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光场相机标定与主动式光场三维重建研究的开题报告
一、选题背景
数字相机在近年来发展迅速，其成为现代工业生产和社会生活中不可或缺的一部分。光场相机因其特殊的采集方式，成为近年来的研究热点之一。光场相机在采集图像时，可以同时获得目标在不同视点下的多幅图像，从而为三维重建提供了更为丰富的信息。但是，光场相机的数据处理与标定却相对于传统相机更为复杂，这就对光场相机技术的应用提出了新的挑战。
因此，本研究选取光场相机标定与主动式光场三维重建作为研究方向。该研究主要针对光场相机在数据采集过程中的标定问题以及三维重建技术的研究和探索。
二、研究目的
本研究旨在深入探究光场相机技术，解决光场相机在数据采集过程中的标定问题，以及开发主动式光场三维重建技术，实现对场景的高精度三维建模。
三、研究内容
1.光场相机标定
光场相机采集到的图像数据包含视点、视角和焦距等多种参数，由于这些参数的复杂性，在进行光场相机的标定前需要准确地获取这些参数，并对这些参数进行计算和处理。本研究将通过对光场相机的数学模型及其参数的推导和计算，实现对光场相机的标定，以确保光场相机在数据采集过程中具有更高的准确性和可靠性。
2.主动式光场三维重建
为了实现对场景的高精度三维建模，本研究将开发主动式光场三维重建技术，该技术采用主动式点云扫描技术，结合光场相机的采集方式，实现场景三维重建。该技术主要包括场景点云扫描、点云数据处理和三维建模三个部分。通过利用光场相机采集到的数据，结合算法实现场景的高精度三维建模。
四、研究意义
本研究对光场相机的标定和主动式光场三维建模技术的实现具有重要的理论和实践意义。一方面，它有望在三维建模领域实现更高精度的三维建模，能够为现代工业和社会生活提供更为丰富和精细的图像信息。另一方面，本研究的成果，将对促进光场相机技术的发展和推广，以及推动数字相机的进一步发展有重要的意义。
五、研究方法
1.光场相机标定
本研究将采用多相机标定技术来标定光场相机。该方法需要在光场相机采集多组数据后进行标定。首先，通过双矩阵分解法计算出相机内参和外参的初值。接着，使用非线性优化算法对参数进行调整。最终得到标定参数，实现光场相机的标定。
2.主动式光场三维重建
本研究主要采用点云三维重建方法实现场景的三维建模。对于主动式光场三维重建来说，场景点云扫描是其中一个必要的步骤，本研究将利用激光扫描仪来实现场景点云扫描。接着，对点云数据进行处理和分割，采用曲面重建算法及贝叶斯方法实现场景的三维建模。
六、研究预期成果
通过本研究，期望在光场相机技术的标定和主动式光场三维重建技术上取得如下成果：
1.实现针对光场相机的标定技术，解决光场相机在数据采集过程中的标定问题。
2.开发主动式光场三维重建技术，能够对场景进行高精度三维建模。
3.实现在工业、医疗、文化遗产等领域中的应用，为实际应用提供技术支持。
七、研究进度计划
本研究计划于2021年9月开始，预计于2022年9月完成。
阶段一：研究光场相机标定技术，实现光场相机标定（2021.9-2022.3）
阶段二：研究主动式光场三维重建技术，开发主动式光场三维重建系统（2022.3-2022.7）
阶段三：应用和验证系统在不同领域中的应用效果（2022.7-2022.9）
八、参考文献
1.Ng,R.,Levoy,M.,Brégnard,A.,Duval,G.,Horowitz,M.,Parks,J.,&Pulli,K.(2005).Lightfieldphotographywithahand-heldplenopticcamera.ComputerScienceTechnicalReportCSTR,2,11-69.
2.Zhao,J.,&Wu,Z.(2016).Asurveyofopticalflowestimationmethods.JournalofImageandGraphics,21(2),167-181.
3.Levoy,M.,Ng,R.,Adams,A.,Footer,M.,&Horowitz,M.(2006).Lightfieldmicroscopy.ACMTransactionsonGraphics(TOG),25(3),924-934.
4.Vo,D.V.,&Nguyen,T.H.(2019).Improvedcalibrationmethodformulti-camerasystemsbasedontrifocaltensor.JournalofElectronicImaging,28(2),023035.