基于阵列相机对远距离小孔后方进行成像的系统及方法与流程

本发明属于光电成像领域，具体涉及一种基于阵列相机对远距离小孔后方进行成像的系统及方法。

背景技术：

光场是空间中同时包含位置和方向信息四维光辐射场的参数化表示，光场数据的获取为计算参数化成像提供了很多新的发展空间。

光场成像通过记录光辐射在传播过程中的四维位置和方向信息，相比只记录二维的传统成像方式多出2个自由度，因而在图像重建过程中，能够获得更加丰富的图形信息。

光场成像中，光场的获取方式主要有以下两种：

微透镜阵列。它是指在普通成像系统的一次像面处插入一个微透镜阵列，每个微透镜元记录的光线对应相同位置不同视角的场景图像，从而的到一个四维光场。

阵列相机。它是指通过相机在空间的一定排布来同时抓取一系列视角略有差别的场景图像，从而重构出光场数据的方法。

在军事领域，比如解救人质的时候，有时候需要远距离透过一个狭小的孔径去窥探人质所在房间的情况，由此来确定有效的营救方案。同时为确保安全，需要在较远距离处进行观察，在这种情况下，如果直接用望远镜观察，受到孔径范围的限制，很难对室内情况进行全面的观察。这时可以利用本发明原理通过一组阵列相机拍摄一系列不同视角的场景图像，并对这一系列图像进行拼接和处理，从而得到透过孔径观察的房间内相对完整的场景图像，获得全面的室内信息。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决远距离微小孔径限制观察视场的问题，利用阵列相机对视场受限孔径后方景物进行多角度拍摄，采集到多角度图像，再通过孔径图像提取、仿射变换投影和图像匹配得到小孔径后方的较大视场范围的图像。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于阵列相机对远距离小孔后方景物成像的系统，阵列相机对准所述小孔，阵列相机中各个相机透过小孔分别进行成像；其中，各个阵元相机到小孔的距离相同，且各个阵元相机的视场中心线交于一点。

较佳的，所述阵列相机分五排，每排布置5个相机。

较佳的，小孔为5cm×5cm的正方形，阵列相机距离小孔5m。

一种基于阵列相机对远距离小孔后方景物成像方法，包括如下步骤：

S1、摆放好阵列相机后，控制各个阵列相机透过所述小孔径对后方景物进行拍摄；

S2对相机采集的每幅图像进行处理，提取获得每个相机拍摄的有效的孔径图像；

S3、将位于阵列中心位置相机拍摄的图像定义为中心图像，其他相机获得的图像定义为边缘图像；

S4、利用仿射变换将边缘图像投影到中心图像所在的像面上；然后提取相同特征点使边缘图像与中心图像进行匹配，最终获得完整的拼接全景图像。

本发明具有如下有益效果：

针对远距离微小孔径限制观察视场的问题，如远距离透过一个狭小的孔径去窥探人质所在房间状况的问题，普通成像系统由于受孔径范围的限制，根本无法解决；本发明中的阵列相机系统，能够从一定的距离透过微小孔径对后方景物进行多角度拍摄，得到孔后方的全景图像。若将此成像系统进行深入研究，并充分运用于军事领域，将会给我军带来极大便利。

附图说明

图1为阵列相机摆放原理示意图。

图2为透过远距离小孔对孔后方景物进行成像的阵列相机系统模拟图。

图3为透过远距离小孔对孔后方景物进行成像的成像系统模拟图。

图4为阵列相机中一个相机拍摄到的透过小孔的有效图像。

图5为阵列相机中所有相机拍摄到的有效图像拼接到一起形成的图像。

图6为整个发明实验流程图。

其中，a-相机视场中心线交点，1-相机，2-支架，3-阵列相机系统，4-小孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明的一种基于阵列相机对远距离小孔后方景物成像的系统，如图3所示整个成像系统包括阵列相机系统3和远距离小孔4。

如图2所示，阵列相机由几排相机1组成。要想使所用的阵列相机1中相邻的视场重合完美，又为避免由于在不同相机1的视场中物体的大小不同，清晰度不同，从而出现的视场无法完美拼接的问题，在确定相机1整体的摆放位置过程中需要遵守的原则就是:每个相机1到孔4的距离尽可能是一致的，每幅图像有接近的放大率，从而保证输出图像的拼接质量。

还有一个关键点是，如图1所示，若按照上文提到的摆放方法摆放，这些相机1视场的中心线必定交于一点(图1中a点)，此点即为此每个相机1镜头中心所处球面的球心位置所在。很显然，这个点到每个相机1镜头中心的距离是一样的。

本发明的成像系统3中，阵列相机1分五排，每排5个，由支架2支撑。小孔4为5cm×5cm的正方形，阵列相机距离小孔5m，每个相机透过小孔4对后方景物进行图像采集。

本发明提供了一种基于阵列相机的对小孔4后方成像的方法，如图6所示，按照上述要求摆放好相机1后，就可以用阵列相机1从一定的距离透过微小孔径对后方景物进行拍摄。每个相机1会拍摄到一幅图像，由于每幅图像中只有透过微小孔径的部分是有效图像，需要对每幅相机所采集的图像进行处理，提取获得每个相机1拍摄的有效的孔径图像。相对处于中心位置的相机1，其他相机1获得的边缘图像相对于中心相机1采集的图像都有一定的角度偏移，需要利用仿射变换将边缘图像都投影到中心图像所在的像面上。在完成上述操作后，提取相同特征点使边缘图像与中心图像进行匹配，最终获得完整的拼接全景图像。流程图如图6所示。

如图4所示，将得到的有重合部分的25幅有效图像进行拼接，得到一幅完整的景物图像，如图5所示。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。