[发明专利]一种基于光场模型的多层折射系统成像模型构建方法

权利要求书

1.一种基于光场模型的多层折射系统成像模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101、构建多层折射模型的坐标系系统：构建摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c、折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r及世界坐标系o_wx_wy_wz_w；其中，所述摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c建立在摄像机的光心上，以光轴为z方向；折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r建立在摄像机的光心处，以介质平面的法向为z方向；摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c绕轴线o_cz_c×o_rz_r旋转至o_cz_c与o_rz_r重合得到折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r，从而得到从折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r到摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c的旋转矩阵^cR_r；

S102、根据图像点的坐标构建光场矢量，并根据折射系统的折射参数和光场的传播与折射方程计算每个介质层的光场矢量；其中，所述步骤S102中根据图像点的坐标构建光场矢量，包括：计算第一个介质层的光线方向，并构建光场矢量：

根据摄像机小孔成像模型，建立摄像机坐标系下物点P_c＝[X,Y,Z]^T与成像点m＝[u,v]^T的关系：

其中，K为相机的内参矩阵；

根据小孔成像模型，任意像素m决定一根通过光心和像素的光线，光线方向在摄像机坐标系下表示为：

该光线转换到折射系统成像坐标系为：

l_r＝^rR_cl_c＝^cR_r^-1l_c (3)

将该光线表示为光场：

S103、根据计算好的每个介质层的光场矢量构建多层折射系统的成像模型。

2.根据权利要求1所述的基于光场模型的多层折射系统成像模型构建方法，其特征在于，所述步骤S102中根据折射系统的折射参数和光场的传播与折射方程计算每个介质层的光场矢量，包括：光线在空间中传播用四维光场函数(u v s t)^T表示；光场在垂直光场平面上传播一定距离后的表达为：

光场折射的表达为：折射界面的法线与光场平面的法线平行，根据折射定律

其中，μ和μ′分别为入射层和折射层的折射率；

光线经过n层折射介质后光场的表达式为：

3.根据权利要求2所述的基于光场模型的多层折射系统成像模型构建方法，其特征在于，所述步骤S103包括：根据计算好的每个介质层的光场矢量构建多层折射系统的成像模型：

其中(s_i t_i)^T为经过i次折射后的光场方向；d_i为第i个介质层的厚度；[X_w Y_w Z_w 1]^T为物点在世界坐标系o_wx_wy_wz_w下的齐次坐标；[X_r Y_r Z_r 1]^T为物点在折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r下的齐次坐标；世界坐标系o_wx_wy_wz_w相对折射系统成像坐标系o_rx_ry_rz_r的姿态为^rR_w和位置为^rt_w。