基于双相机阵列的合成孔径目标多视角成像方法

摘要

本发明公开了一种基于双相机阵列的合成孔径目标多视角成像方法，用于解决现有目标成像方法成像精度低的技术问题。技术方案是采用前后对称的双面棋盘标定板，选定两相机阵列平面的交线作为所有聚焦平面簇的交线，利用Scheimpflug布局对双相机阵列进行标定，依据各相机投影在聚焦平面的方差对各个深度合成孔径图像进行统计，最终获得目标所在最优聚焦平面的成像结果。在充分利用多视角信息的基础上，不依赖于目标状态信息，解决多个相机阵列联动时合成孔径目标成像问题，即在一定的范围内，用双相机阵列的互信息共享，实现目标多视角成像，提高了目标间深度差距较小时成像的精度。

主权项

一种基于双相机阵列的合成孔径目标多视角成像方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、采用前后对称的双面棋盘标定版，选定两相机阵列平面的交线作为所有聚焦平面簇的交线，利用Scheimpflug配置对双相机阵列进行标定；平面π_r为选定的参考平面，k为两相机阵列平面的交线；利用双面黑白格对称标定板，分别在距平面π_r，不同角度且均相交于k的若干平面上对双相机阵列进行标定，获得相机间距离参数ΔX，应用公式(1)得到视差Δp$\Delta p=\Delta X·\frac{\theta -r}{\theta },---\left(1\right)$式中，θ为任意平面与某一相机阵列的夹角大小，r为参考平面与该相机阵列的夹角；基于视差，将各相机阵列聚焦平面，投影至相交于直线k的平面簇上，应用公式(2)获得在穿过k任意倾斜角度平面的合成孔径成像结果$i_i^{\theta }=I_i^r(m+\Delta p).---\left(2\right)$式中，为相机阵列中各视角投影在参考平面π_r的投影图像N为单相机阵列中的相机数目，i为相机序号；步骤二、采用基于方差的合成孔径成像算法对各个深度合成孔径图像进行统计，应用公式(3)计算各视角各对应像素m的方差$\mathrm{var}\left(m\right)=\frac{1}{N}{\Sigma }_{i=1}^N{\left(I_i^{\theta }\right(m)-u_i^{\theta }(m\left)\right)}^2,---\left(3\right)$其中$u_i^{\theta }\left(m\right)=\frac{1}{N}{\Sigma }_{i=1}^N{I}_i^{\theta }\left(m\right).---\left(4\right)$式中，为聚焦角度θ上对应m点的均值；设一个角度范围为D；在统计的基础上，当焦平面接近最优聚焦角度时，目标上对应像素点m的方差将会越接近于H，H为一接近于0的值，应用公式(5)得到m在角度θ的标记值$f_m^{\theta }=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{var}\left(m\right)<H\\ 0& otherwise\end{array}\right.,---\left(5\right)$在当前存在目标区域范围内，搜索角度范围中最优角度是D中具有最小方差的角度，即d＝arg min_D{var(I)}.  (6)式中，d为某一相机阵列在探测区域D中的最优角度；步骤三、从每个相机的参考视角中的位置确定合成孔径成像中的各像素值；$I_i^r\left(m\right)=I_i^r(m-\mathrm{\Delta p}).---\left(7\right)$通过被标记的合成孔径成像得到每个相机视角在不同深度的被标记的参考平面图像；再应用公式(8)将参考平面上每个相机视角的所有深度范围内的标记单独融合；式中，&&表示在同一位置不同深度的每个标记的与操作；f表示某像素点的标记，若θ从0到π，中有一个标记为0，则为0，否则为1；将被标记的参考图像投影至第二相机阵列目标平面；计算每个相机视角的图像的平均值并去除被标记为0的像素；通过应用公式(9)去除遮挡后得到最终的透视结果；式中，为最终的透视结果。