[发明专利]一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法

说明书

本发明涉及一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法，包括多视角元素图像的获取和三维图像重建两个过程：多视角元素图像的获取过程包括：利用双楔形棱镜对光束的折射效果，保持相机和第一棱镜静止不动，通过将第二棱镜沿着光轴的一维运动，间歇性获取作为3D场景的目标物的横向透视和纵向透视的多视角元素图像；三维图像重建过程包括：根据反投影算法，将所记录的元素图像通过虚拟针孔反投影到虚拟空间场景中，并将放大和移位的元素图像叠加在同一重建平面上，选取新重叠区域的像素平均值以形成三维图像重建图像。与现有技术相比，本发明提供了空间场景集成成像实时动态显示的一种途径，丰富了集成成像技术的应用。

技术领域

本发明涉及集成成像技术，尤其是涉及一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法。

背景技术

集成成像技术是利用微透镜阵列对空间场景进行记录并再现出空间场景的3D图像技术，它包括记录和再现两个过程：记录过程利用一个记录微透镜阵列对物体空间场景的三维信息进行获取；再现过程则利用再现微透镜阵列通过光路可逆原理，在观看空间重建出三维场景。

为了获得高分辨率的记录图像，在先技术(Jang J S,Javidi B.Three-dimensional synthetic aperture integral imaging[J].Optics Letters,2002,27(13):1144-6.)中提出了合成孔径式集成成像(SAII)技术，通过子集成成像系统的移动有效获得扩大的孔径(或视场)，该系统大大增加了视场和观看分辨率；在先技术(Javidi B,Daneshpanah M,Schulein R.3D imaging with axially distributed sensing[J].Optics Letters,2009,34(13):2012-4.)中提出了轴向分布式感测(ADS)技术，在这种轴向分布的传感方法中，单个相机沿其光轴平移，或者物体平行于单个相机的光轴移动。

这两种技术都利用相机的移动来实现图像的记录，然而这些方法的图像记录区域有限，且记录的图像仅包含横向(或纵向)的透视信息，再加上相机空间位置和光轴方向在移动过程中难以精确控制，相机阵列采用的相机数量过大，所以无法满足空间场景集成成像实时动态显示的要求，从而极大地限制了集成成像技术的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于双楔形棱镜的轴向分布式三维成像方法，所述双楔形棱镜包括呈中心对称布置的第一棱镜和第二棱镜，单个相机位于第一棱镜的一侧，目标物位于第二棱镜的一侧，第一棱镜与光轴的交点处设有虚拟针孔，该方法包括多视角元素图像的获取和三维图像重建两个过程：

所述多视角元素图像的获取过程包括：利用双楔形棱镜对光束的折射效果，保持相机和第一棱镜静止不动，通过将第二棱镜沿着光轴的一维运动，间歇性获取作为3D场景的目标物的横向透视和纵向透视的多视角元素图像；

所述三维图像重建过程包括：根据反投影算法，将所记录的元素图像通过虚拟针孔反投影到虚拟空间场景中，并将放大和移位的元素图像叠加在同一重建平面上，选取新重叠区域的像素平均值以形成三维图像重建图像。

优选的，所述重建平面位于第二棱镜的一侧且其与第一棱镜平面侧的距离等于目标物与第一棱镜平面侧的距离，所述三维图像重建过程中选择第一张元素图像作为参考图像。

优选的，所述三维图像重建图像为：