[发明专利]一种光场距离估计方法

说明书

一种光场距离估计方法，包括：S1、标定成像系统并拍摄光场图像；S2、对光场图像进行重聚焦；S3、用距离估计模型获取重聚焦光场图像上待估计物体所在平面到成像系统距离的初始估计值；S4、获取成像系统参数，建立成像模型，模拟得到成像系统在初始估计值下的点扩散函数；S5、将点扩散函数和重聚焦光场图像反卷积得到待估计物体进一步清晰的光场图像；S6、采用距离估计模型来获取步骤S5得到的光场图像上待估计物体所在平面到成像系统的距离的估计值，并根据该估计值更新点扩散函数；S7、判断步骤S6得到的估计值是否满足收敛条件，若是则输出距离估计结果；若否，则以更新的点扩散函数和步骤S5得到的光场图像作为步骤S5中反卷积的对象，返回步骤S5。

技术领域

本发明涉及计算机视觉与数字图像处理领域，具体涉及一种光场距离估计方法。

背景技术

相机中使用的透镜都存在固有的、不可完全消除的光学像差，虽然通过缩小镜头光圈能够减小像差，但同时也会降低相机的通光量，导致成像质量下降。现有相机大多通过使用复杂透镜组来减小像差，如市面上的单反相机。虽然单反相机能够拍摄高分辨率、高质量的图像，但其使用的透镜组不仅会增加生产成本，还会增大相机自身的体积和重量，同时多个透镜还需要高精度的配准。光场相机因其能够获取场景的多维信息，在计算机视觉、机器人等领域得到广泛应用，其中利用光场进行测距逐渐成为研究者们关注的课题。光场相机也是通过使用镜头组来减小像差，且其在镜头组与传感器之间插入了一块微透镜阵列，因此可以记录物体的位置与方向信息。毋庸置疑，使用镜头组势必会增加光场相机的成本和体积，非常不便于携带。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种光场距离估计方法，该方法能够在一定精度范围内估计出物体到成像系统的实际距离，同时提高距离估计的精度。

本发明为达上述目的所提出的技术方案如下：

一种光场距离估计方法，包括以下步骤S1至S7：

S1、对光场成像系统进行标定，并拍摄初始光场图像；

S2、对所述初始光场图像进行重聚焦，以使初始光场图像聚焦到进行所述标定时得到的聚焦面上，形成重聚焦光场图像；

S3、采用距离估计模型来获取所述重聚焦光场图像上待估计物体所在平面到光场成像系统的距离的初始估计值；

S4、获取光场成像系统的参数，建立成像模型，模拟得到光场成像系统在所述初始估计值下的点扩散函数；

S5、将所述点扩散函数和所述重聚焦光场图像进行反卷积，得到所述待估计物体进一步清晰的光场图像；

S6、采用所述距离估计模型来获取步骤S5得到的光场图像上待估计物体所在平面到光场成像系统的距离的估计值，并根据该估计值更新所述点扩散函数；

S7、判断步骤S6得到的估计值是否满足预设的收敛条件，若是，则输出所述待估计物体的距离估计结果；若否，则以步骤S6更新的点扩散函数和步骤S5得到的光场图像作为步骤S5中反卷积的对象，返回步骤S5。

本发明提出的上述光场距离估计方法，首先将待处理的光场图像进行重聚焦，再对重聚焦的图像(具体是对待估计物体)进行不断地清晰化以及不断的距离估计，其中每迭代一次就更新一次点扩散函数和清晰化一次光场图像，使得距离估计值不断地逼近真实的距离值，最终得到在一定精度范围内，光场图像上待估计物体到光场成像系统的实际距离(而现有技术只能估计物体的相对远近程度)。

更进一步地，所述光场成像系统包括主镜头、微透镜阵列和传感器；其中，主镜头为一个单透镜，单透镜与微透镜阵列之间的距离固定，微透镜阵列与传感器之间的距离为单个微透镜的焦距。使用单透镜替代传统的镜头组，可以降低光场成像系统的体积和成本，即便单镜头的像差较镜头组的严重，但本发明的距离估计方法中采用反卷积操作可以去模糊，消除成像系统中单镜头带来的不良影响。