[发明专利]通用标定系统和方法及其集成成像重构系统和方法在审

专利信息
申请号: 201210100134.1 申请日: 2012-04-06
公开(公告)号: CN103366356A 公开(公告)日: 2013-10-23
发明(设计)人: 李炜明;周明才;洪涛;焦少慧;王海涛;金智渊 申请(专利权)人: 北京三星通信技术研究有限公司;三星电子株式会社
主分类号: G06T7/00 分类号: G06T7/00;H04N17/00
代理公司: 北京铭硕知识产权代理有限公司 11286 代理人: 王青芝
地址: 100016 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 通用 标定 系统 方法 及其 集成 成像
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种通用标定系统和方法以及应用所述通用标定系统和/或方法的集成成像重构系统和方法。

背景技术

集成成像是一种三维成像技术。集成成像系统(IIS)通过使用透镜阵列或其他类似透镜阵列的光学成像部件从多个不同视点捕获多个元素图像(EI)来捕获由3D世界中的光线构成的光场。由图像传感器(例如,电荷耦合装置(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))记录的元素图像组成了元素图像阵列(EIA)。在图1中显示了根据现有技术的示例性的IIS。依据光学设计,IIS可采用与图1中示出的系统不同的多种光学设计,例如,可将透镜阵列放置在主透镜的前面,并使用具有不同形状和大小的多层透镜阵列。

通过IIS捕获的EIA对光场编码,并提供用于多种有用的应用(例如,提供用于3D集成成像显示的内容、重构具有不同焦点和视点的图像、恢复物体的三维形状)的数据源。一个重要的示例性应用是图2中示出的3D集成成像显示器,其中,显示的EIA位于LCD上,所述LCD在其前面具有透镜阵列,以光学的方式重构出观看者可以用肉眼观看的3D图像。应注意到,当图2中在显示器中使用的透镜阵列与在图1中的集成成像系统中使用的透镜阵列不同时,显示的EIA也与捕获的EIA不同,需要通过转换捕获的EIA来产生显示的EIA,以匹配显示器的几何特征。

为了使基于EIA的应用实现满意的结果,重要的是获知3D世界中的光线与EIA中的图像的2D像素坐标之间的几何关系。在3D集成成像系统的示例性应用中,当显示器中的透镜阵列与成像系统中的透镜阵列不同时,该几何关系是正确地将捕获的EIA转换成显示的EIA的关键基础。

然而,在多种情况下,该几何关系与理论设计所预测的几何关系不同。IIS的实际实施中的各种原因(例如,非中心光学象差、光学系统的不完美的制作、硬件设置的失配)均可导致这种几何关系的不同。

当集成成像系统与所有的设计需求完全匹配时,集成成像系统的设计参数可用于描述实际的成像构成。然而,这通常导致对制造精度有非常高的要求,从而使集成成像系统非常昂贵。另一方面,可通过标定来对各种不完美的系统误差进行建模和补偿。

由于标定是决定多种3D应用的精度的关键,所以对成像/相机标定有许多前期工作。然而,现有的标定方法大多是基于小孔相机模型假设,这些方法难以描述更加复杂的成像过程。具体地讲,通常在IIS的微透镜阵列中使用的球面透镜是一种非中心光学元件,这种元件的成像过程不能用小孔相机模型来适当地描述。在图3的(a)中示出了通过球面透镜的成像过程,其中,平行入射光线相交在光轴上的一个区间,而非在单个点上相交。因此,通过该透镜的光线相交于空间中的一个区域,而不是在一个点相交。在集成成像系统中,如图3的(b)所示,位于透镜阵列外围位置的透镜的主光线是倾斜的,这引起图像形成中的不对称和额外的复杂度。

美国专利US6437823B1描述了一种标定数码相机的方法,这种方法被很多相机标定的工作使用。该方法是使用计算机实现的,只需要处理对一个平面标定物在不同位置拍摄的几幅图像,而这些图像的拍摄位置参数无需用户提供。在处理算法中假设了中心(小孔)相机模型,该中心相机模型可在现有的大多数相机中使用。然而,当集成成像系统中使用的透镜阵列包括球面透镜时,无法通过中心相机模型来完整地描述成像几何,如图3所示。

美国专利US20110026910A1描述了一种用于光场相机的标定方法。该方法通过估计目标图像和参考图像之间的2D图像变换来校正失真,但没有明确地表示3D成像几何。在2004年的计算机视觉和模式识别会议(CVPR)的研究论文中提出了对用于通过使用平面加视差架构捕获光场的相机阵列进行标定的方法。该方法适合于对位于平面上的相机阵列进行标定,并且需要假设每个相机为中心(小孔)相机。这种标定方法没有完全描述成像的几何过程,标定结果与真实情况存在一个不确定的仿射变换。

最近,2011年的美国光学学会学报(JOSA)刊登的研究论文引入了通用相机模型来标定集成成像系统,该标定方法需要使用光学平台,并且需要的标定图像的数量大。

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