[发明专利]一种针对光场阵列相机的焦外虚化重聚焦方法

说明书

本发明公开了一种针对光场阵列相机的焦外虚化重聚焦方法，首先采用现有的深度估计算法对当前场景的深度进行估计，得到当前场景的深度分布图。而后，基于深度估计的结果，按照光学虚化的模型来计算图像不同位置、不同深度值处所对应的模糊，得到焦外虚化图像。最后，本发明的算法将重聚焦过程的结果与计算虚化过程的结果进行融合，生成聚焦区域高信噪比，非聚焦区域柔和虚化的高质量重聚焦图像。本发明可以使光场阵列相机在实现重聚焦功能的基础上，解决了由于其角度稀疏采样导致的焦外高频混叠问题，改善了重聚焦图像的质量。

技术领域

本发明涉及图像处理、深度估计、光场计算成像领域，特别是一种针对光场阵列相机的焦外虚化重聚焦方法。

背景技术

近几年来，基于光场和计算成像理论的光场相机成为了研究的热点。它通过采集现实世界的光场，在单次曝光中就可以获得当前场景的三维信息，通过对采集到的数据进行处理，可以实现许多传统相机无法实现的功能。作为光场相机一个很重要的功能，重聚焦技术可以改变合成图像的焦点位置，使得图中只有某一深度附近的物体处于清晰的聚焦状态，而其他深度的物体处于模糊状态。重聚焦技术可以在光场相机一次曝光之后，通过改变相关参数，让场景中不同深度的物体分别处于聚焦状态。

微透镜型光场相机和相机阵列式光场相机作为两种不同结构的光场相机，在成像原理方面具有一定的差异。微透镜型光场相机是通过在主镜头和感光元器件中间设置微透镜阵列来获取来自当前场景不同方向的光线，在角度方向上采样较密，从而具有较高的角度分辨率。在重聚焦的过程当中，焦外区域能够较好地模拟大光圈光学相机的虚化效果，然而由于受相机主孔径的影响，微透镜型光场相机的孔径上限较小，虚化能力有限。阵列相机是在某一个区域布置若干独立的子相机形成一个阵列，来获取当前场景不同视角的投影，通过对采集到的子图像进行后期处理，也可以实现重聚焦等功能。阵列相机的等效孔径为阵列的尺寸，故相比于微透镜型相机，相机阵列的虚化更加明显。然而，相比于微透镜型光场相机，阵列相机在角度方向上采样较稀疏，角度分辨率也较低，直接采用现有的重聚焦方法，在焦外区域很容易因为高频分量混叠而造成光学失真，影响合成图像的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种针对光场阵列相机的焦外虚化重聚焦方法，避免现有重聚焦技术在焦外区域带来的失真，逼近光学相机的焦外虚化效果，提高重聚焦合成图像的质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种针对光场阵列相机的焦外虚化重聚焦方法，包括以下步骤：

1)估计当前场景的深度，得到当前场景的深度分布图；

2)计算深度分布图中焦外虚化弥散圆直径；

3)计算虚化的图像，得到外虚化图像；

4)计算重聚焦图像；

5)将焦外虚化图像I_blur与重聚焦图像I_refocus进行融合，得到最终的焦外虚化重聚焦融合图像I_fuse。

步骤2)中，焦外虚化弥散圆直径δ的表达式为：

其中，λ₀为期待聚焦位置的深度；λ为焦深；f为相机镜头的物理焦距；F为镜头拍摄光圈值。

步骤3)的具体实现过程包括：

1)输入阵列相机中心视角图像I_center，位移估计矩阵D_map，虚化系数K，指定聚焦处的位移值D₀；