像，每幅视差图像的水平分辨率为H，垂直分辨率为V。

所述图像处理过程按照如附图3所示的方式进行：P_i, j表示第i幅视差图像中的第j列像素，将该列像素映射到一维微图像阵列的第j个一维微图像元中的第k列像素位置上，由I_j,k表示，由公式                                                计算得到k，其中round( )函数表示四舍五入取整，将i在 1~N范围内循环取值，j在1~H范围内循环取值，就能将 N幅视差图像的所有像素进行像素映射，得到一维微图像阵列。

优选地，在所述图像处理过程中，当计算出的k值大于一维微图像元的水平分辨率r时，则舍弃该列像素，以避免相邻一维微图像元间的串扰。