场景三维信息阵列式光学获取中元素图像阵列自校正方法

摘要

一种场景三维信息阵列式光学获取中元素图像阵列的自校正方法。主要解决的是元素图像阵列的自校正，为各种场景三维信息获取和应用提供了解决方案，以及可以提高裸眼三维显示效果。目前传统的校正方法需要在获取阶段通过在三维物体上附加标记来校正获取的元素图像，操作复杂，且仅适用可以附加标记的三维物体，无法大规模的推广应用。本发明通过深入分析阵列式光学器件获取的元素图像的特点，获得了元素图像中同名像点的位置满足等差关系的特性，并根据此特性实现了元素图像的自校正。该发明具有校正快速，无需获取端信息、无需辅助标记、方便快捷的优点。

主权项

一种场景三维信息阵列式光学获取中元素图像阵列的自校正方法，其特征在于，根据理想场景三维信息阵列式光学器件获取的元素图像中同名像点的特性，分析含有未知误差的光学器件获取的元素图像中同名像点的位置；根据理想元素图像中同名像点的特性来分析含有未知误差的元素图像中的同名像点的位置，并对含有未知误差元素图像的同名像点的位置进行自校正，该方法的具体步骤是：第一、理想透镜阵列获取的元素图像中同名像点的特性：理想的透镜阵列涉及到的参数如下：子透镜的焦距f和f'，子透镜横向间隔px，纵向间隔py，子透镜个数M×N，物体到位于竖直平面内的透镜阵列的距离l，位于(1,1)处的子透镜D(1,1)的空间坐标：(xD(1,1),yD(1,1),zD(1,1))，由此可以得到整个透镜阵列空间位置D(m,n)(x,y,z)的表述： D ( m , n ) ( x , y , z ) x D ( m , n ) = x D ( 1,1 ) + ( m - 1 ) × p x y D ( m , n ) = y D ( 1,1 ) + ( n - 1 ) × p y z D ( m , n ) = z D ( 1,1 ) 其中(xD(m,n),yD(m,n),zD(m,n))是指第(m,n)个子透镜的空间坐标，其中m∈(1,M)，n∈(1,N)；透镜阵列记录的三维物点O用O(xo,yo,zo)来表示，根据透镜成像原理，可以得到理想情况下，经过透镜阵列记录得到的元素图像的同名像点信息R(m,n)(x,y,z)： R ( m , n ) ( x , y , z ) = x R ( m , n ) = l ′ l × ( x O - x D ( m , n ) ) = l ′ l ( x O - x D ( 1,1 ) - ( m - 1 ) × p x ) + x D ( m , n ) y R ( m , n ) = l ′ l × ( y O - y D ( m , n ) ) = l ′ l ( y O - y D ( 1,1 ) - ( n - 1 ) × p y ) + y D ( m , n ) z R ( m , n ) = l ′ = l × f ′ f ′ - l = ( z O - z D ) × f ′ f ′ - ( z O - z D ) 其中(xR(m,n),yR(m,n),zR(m,n))是指透镜阵列记录得到的元素图像的同名像点的空间坐标，l'是指透镜阵列到元素图像阵列间的距离，zD是透镜阵列的z轴坐标；将记录得到的同名像点信息变换到以对应透镜阵列中各子透镜为零点的坐标系下，可以得到其相对坐标R'(m,n)(x,y,z)如下结果： R ′ ( m , n ) ( x , y , z ) = x R ′ ( m , n ) = l ′ l ( x O - x D ( 1,1 ) - ( m - 1 ) × p x ) y R ′ ( m , n ) = l ′ l ( y O - y D ( 1,1 ) - ( n - 1 ) × p y ) z R ′ ( m , n ) = l ′ 其中(xR'(m,n),yR'(m,n)，zR'(m,n))是指以第(m,n)子透镜中心为原点的坐标系中第(m,n)个子透镜记录得到的像点R'(m,n)(x,y,z)的相对坐标；对于经过透镜阵列记录得到的任一元素图像同名像点R(m,n)，其zR(m,n)的值均是唯一定值l，因此将记录得到的同名像点信息变换到以对应透镜阵列中各子透镜为零点的坐标系时，z轴坐标值不发生改变；对上式分析可以得到，物点O的同名像点的x坐标和y坐标在以对应子透镜中心为原点的坐标系下是一个等差数列，这个是我们校正含有未知误差的元素图像所依据的原理，如下所示， R ′ ( m , n ) ( x , y ) = x R ′ ( m , n ) = x R ′ ( 1,1 ) - ( m - 1 ) × x R ′ ( M , 1 ) - x R ′ ( 1,1 ) M - 1 y R ′ ( m , n ) = y R ′ ( 1,1 ) - ( n - 1 ) × y R ′ ( 1 , N ) - y R ′ ( 1,1 ) N - 1 其中(xR'(1,1),yR'(1,1))是指第(1,1)个子透镜获取的元素图像中同名像点的坐标；其中xR'(M,1)是指第(M,1)个子透镜获取元素图像中同名像点对应的x坐标,yR'(1,N)是指第(1,N)个子透镜获取元素图像中同名像点对应的y坐标；第二、含有未知误差的元素图像阵列中同名像点的获取对光学器件获取的含有未知误差的元素图像阵列进行分析，可以得到含有未知误差的元素图像阵列的同名像点的信息R″(i,j)(x,y)，其中(i,j)代表的是透镜阵列中第(i,j)个子透镜获取的元素图像阵列，其中i∈(1,M)，j∈(1,N)；根据第一步中的分析可以得到，元素图像阵列中同名像点的位置坐标是一个等差数列的关系，因此提出了按照如下公式来对含有未知误差的元素图像阵列的同名像点的位置进行校正： p ′ ′ x = 1 ( M - 1 ) × ( N - 1 ) Σ i = 1 M Σ j = 1 N x R ′ ′ ( i + 1 , j ) - x R ′ ′ ( i , j ) p ′ ′ y = 1 ( M - 1 ) × ( N - 1 ) Σ i = 1 M Σ j = 1 N y R ′ ′ ( i , j + 1 ) - y R ′ ′ ( i , j ) x R ′ ′ ( i , j ) = x R ′ ′ ( 1,1 ) + ( i - 1 ) × p ′ ′ x y R ′ ′ ( i , j ) = y R ′ ′ ( 1,1 ) + ( j - 1 ) × p ′ ′ y 其中p"x，p"y是通过计算得到的相邻元素图像中同名像点的x间距和y间距，xR"(i,j)、yR"(i,j)分别是指第(i,j)个元素图像中同名像点的x坐标、y坐标，xR"(i+1,j)是指第(i+1,j)个元素图像中同名像点的x坐标，yR"(i,j+1)是指第(i,j+1)个元素图像中同名像点的y坐标；通过上式将含有未知误差的元素图像阵列进行了重新计算，得到了无误差的符合理想透镜阵列获得的元素图像阵列中同名像点特性的元素图像阵列；通过逐点分析元素图像阵列上的各个同名像点的信息，来重新计算获得无误差的元素图像阵列，从而借助理想元素图像阵列中同名像点的信息实现了对含有未知误差的元素图像阵列的自我校正。