[发明专利]压缩光场的物理重建方法

说明书

本发明提供的压缩光场的物理重建方法，包括(1)通过计算机生成多个随机矩阵，将随机矩阵组成大矩阵，将大矩阵打印到胶片上，生成物理掩膜；(2)将物理掩膜作为采集对象，通过移动设置在相机前的光阑获取掩膜图像，每个掩膜图像为一个投影矩阵p_i；通过对获取的投影矩阵p_i获取测量矩阵Φ；(3)将物理掩膜放置在相机的成像透镜之前形成掩膜相机，使用该掩膜相机拍摄一张编码图像，作为测量值y；(4)获取稀疏基Ψ和稀疏向量α；(5)通过压缩感知进行原始信号f的重建。本发明将掩膜放置在普通工业相机镜头前，通过一次拍摄，也可以实现多视角光场的重建。相比于掩膜放在相机镜头和CCD之间，该方法便利性更好，可以更容易实现掩膜相机。

技术领域

本发明涉及一种光场的重建方法，尤其涉及一种压缩光场的物理重建方法。

背景技术

空间中每一个点和每一个方向的辐射函数总和就是光场，然而光场数据很大，为光场的存储，传输带来了诸多不便。1936年Gershun提出光场的概念，1992年Adelson将提出了计算机视觉下的全光场理论，1996年Levory将光场进行参数化。

表示目前采集光场的方法主要有Ng发明的微透镜阵列式手持式光场相机、斯坦福大学相机阵列以及掩膜光场相机。相机阵列采用多个相机对同一个目标同时拍摄，但是其结构庞大，照价昂贵。微透镜方法是在传统相机的传感器前放置微透镜对光线再次分割成像以记录入射光线的强度和方向信息，但它是以牺牲图像的空间分辨率换取角度分辨率，即CCD分辨率在一定的情况下，虽然能获取更多的视角图像，却降低了图像的空间分辨率。这两种光场获取的方法都面临着庞大的光场数据的存储、传输以及计算带来的诸多不便。

光场记录所有信息，但是光场海量庞大的数据量为解决光场数据量大，用来计算带来的麻烦，2013年麻省理工大学的Kshitij Marwah将掩膜放置在成像透镜和CCD之间构造出一个掩膜相机。通过光场样本的过完备字典训练学习，利用压缩感知理论，实现了采集一次图像通过计算恢复出多视角光场。该方法是在普通相机内部加一个掩膜来对入射光线进行调制，它是一种高分辨率、高信噪比光场成像技术，它利用掩膜采集压缩光场结合压缩感知理论实现光场重建，可以利用重建出的光场实现重聚焦、深度估计以及三维重建等技术。在一定程度上解决了光场数据量大带来的问题。

发明内容

本发明提供一种掩膜相机制作简单、光场重建效果好的压缩光场重建方法，以解决现有技术存在的问题。

本发明采用以下技术方案：

压缩光场的物理重建方法，包括：

(1)通过计算机生成多个随机矩阵，将随机矩阵组成大矩阵，将大矩阵打印到胶片上，生成物理掩膜；

(2)将物理掩膜作为采集对象，通过移动设置在相机前的光阑获取掩膜图像，每个掩膜图像为一个投影矩阵p_i；通过对获取的投影矩阵p_i获取测量矩阵Φ；

其中，i∈(1，N)，N为正整数；

(3)将物理掩膜放置在相机的成像透镜之前形成掩膜相机，使用该掩膜相机拍摄一张编码图像，作为测量值y；

(4)获取稀疏基Ψ和稀疏向量α；

(5)通过压缩感知进行原始信号f的重建：

f＝Ψα

y＝ΦΨα＝Θα，

其中Θ是传感矩阵，表示测量矩阵Φ与稀疏基Ψ的乘积。

所述步骤(2)中，测量矩阵Φ＝[Φ₁Φ₂…Φ_q](Φ_i＝diag(P_i11P_i12…P_imm))；