CN115514950A - 微透镜光场采集方法、***、电子装置及计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了微透镜光场采集方法、***、电子装置及计算机可读介质，属于光场成像技术领域，要解决的技术问题为如何对目标物进行三维重构。包括如下步骤：在3Ds Max软件中创建目标物；调用3DsMax的相机拍照功能，通过相机模拟阵列数为N*N的微透镜阵列对目标物进行采样成像；基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，相机的每次移动都对应微透镜阵列中的单个微透镜，得到N*N个尺寸相同的单元图像；将所述N*N个单元图像拼合为一个图像，得到拼合图像；在3Ds Max软件中，对于每个坐标位置，从每个单元图像中抽取所述目标位置对应的图像合成子孔径图像，每个坐标位置对应一个子孔径图像。

Description

微透镜光场采集方法、***、电子装置及计算机可读介质
技术领域
本发明涉及光场成像技术领域，具体地说是微透镜光场采集方法、***、电子装置及计算机可读介质。
背景技术
随着社会的发展以及数码产品大量的普及，多维可视化信息获取技术在医学图像、卫星测绘、手机相机等领域中倍受人们的关注。然而，传统成像存在许多缺陷。首先，传统成像技术仅能够得到一个物面上的信息，是空间三维光线在二维平面上的投影信息，从而丢失了其他维度上的光学信息。其次，传统成像只能探测到单个物面上的二维强度信息，为了得到不同深度的清晰图像，只能通过机械调焦的方式得到该物面上的清晰图像，从而影响了信息获取的实时性。
如何对目标物进行三维重构，是需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足，提供微透镜光场采集方法、***、电子装置及计算机可读介质，来解决如何对目标物进行三维重构的技术问题。
本发明的一种微透镜光场采集方法，在3Ds Max中模拟微透镜阵列对目标物采样图像，所述方法包括如下步骤：
在3Ds Max软件中创建目标物；
调用3DsMax的相机拍照功能，设置相机参数、并将相机拍照轨迹设置为矩形，以通过相机模拟阵列数为N*N的微透镜阵列对目标物进行采样成像；
基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，相机的每次移动都对应微透镜阵列中的单个微透镜，得到N*N个尺寸相同的单元图像；
将所述N*N个单元图像拼合为一个图像，得到拼合图像；
在3Ds Max软件中，对于所述N*N个单元图像，单元图像之间的位置坐标一致，对于每个坐标位置，从每个单元图像中抽取所述目标位置对应的图像合成子孔径图像，每个坐标位置对应一个子孔径图像。
作为优选，所述相机参数包括焦距、视野、口径和远距范围；
所述相机拍照轨迹包括起点坐标、终点坐标以及移动步长，所述移动步长为微透镜阵列中每行相邻两个微透镜的中心距离。
作为优选，基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，并设置图像的比例为1：1，图像像素大小为N*N。
第二方面，本发明的一种微透镜光场采集***，通过如第一方面任一项所述的微透镜光场采集方法模拟采集光场图像，所述***包括：
目标物构建模块，所述目标物构建模块用于在3Ds Max软件中创建目标物；；
微透镜阵列配置模块，所述微透镜阵列配置模块用于调用3DsMax的相机拍照功能，设置相机参数、并将相机拍照轨迹设置为矩形，以通过相机模拟阵列数为N*N的微透镜阵列对目标物进行采样成像；
采集模块，所述采集模块用于基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，相机的每次移动都对应微透镜阵列中的单个微透镜，得到N*N个尺寸相同的单元图像；
拼合模块，所述拼合模块用于将所述N*N个单元图像拼合为一个图像，得到拼合图像；
子孔径图像构建模块，用于在3Ds Max软件中，对于所述N*N个单元图像，单元图像之间的位置坐标一致，对于每个坐标位置，所述子孔径图像构建模块从每个单元图像中抽取所述目标位置对应的图像合成子孔径图像，每个坐标位置对应一个子孔径图像。
作为优选，所述相机参数包括焦距、视野、口径和远距范围；
所述相机拍照轨迹包括起点坐标、终点坐标以及移动步长，所述移动步长为微透镜阵列中每行相邻两个微透镜的中心距离。
作为优选，所述采集模块用于基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，并设置图像的比例为1：1，图像像素大小为N*N。
第三方面，本发明的电子装置，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；
