基于引导升采样的光场重对焦系统研究

发布时间：2021-10-25 10:12

　　光场是计算摄影学领域中一个非常重要的主题。光场相机能捕获4D光场以实现真实的景深渲染,即重对焦。重对焦技术使摄影师在曝光后可以改变景深,从而当他们在选择要突出显示的对象时拥有更高的自由度。从光场数据中获取重对焦图像,通常需要花费大量的时间和空间,并且随着光场采集设备和超分辨率技术的发展,重对焦算法面临着更大的挑战。因此,本文提出对光场进行降采样,计算低分辨率的重对焦图像,然后将重对焦的图像升采样至原始分辨率,以提高计算速度并减少存储消耗。本文重点研究了低分辨率光场重对焦图像的升采样方法,提出了两种解决方案,主要做了以下的工作:（1）根据光场数据重对焦处理后的角度差异与散焦信息之间的关联,提出基于加权融合的光场重对焦图像升采样方法。该算法由计算运行重对焦后光场的宏像元图像标准差来估计图像各像素点的模糊程度,再根据处理得到的非均匀图将高分辨率中心图像与放大到相同分辨率的插值图像相融合,得到高分辨率的重对焦结果。为了评估所提出的方法,本文在合成光场数据集以及真实光场数据集上进行了实验。实验结果表明,该方法在时间和空间方面的成本较低,并且能够得到对焦处清晰,散焦处模糊的升采样重对焦图像。（2）... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光场图像

基于引导升采样的光场重对焦系统研究12型相机阵列PiCam[48]，由超薄的4×4传感器阵列构成，各自拥有1000×750像素的分辨率。这种光场相机比硬币还要小，可以集成到手机中。后来多传感器的采集形式继续朝着更小的尺寸发展，Lin等人提出使用5×5的显微镜阵列[49]来捕获微观物体的光场，分辨率分别是1024×768像素。综上所述，早期的多传感器阵列体积庞大且成本昂贵，针对这两个问题，这种光场采集方式正朝着更便携与更便宜的方向发展，并且相机分辨率也在不断增高。如图2.2所示是多传感器光场采集设备，从左至右依次是斯坦福128相机阵列、PiCam和光场显微镜。图2.2多传感器光场采集设备Figure2.2Multi-sensorlightfieldacquisitionequipment（二）多路复用采集多路复用的采集方式是指通过把角度域复用到空间域或频率域中，从而使四维光场数据编码到二维传感器上。其中空间多路复用方法为隔行扫描2D光场在传感器平面上的切片，而频率多路复用方法为对不同的2D光场切片编码到不同的频段内。图2.3全光相机结构图Figure2.3Theplenopticcameramodel斯坦福128相机阵列PiCam光场显微镜物体散射片主镜头场镜头微透镜阵列传感器

lson和Wang在1992年提出的全光相机原型[42]正是基于这种采集方法，如图2.3所示是全光照相机的光学系统结构图。2005年，斯坦福大学的Ng等人在全光相机原型上提出改进，设计了一台手持光场相机[9]，该设备在主镜头与传感器之间插入一个296×296的微透镜阵列。Georgiev等人在次年开发出一种一体式相机[50]，它使用由正方形透镜构成的4×5阵列来捕获低角度分辨率的光场，并应用插值技术对角度分辨率进行升采样。后来，光场技术逐渐走出实验室，出现了商业级别的光场相机，有用于工业、科研的Raytrix和面向普通消费者的Lytro，如图2.4所示。2019年，Lin提出了一种由60×60的金属阵列构成的全色光场相机[51]，可以在捕获多维光场信息的同时消除色差。其中的金属阵列由氮化镓（GaN）光学纳米天线[52]制成，包含的金属元直径为21.65μm。空间多路复用是最为广泛使用的光场采集方式，但它存在着不可避免的问题，那就是要受限于图像传感器的角度分辨率和空间分辨率之间的权衡。图2.4商业级光场相机Figure2.4Commercialgradelightfieldcameras频率多路复用方法通常是使用调制掩码在傅里叶域中实现某种属性。2007年，Veeraraghavan等人设计出的外差全光函数照相机[53]，是在传统相机光路中插入一个衰减掩膜来进行四维光场的采集，其在频域具有光场数据的特性，通过逆傅里叶变换可以从2D图像恢复4D光常2015年，Wang等人提出编码孔径相机[54]，增加两次压缩测量和一个掩膜，进一步提高了重建光场的质量。Antipa等人提供了一种扩散器编码的频率复用方式[55]，使用扩散器编码复用的空间与角度信息，从编码的2D图像中进行4D光场重建。（三）时间顺序采集时间顺序采集方法[56]是使用单个图像传感器多次曝光捕获光常这种方法RaytrixR29PIVLytroLytroILLUM

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空间三维物体重构的光场显示技术综述[J]. 谭祺瑞,路海明,卢增祥,吉吟东.  清华大学学报(自然科学版). 2018(09)
[2]基于全息光学的虚拟现实与增强现实技术进展[J]. 何泽浩,隋晓萌,赵燕,曹良才,金国藩.  科技导报. 2018(09)
[3]自适应成本量的抗遮挡光场深度估计算法[J]. 熊伟,张骏,高欣健,张旭东,高隽.  中国图象图形学报. 2017(12)
[4]光场成像技术及其在计算机视觉中的应用[J]. 张驰,刘菲,侯广琦,孙哲南,谭铁牛.  中国图象图形学报. 2016(03)
[5]Lytro相机的光场图像校正与重对焦方法[J]. 周文晖,林丽莉.  中国图象图形学报. 2014(07)
[6]光场成像技术进展[J]. 聂云峰,相里斌,周志良.  中国科学院研究生院学报. 2011(05)

博士论文
[1]光场成像技术研究[D]. 周志良.中国科学技术大学 2012



本文编号：3457188