本發(fā)明屬于光場(chǎng)圖像處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以全局運(yùn)動(dòng)矢量為基礎(chǔ)的光場(chǎng)圖像壓縮方法。

背景技術(shù)：

“光場(chǎng)”是用來(lái)記錄光線(xiàn)分布情況的一個(gè)模型，可以全方位地描述光線(xiàn)在空間與時(shí)間中的各種信息。對(duì)于傳統(tǒng)相機(jī)成像來(lái)說(shuō)，一張照片上的一個(gè)像素點(diǎn)只是不同方向的光線(xiàn)疊加之后的結(jié)果；對(duì)于光場(chǎng)相機(jī)來(lái)說(shuō)，其采集到的圖像上還包含著光輻射在傳播過(guò)程中的四維位置和方向的信息，相比只記錄二維的傳統(tǒng)成像方式多出2個(gè)自由度，可以對(duì)光路進(jìn)行軌跡追蹤，因而在圖像重建過(guò)程中，能夠獲得更加豐富的圖像信息。光場(chǎng)圖像在計(jì)算物體景深、醫(yī)學(xué)影像以及虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

目前有兩種常見(jiàn)的光場(chǎng)圖像進(jìn)行采集方式：微透鏡相機(jī)以及相機(jī)陣列。兩種方式都是將四維光場(chǎng)信息記錄在二維的圖片上，光場(chǎng)圖像包含的信息量十分巨大，相應(yīng)地，其文件大小也高于傳統(tǒng)的圖片文件，如何高效儲(chǔ)存與傳輸光場(chǎng)圖像已經(jīng)是當(dāng)前十分迫切的需求。

使用相機(jī)陣列拍攝出的光場(chǎng)子圖像間存在極高的相關(guān)性，由于每幅子圖像之間只有相機(jī)位置的變化，而沒(méi)有圖像中物體的相對(duì)移動(dòng)，因此相鄰圖像間幾乎只有相對(duì)平移的關(guān)系，利用這一相關(guān)性，對(duì)兩幅圖像進(jìn)行基于全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)的幀間預(yù)測(cè)編碼，能大大提高光場(chǎng)圖像的編碼效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種能提升光場(chǎng)圖像壓縮效率的圖像壓縮方法，即基于全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)的光場(chǎng)子圖像編碼方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種光場(chǎng)圖像的壓縮方法，包括下列步驟：

步驟1：輸入待壓縮的光場(chǎng)圖像子陣列；

步驟2：對(duì)光場(chǎng)子圖像進(jìn)行圖像組劃分，將同一行或同一列的所有圖像作為一個(gè)圖像組；

步驟3：分別對(duì)各組圖像進(jìn)行編碼壓縮：將每一行最左或每一列最上的圖像作為參考幀，基于參考幀計(jì)算其相鄰幀的全局運(yùn)動(dòng)矢量以及預(yù)測(cè)圖像，對(duì)全局運(yùn)動(dòng)矢量以及相鄰幀與預(yù)測(cè)圖像的差值進(jìn)行編碼；

步驟4：對(duì)于每一組待編碼的子圖像，將該組最近完成編碼的圖像作為參考幀，基于參考幀計(jì)算其相鄰幀的全局運(yùn)動(dòng)矢量以及預(yù)測(cè)圖像，對(duì)全局運(yùn)動(dòng)矢量以及相鄰幀與預(yù)測(cè)圖像的差值進(jìn)行編碼；

步驟5：重復(fù)步驟4，直到所有子圖像組的每一幅子圖像都完成了全局運(yùn)動(dòng)矢量以及圖像差值的編碼，整個(gè)光場(chǎng)圖像壓縮過(guò)程結(jié)束。

在步驟3和4中，全局運(yùn)動(dòng)矢量的具體計(jì)算方法為：設(shè)每個(gè)光場(chǎng)子圖像的大小是l*w個(gè)像素，對(duì)當(dāng)前幀的中心區(qū)域中的n*n個(gè)大小為k*k像素的圖像塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，得到這n*n個(gè)圖像塊的運(yùn)動(dòng)矢量，以其眾數(shù)作為當(dāng)前幀的全局運(yùn)動(dòng)矢量；