所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；
所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行权利要求1至 3中任一所述的方法。
第四方面，本发明的计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行第一方面任一所述的方法。
本发明的微透镜光场采集方法、***、电子装置及计算机可读介质具有以下优点：
1、在光场成像理论的基础上，探索性地使用3Ds Max软件将微透镜阵列与传统成像***相结合以设计光场成像***，并模拟采集光场图像，实现了光场图像的无串扰、高分辨、快速获取，为光场成像技术的研究提供了一种高效率的仿真手段；
2、对采集光场图像进行处理，对于每个坐标位置，从每个单元图像中抽取所述目标位置对应的图像合成子孔径图像，实现光场图像的重构，通过比较子孔径图像可以看出，不同视角的子空间图像略有不同，根据这些细微的不同点，在后续中可以根据视差信息获取三维物体到摄像机的距离。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为实施例1一种微透镜光场采集方法的流程框图；
图2为实施例1一种微透镜光场采集方法中在3Ds Max软件中光场采集原理图；
图3为实施例1一种微透镜光场采集方法中在3Ds Max软件中不同视角的目标物建模图；
图4为实施例1一种微透镜光场采集方法中在3Ds Max软件中拍照顺序示意图；
图5为实施例1一种微透镜光场采集方法中在3Ds Max软件中采集到的部分图像阵列；
图6为实施例1一种微透镜光场采集方法中拼合成光场图及局部放大图；
图7为实施例1一种微透镜光场采集方法中子孔径图像合成示意图；
图8为实施例1一种微透镜光场采集方法中不同视角的图像重建结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
本发明实施例提供微透镜光场采集方法、***、电子装置及计算机可读介质，用于解决如何对目标物进行三维重构的技术问题。
实施例1：
本发明一种微透镜光场采集方法，在3Ds Max中模拟微透镜阵列对目标物采样图像，所述方法包括如下步骤：
S100、在3Ds Max软件中创建目标物；
S200、调用3DsMax的相机拍照功能，设置相机参数、并将相机拍照轨迹设置为矩形，以通过相机模拟阵列数为N*N的微透镜阵列对目标物进行采样成像；
S300、基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，相机的每次移动都对应微透镜阵列中的单个微透镜，得到N*N个尺寸相同的单元图像；
S400、将所述N*N个单元图像拼合为一个图像，得到拼合后光场图像；
S500、在3Ds Max软件中，对于所述N*N个单元图像，单元图像之间的位置坐标一致，对于每个坐标位置，从每个单元图像中抽取所述目标位置对应的图像合成子孔径图像，每个坐标位置对应一个子孔径图像。
本实施例的方法利用3Ds Max建立了三维目标模型，通过建立虚拟的微透镜阵列，实现微透镜光场图像的无串扰、高分辨、快速获取，为光场成像技术的仿真研究提供了一种高效率的仿真手段。并对采集的图像进行处理，实现不同视角图像的重构。
基于微透镜阵列的光场成像技术，在微透镜阵列中的每个单元透镜都从不同的方向记录目标物体的部分信息，目标物体空间中的任何点处的视差信息分布在整个图像传感器平面中并被存储和记录。
基于微透镜阵列的光场成像***是通过微透镜阵列记录通过主透镜不同采样位置的图像信息，可以等效地看成是在光学***的平面放置一个微型相机阵列。3Ds Max软件是一款用于三维动画场景制作的软件，在3Ds Max软件中设置摄像机参数与轨迹可以来模拟微透镜阵列的拍照功能。图2即为在3Ds Max 软件中光场采集原理图。
在步骤S100基于3Ds Max的微透镜光场采集原理，在3Ds Max中创建了一个三维模型，该模型来仿真光场成像采集过程。
组为具体案例，在该模型中，创建了三个立体的汉字文本(‘许’，‘春’，‘涛’)来作为供采集的三维物体，其中，‘许’在模型中的坐标为(25mm,10mm,43mm)，‘春’在模型中的坐标为(33mm,25mm,28mm)，‘涛’在模型中的坐标为(40mm,-2mm,15mm)。三个汉字文本在3DsMax软件中的摆放位置如图3所示，图3(a)和图(b)分别是在3Ds Max中不同的视角图。
基于步骤S200中在3DsMax中建立虚拟的微透镜阵列，设置相机参数、并将相机拍照轨迹设置为矩形，相机拍照轨迹包括起点坐标、终点坐标以及移动步长，移动步长为微透镜阵列中每行相邻两个微透镜的中心距离。
