1 中国科学院南京天文光学技术研究所，江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室（南京天文光学技术研究所），江苏 南京 210042
3 中国科学院大学，北京 100049
对于分布在曲面物体表面的纹理图案，为方便全面展示和后续使用，常需要将其从曲面表面提取出来并展平。因此，提出基于光场相机的曲面纹理展平方案，利用聚焦型光场相机获得高分辨曲面纹理图像和无需额外配准的深度图，并针对此方案设计曲面纹理展平算法。该算法将曲面纹理图像划分为多个有重叠的局部纹理图像，基于拟合平面法向量对局部纹理失真进行校正，最后将校正后的局部纹理图像拼接为完整的展平纹理图像。经仿真实验和真实实验验证，所提曲面纹理展平算法可以有效展平不同曲面上分布的多种纹理，并且在纹理图像质量差异和深度测量误差方面具备一定的鲁棒性。
纹理展平 光场相机 透视校正 图像拼接 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2410012
天津理工大学 计算机科学与工程学院 教育部视觉与系统重点实验室，天津 300384
光场相机作为一种新型的成像系统，可以直接从一次曝光的图像中得到三维信息。为了能够更充分有效地利用光场数据包含的角度和位置信息，完成更加精准的场景深度计算，从而提升光场相机的三维重建的精度，需要实现精确的几何建模，并精确标定其模型参数。该方法从薄透镜模型和小孔成像模型出发，将主透镜建模为薄透镜模型，将微透镜建模为小孔成像模型，结合光场相机双平面模型，将每个提取到的特征点与其在三维空间中的射线建立联系，详细解释了内参矩阵中每个参数的物理意义，以及标定过程中初值确定的过程，并在镜头径向畸变模型的基础上进一步应用了相机镜头的切向畸变模型以及基于射线重投影误差的非线性优化方法，改进了光场相机的标定方法。实验显示，该方法的RMS射线重投影误差为0.332 mm，与经典的Dansereau标定方法相比，进行非线性优化后得到的射线重投影误差精度提升了8%。该方法详细分析的场景点与特定像素索引的推导过程对光场相机的标定具有重要的研究意义，为光场相机光学模型的建立与初始化标定奠定了基础。
机器视觉 光场相机 重投影误差 相机标定 镜头畸变 machine vision light field camera reprojection error camera calibration lens distortion 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220326
1 西南科技大学信息工程学院, 四川 绵阳 621000
2 西北工业大学计算机学院, 陕西 西安 710129
现有光场相机水下标定方法的缺乏限制了光场成像技术在水下等折射场景中的应用。针对这一问题,分别基于多层平面折射模型与多投影中心模型对典型水下场景中光场相机的场景光路与相机光路进行建模,并对相应水下标定参数进行估计。利用平面折射几何约束对光场相机的水下标定参数进行线性初始化估计,并在考虑真实光场相机内部光路畸变的条件下,基于最小化重投影误差对水下标定参数进行非线性优化。设计了模拟场景与真实水下场景的定量标定实验对所提方法的有效性进行验证。结果表明,所提方法能够较精确地对水下标定参数进行估计。在多次真实水下场景实验中,折射面法向量方向误差均小于0.8°,折射面距离误差均小于3%。定量对比实验结果表明,相较单视水下标定方法,由于所提方法利用了光场相机的多视特性,故其标定结果与真实值更为接近。
机器视觉 标定 水下相机标定 光场 光场相机 平面折射几何 光学学报
2022, 42(12): 1215001
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
