基于微透鏡陣列的光場(chǎng)圖像深度估計(jì)研究.pdf

1、從圖像和視頻中恢復(fù)真實(shí)的深度信息是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的經(jīng)典問(wèn)題，在機(jī)器人學(xué)、目標(biāo)跟蹤、場(chǎng)景理解和三維重建中發(fā)揮重要作用。傳統(tǒng)相機(jī)僅部分記錄了真實(shí)世界在二維平面上的投影，難以反映實(shí)際場(chǎng)景的三維結(jié)構(gòu)，從而阻礙了圖像和視頻的深層次應(yīng)用。Lytro是一種新型的微透鏡陣列光場(chǎng)相機(jī)，同時(shí)捕獲光線的位置信息和角度信息，經(jīng)一次曝光可得到場(chǎng)景的多個(gè)視角、多組焦平面圖像。光場(chǎng)相機(jī)由于其易操作性、穩(wěn)定性、保留圖片的重塑性等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在圖像深度估計(jì)領(lǐng)域。

2、>　　光場(chǎng)是空間中任意點(diǎn)發(fā)出的任意方向的光線的集合。Lytro光場(chǎng)相機(jī)相較于傳統(tǒng)相機(jī)，在主透鏡和傳感器中間插入一片微透鏡陣列。來(lái)自物體上一點(diǎn)的光線通過(guò)主透鏡聚焦于某個(gè)微透鏡，而后經(jīng)該微透鏡分散出強(qiáng)度和方向分量，從而能記錄整個(gè)光場(chǎng)，將傳統(tǒng)的二維圖像擴(kuò)展到四維。然而Lytro相機(jī)設(shè)計(jì)者為了增大捕光率，將微透鏡元件按照六邊形排列，導(dǎo)致后期處理受到碼間串?dāng)_的影響，大大增加了提取子孔徑圖像和進(jìn)行數(shù)字重聚焦的難度，因此對(duì)原始光場(chǎng)圖像進(jìn)行校正是十分有

3、必要的。
　　根據(jù)以上問(wèn)題，本文重點(diǎn)研究Lytro圖像的正交變換，繼而探討場(chǎng)景深度估計(jì)算法。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)深入研究Lytro光場(chǎng)相機(jī)的硬件組成和成像機(jī)理，結(jié)合圖像處理知識(shí)，針對(duì)微透鏡元件的特殊排列方式，提出六邊形到正交排列的校正算法。將微透鏡與其覆蓋的傳感器像素對(duì)應(yīng)起來(lái)，從原始二維傳感器數(shù)據(jù)解碼得到四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)，以減少后期數(shù)據(jù)處理過(guò)程中碼間串?dāng)_的影響，并對(duì)算法從理論與實(shí)驗(yàn)兩方面進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(2)

4、根據(jù)“自由光場(chǎng)”與“像素光場(chǎng)”之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，提出基于“像素光場(chǎng)”的圖像重聚焦算法，在提高算法效率的同時(shí)減少操作的復(fù)雜性。利用Lytro光場(chǎng)相機(jī)數(shù)字重聚焦特性，結(jié)合可變窗口的清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，提出基于聚焦線索的光場(chǎng)圖像深度估計(jì)算法。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了該算法的有效性和正確性。
　　(3)利用Lytro光場(chǎng)相機(jī)子孔徑圖像之間的視差信息，結(jié)合引導(dǎo)濾波和圖像分割工具箱，提出基于亞像素精度的子孔徑圖像立體匹配算法。同時(shí)保證了最終深度圖的視