光場成像技術能夠捕捉到環(huán)境中光線的位置和角度信息,因而可實現(xiàn)數(shù)字重聚焦、全景深擴展、可編輯立體成像等傳統(tǒng)相機無法企及的創(chuàng)新功能。此外,由于光場圖像提供了連續(xù)且細膩的運動視差,所以可為用戶帶來更加真實且自然的觀看體驗,從而降低視覺疲勞。因此,在當前公眾對媒體內(nèi)容新奇感及沉浸感需求迫切的背景下,光場技術將成為新一代智能視覺技術的關鍵支撐,同時也將推動計算攝像學領域從數(shù)字化向智能化加速躍升。然而,光場密集子孔徑圖像（Sub-Aperture Image,SAI）成為計算攝像學領域研究熱點的同時,其龐大的數(shù)據(jù)量對數(shù)據(jù)存儲與網(wǎng)絡傳輸帶來了巨大挑戰(zhàn),甚至嚴重制約著光場技術發(fā)展和應用。因此,如何高效地壓縮光場密集子孔徑圖像,是解決光場技術瓶頸的關鍵問題。現(xiàn)有光場壓縮方法多以子孔徑圖像偽序列為對象,編碼過程并未充分考慮光場角度域相關性與稀疏性,因而光場數(shù)據(jù)冗余仍有大幅下降空間。針對現(xiàn)存問題,本文基于稀疏編碼與解碼重建的思路,以提高光場密集子孔徑圖像編碼效率為目的,開展了稀疏編碼與解碼重建框架、深度圖像估計與優(yōu)化以及稀疏優(yōu)化與殘差增強三個方面的研究工作。主要研究內(nèi)容和貢獻如下:第一,針對光場子孔徑圖像數(shù)... 

【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校

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【學位級別】：博士

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光場成像系統(tǒng)發(fā)展歷程

上海大學博士學位論文5于微透鏡陣列的光場相機，Raytrix和Lytro，作為一種新型的計算相機，逐漸成為獲取光場信息的主流消費級產(chǎn)品。該類相機與傳統(tǒng)相機最大的區(qū)別，就在于該類相機在原有的感光元件前端放置了一層微透鏡陣列，這層微透鏡陣列將透過相機主透鏡的光線進行再次折射并投射在感光元件上（如圖1.4所示），這使光場相機不僅可以根據(jù)微透鏡位置記錄下入射光線的位置，還可以記錄下入射光線的方向。再通過相應的數(shù)學計算，還可以對采集到的圖像進行校準、標定、提取深度、后對焦、合成視點、去模糊以及視頻穩(wěn)定等多種應用[38-45]。根據(jù)不同的應用需要選擇不同的光場數(shù)據(jù)采集手段，例如基于相機陣列的光場數(shù)據(jù)采集設備能夠?qū)鼍斑M行寬視角采集。然而，對于實際應用而言，基于微透鏡陣列的光場相機的可操作性更強。尤其對于實時應用，基于微透鏡陣列光場相機可以在短時間內(nèi)處理光場數(shù)據(jù)的，因此也更具有應用前景。物體主透鏡微透鏡陣列傳感器光線圖1.4基于微透鏡陣列的光場相機內(nèi)部結(jié)構示意圖1.3.1光場圖像的四維特性(a)(b)圖1.5光場透鏡圖像。(a)光場透鏡圖像部分區(qū)域；(b)光場透鏡圖像細節(jié)放大圖1.5展示了基于微透鏡陣列光場相機拍攝所得到的光場圖像。該類光場相

上海大學博士學位論文6機通過復用傳感器采集到原始光場數(shù)據(jù)，通常需要利用Matlab的光場工具箱(LightFieldToolboxv0.4)[38]進行去馬賽克和去光暈處理，最終得到光場透鏡圖像(lensletimage)，如圖1.5(a)所示。若將圖1.5(a)所示的光場透鏡圖像視為一幅普通的二維圖像，該圖像焦點在自行車的斜梁上，而其前景和背景處的輪胎均處于脫焦狀態(tài)。當放大觀察光場透鏡圖像時，能夠發(fā)現(xiàn)它是由大量微透鏡所成的圓形單元圖像(ElementImage,EI)密集排布組成，如圖1.5(b)所示。單元圖像之間的互相關系體現(xiàn)了入射光線的空間位置關系，而單元圖像內(nèi)部像素之間的相互關系體現(xiàn)了入射光線的角度方向關系。單元圖像光場子孔徑圖像光場透鏡圖像圖1.6光場子孔徑圖像提取與重組過程(a)(b)(c)(d)圖1.7光場子孔徑圖像。(a)子孔徑圖像陣列；(b)最左邊與最右邊子孔徑圖像的誤差圖像；(c)最左邊子孔徑圖像；(d)最右邊子孔徑圖像


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