作为具体案例，在三个文本前方设置了“自由摄影机”，模拟主镜头的采样成像，即微透镜下的对应的方向信息。设置自由摄影机的拍照轨迹为矩形，其中起点为(0mm,-12.5mm,0mm)，终点为(0mm,-12.5mm,48mm)，移动步长为 240um，即模拟阵列数为200*200的微透镜阵列。相机的拍照顺序如图3所示。设置相机的基本参量为：焦距228.6mm，视野10度，远距范围45mm。在该仿真过程中，相机参数对应到单个微透镜的参数为：焦距228.6mm，口径240um。
在步骤S300中，利用3Ds Max软件的相机拍照功能，用相机捕捉三维物体的图像，设置图像的比例以及图像像素大小为1：1，图像像素大小为200*200。相机的每次移动都对应微透镜阵列中的单个微透镜，图4中每一行都是相邻子透镜所成的图像，由于相邻透镜对物体同一位置的视角不同，每个微透镜所成的图像也略有差别。
上述得到的N*N个单元图像都是单个的，不便于做图像处理，因此需要通过步骤S400将这些图像整合成一幅图像，得到一个拼合后光场图像。
作为具体案例，在Matlab中编写算法，对200*200幅图像进行处理得到拼合而成的图像，如图5所示。
步骤S500对拼合后光场图像做进一步的处理，抽取拼合后光场图像中每幅单元图像相同位置坐标的图像合成子孔径图像，子孔径图像合成示意图如图6 所示。
作为具体案例，将在Matlab中经过处理得到的拼合图像做进一步的处理，抽取拼合图像中每幅图像相同点合成子孔径图像，子孔径图像合成示意图如图 6所示。
按照子孔径图像的合成过程，在Matlab中编写程序，对由在3Ds Max软件中的到的光场图进行处理，得到不同视角的子孔径图像如图7所示。
由图8(a)，(b)，(c)和(d)中可以观察到，在汉字‘许’的同一位置处其像素坐标不同，即对于同一物体的不同位置，由于视角不同，重建的图像会存在差异。
实施例2：
本发明一种微透镜光场采集***，包括目标物构建模块、微透镜阵列配置模块、采集模块、拼合模块以及子孔径图像构建模块，该***通过实施例1公开的方法模拟采集光场图像进行图像重构。
本实例***利用3Ds Max建立了三维目标模型，通过建立虚拟的微透镜阵列，实现微透镜光场图像的无串扰、高分辨、快速获取，为光场成像技术的仿真研究提供了一种高效率的仿真手段。并对采集的图像进行处理，实现不同视角图像的重构。
目标物构建模块用于在3Ds Max软件中创建目标物。在执行过程中，该目标物构建模块基于3Ds Max的微透镜光场采集原理，在3Ds Max中创建了一个三维模型，该模型来仿真光场成像采集过程。
微透镜阵列配置模块用于调用3DsMax的相机拍照功能，设置相机参数、并将相机拍照轨迹设置为矩形，以通过相机模拟阵列数为N*N的微透镜阵列对目标物进行采样成像。
相机参数包括焦距、视野、口径和远距范围；相机拍照轨迹包括起点坐标、终点坐标以及移动步长，所述移动步长为微透镜阵列中每行相邻两个微透镜的中心距离。
在具体实施过程中，在模型前方设置了“自由摄影机”，模拟主镜头的采样成像，即微透镜下的对应的方向信息。设置自由摄影机的拍照轨迹为矩形，并设置起点坐标、终点坐标、移动步长，即模拟阵列数N*N的微透镜阵列。并设置相机的基本参量为：焦距、视野、远距范围、。在该仿真过程中，相机参数对应到单个微透镜的参数为：焦距、、口径(对应移动步长)。
采集模块用于基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，相机的每次移动都对应微透镜阵列中的单个微透镜，得到N*N个尺寸相同的单元图像。
采集模块用于基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，并设置图像的比例为1：1，图像像素大小为N*N。
拼合模块用于将所述N*N个单元图像拼合为一个图像，得到拼合光场图像。在具体实施过程中，可在Matlab中编写算法，对N*N幅图像进行处理得到拼合而成的图像。
在3Ds Max软件中，对于所述N*N个单元图像，单元图像之间的位置坐标一致，对于每个坐标位置，所述子孔径图像构建模块从每个单元图像中抽取所述目标位置对应的图像合成子孔径图像，每个坐标位置对应一个子孔径图像。在具体实施中，可在Matlab中经过处理得到的拼合图像做进一步的处理，抽取拼合图像中每幅图像相同点合成子孔径图像。
实施例3：
本发明一种电子装置，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行实施例1公开的方法。
实施例4：