在光场相机的各种应用中,光场的解码和重构都是必不可少的环节。光场相机的结构参数和装配误差的标定对于光场的解码和重构精度至关重要。鉴于此,提出基于光学检测原理的光场相机标定方法,标定过程分为有主镜标定和无主镜标定两部分。结构参数的标定是在有主镜情形下完成的,利用微透镜对主镜出瞳成像的关系构建结构参数标定模型,标定过程中采用均匀光照明主镜光瞳来获得标定图像。装配误差的标定是在无主镜情形下完成的,利用微透镜对无穷远物点的成像特性构建装配误差标定模型,标定过程中采用准直光直接照射微透镜阵列来获得标定图像。采用所提方法对自装配的光场相机进行标定实验,实验结果验证标定模型的正确性和标定方法的可行性。
测量 计算成像 光场相机 结构参数 装配误差 标定 光学检测 中国激光
2021, 48(20): 2004001
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
指纹具有的唯一性和终身不变性使其在刑侦检测和身份识别等领域具有广泛应用。传统指纹提取方式会破坏原始指纹,因此,近年来多采用刑侦取证相机对指纹进行拍摄、提取。针对一次拍摄不能得到曲面客体表面指纹清晰图像的问题,将计算光场成像引入曲面客体表面指纹的提取中。首先,根据指纹拍摄场景设计指纹光场相机,利用数字重聚焦算法得到指纹图像堆栈;然后,基于图像清晰度评价的图像融合算法得到曲面上各处都清晰的指纹图像。实验结果表明,本方法设计的指纹光场相机及处理算法可以有效提取位于曲面客体表面的指纹。
成像系统 计算成像 光场相机 指纹提取 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811024
针对双弹丸之间存在部分遮挡引起成像重合，导致传统相机对目标参数识别困难的问题，提出了一种基于光场成像的双弹丸重合成像识别方法。采用光场相机作为探测装置，根据光场相机保存的光线四维参数，应用焦点堆栈法实现对目标成像中每个像素点的深度估计。通过对双弹丸部分遮挡时成像特征的分析，发现成像重合边缘处相邻像素点间存在深度差值变化较大的特点，结合卡尔曼滤波方程，建立基于深度变化趋势的边缘检测算法模型，解决了弹丸成像的重合问题。通过对光场相机进行模拟实验发现: 目标间存在遮挡现象时，光场相机能有效检测成像的重合边缘，为光场相机准确识别目标数目及位置奠定了基础。
光场相机 重聚焦 深度估计 卡尔曼滤波 light field camera refocus depth estimation Kalman filter
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
光场成像拓展了经典光学成像的信息维度,为成像技术的提升和突破提供了更多的可能性,是计算成像领域的重要研究内容。光场携带了目标和场景的三维信息,通过对光场数据进行合理的建模和处理可以实现三维成像。光场三维成像技术可概括为光场深度估计和光场三维重建两大类。对于光场深度估计,根据深度计算的不同机理分为基于多视点立体的方法与基于极平面图的方法;对于光场三维重建,根据是否采用结构光照明分为主动和被动光场三维重建。简要介绍了光场的基本理论并回顾了常见的光场采集系统,分类介绍了光场三维成像的关键技术和典型工作并进行了技术展望。
计算成像 光场成像 三维成像 光场相机 全光函数 极平面图 中国激光
2021, 48(12): 1209001
1 海军航空大学, 山东 烟台 264001
2 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
3 国防科技大学计算机学院, 湖南 长沙 410073
聚焦型光场相机在运动恢复结构(SFM)和场景重建等领域中的作用日益显现。但是传统SFM算法因聚焦型光场相机具有特殊的结构而难以直接应用。针对这一问题,提出一种完整的聚焦型光场相机等效多目相机模型。在此基础上,利用传统多目相机的SFM算法,给出了适用于聚焦型光场相机的位姿估计算法示例和点云三角化算法示例。最后,通过仿真实验和真实场景重建实验验证了本文等效多目相机模型和SFM算法的正确性,进而表明聚焦型光场相机的SFM问题可以等价为多目相机的SFM问题。
机器视觉 聚焦型光场相机 多目相机模型 运动恢复结构 场景重建 位姿估计 三角化
红外与激光工程
2020, 49(10): 20201043