本发明一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中公开的方法。具体地，可以提供配有存储介质的***或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该***或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如 CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作***等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到***计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
需要说明的是，上述各流程和各***结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的***结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
以上各实施例中，硬件单元可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC) 来完成相应操作。硬件单元还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。
上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微透镜光场采集方法，其特征在于在3Ds Max中模拟微透镜阵列对目标物采样图像，所述方法包括如下步骤：
在3Ds Max软件中创建目标物；
调用3DsMax的相机拍照功能，设置相机参数、并将相机拍照轨迹设置为矩形，以通过相机模拟阵列数为N*N的微透镜阵列对目标物进行采样成像；
基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，相机的每次移动都对应微透镜阵列中的单个微透镜，得到N*N个尺寸相同的单元图像；
将所述N*N个单元图像拼合为一个图像，得到拼合后光场图像；
在3Ds Max软件中，对于所述N*N个单元图像，单元图像之间的位置坐标一致，对于每个坐标位置，从每个单元图像中抽取所述目标位置对应的图像合成子孔径图像，每个坐标位置对应一个子孔径图像。
2.根据权利要求1所述的微透镜光场采集方法，其特征在于所述相机参数包括焦距、视野、口径和远距范围；
所述相机拍照轨迹包括起点坐标、终点坐标以及移动步长，所述移动步长为微透镜阵列中每行相邻两个微透镜的中心距离。
3.根据权利要求1所述的微透镜光场采集方法，其特征在于基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，并设置图像的比例为1：1，图像像素大小为N*N。
4.一种微透镜光场采集***，其特征在于通过如权利要求1-3任一项所述的微透镜光场采集方法模拟采集光场图像，所述***包括：
目标物构建模块，所述目标物构建模块用于在3Ds Max软件中创建目标物；
微透镜阵列配置模块，所述微透镜阵列配置模块用于调用3DsMax的相机拍照功能，设置相机参数、并将相机拍照轨迹设置为矩形，以通过相机模拟阵列数为N*N的微透镜阵列对目标物进行采样成像；
采集模块，所述采集模块用于基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，相机的每次移动都对应微透镜阵列中的单个微透镜，得到N*N个尺寸相同的单元图像；
拼合模块，所述拼合模块用于将所述N*N个单元图像拼合为一个图像，得到拼合光场图像；
子孔径图像构建模块，在3Ds Max软件中，对于所述N*N个单元图像，单元图像之间的位置坐标一致，对于每个坐标位置，所述子孔径图像构建模块从每个单元图像中抽取所述目标位置对应的图像合成子孔径图像，每个坐标位置对应一个子孔径图像。
5.根据权利要求4所述的微透镜光场采集***，其特征在于所述相机参数包括焦距、视野、口径和远距范围；
所述相机拍照轨迹包括起点坐标、终点坐标以及移动步长，所述移动步长为微透镜阵列中每行相邻两个微透镜的中心距离。
6.根据权利要求4所述的微透镜光场采集***，其特征在于所述采集模块用于基于3DsMax的相机拍照功能，调用相机捕捉目标物的图像，并设置图像的比例为1：1，图像像素大小为N*N。
7.电子装置，其特征在于，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；
所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；
所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行权利要求1至3中任一所述的方法。
8.计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行权利要求1至3任一所述的方法。
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