所述參數(shù)k的計(jì)算方法為k＝max[16,ωlog2s]，其中ω為預(yù)設(shè)尺度因子，s＝min[l,w]；

所述參數(shù)n的計(jì)算方法為n＝max[4,log2(s/k)],其中s＝min[l,w]；

所述中心區(qū)域是指，當(dāng)前圖像的中心像素點(diǎn)最鄰近的n*n個(gè)子圖像區(qū)域。

在步驟3和4中，圖像塊的運(yùn)動(dòng)矢量的具體計(jì)算方法為：

首先判斷分組方式：

若是按行分組，將當(dāng)前待測(cè)圖像塊與參考幀對(duì)應(yīng)位置的圖像塊在從左到右的水平搜索范圍內(nèi)進(jìn)行最小絕對(duì)差值和計(jì)算，找出最小絕對(duì)差值和最小的圖像塊，兩圖像塊間的水平相對(duì)位移即為水平運(yùn)動(dòng)矢量dx；之后再將當(dāng)前待測(cè)圖像塊與參考幀對(duì)應(yīng)位置的圖像塊在從上到下的垂直搜索范圍內(nèi)進(jìn)行進(jìn)行最小絕對(duì)差值和計(jì)算，找出最小絕對(duì)差值和最小的圖像塊，兩圖像塊間的垂直相對(duì)位移即為垂直運(yùn)動(dòng)矢量dy，則[dx,dy]即為當(dāng)前圖像塊的運(yùn)動(dòng)矢量；

若是按列分組，將當(dāng)前待測(cè)圖像塊與參考幀對(duì)應(yīng)位置的圖像塊在從上到下的垂直搜索范圍內(nèi)進(jìn)行最小絕對(duì)差值和計(jì)算，找出最小絕對(duì)差值和最小的圖像塊，兩圖像塊間的垂直相對(duì)位移即為垂直運(yùn)動(dòng)矢量dy；之后再將當(dāng)前待測(cè)圖像塊與參考幀對(duì)應(yīng)位置的圖像塊在從左到右的水平搜索范圍內(nèi)進(jìn)行進(jìn)行最小絕對(duì)差值和計(jì)算，找出最小絕對(duì)差值和最小的圖像塊，兩圖像塊間的水平相對(duì)位移即為水平運(yùn)動(dòng)矢量dx，則[dx,dy]即為當(dāng)前圖像塊的運(yùn)動(dòng)矢量。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明首先根據(jù)光場(chǎng)圖像的行列數(shù)目，決定更加有效的分組方式；使用參考幀圖像對(duì)當(dāng)前待編碼圖像進(jìn)行全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)，相對(duì)于分塊運(yùn)動(dòng)估計(jì)的做法，大大減少了計(jì)算量，提高了計(jì)算速度；在進(jìn)行全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)分析圖像的大小和復(fù)雜度，自動(dòng)選取合理的分塊方式與塊數(shù)量，在保證準(zhǔn)確性的前提下減小了運(yùn)算量。最后通過(guò)全局運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償提高參考幀圖像與當(dāng)前待編碼幀圖像的相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)高效的光場(chǎng)子圖像壓縮過(guò)程。

附圖說(shuō)明

圖1為子圖像按行分組示意圖；

圖2為n＝4為例的中心區(qū)域的含義；

圖3為對(duì)圖像塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)的過(guò)程。

具體實(shí)施方式：

為使本發(fā)明的目的與技術(shù)方案更加清楚，下面結(jié)合實(shí)施方式與示意圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

基于本發(fā)明的方法，對(duì)輸入的光場(chǎng)子圖像陣列進(jìn)行如下處理：

步驟1、確定光場(chǎng)子圖像分組方式。設(shè)光場(chǎng)子圖像陣列的數(shù)目為m*n，即m行n列，若m<n，則將每一行子圖像作為一個(gè)圖像組；若n<m，則將每一列子圖像作為一個(gè)圖像組。

步驟2、確定要檢測(cè)的圖像塊大小k*k。其中k＝max[16,ωlog2s]，其中ω為預(yù)設(shè)尺度因子，設(shè)每個(gè)光場(chǎng)子圖像的大小是l*w個(gè)像素，s＝min[l,w]；

步驟3、確定需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)的圖像塊數(shù)量num＝n*n，其中n＝max[4,log2(s/k)],其中s＝min[l,w]；

步驟4、將每一行最左(若將每一行子圖像作為一個(gè)圖像組)或每一列最上(若將每一行列圖像作為一個(gè)圖像組)的圖像作為參考幀，對(duì)其相鄰幀(下一幀)進(jìn)行全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)。

步驟5、全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)的方法是：對(duì)于當(dāng)前編碼幀的中心區(qū)域中的n*n個(gè)大小為k*k像素的圖像塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，得到n*n個(gè)圖像塊運(yùn)動(dòng)矢量[dx(i),dy(i)]；所述中心區(qū)域是指，當(dāng)前圖像的中心像素點(diǎn)最鄰近的n*n個(gè)子圖像區(qū)域。取數(shù)組dx(i)中元素的眾數(shù)為dx，取數(shù)組dy(i)中元素的眾數(shù)為dy，則矢量[dx,dy]為整幅子圖像的全局運(yùn)動(dòng)矢量。

步驟6、對(duì)圖像塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)的方法是：首先判斷分組方式，若是按行分組，對(duì)于當(dāng)前編碼幀的每一個(gè)圖像塊curblock(i)，在參考幀的對(duì)應(yīng)位置圖像塊的向左k像素到向右k像素進(jìn)行全搜索算法的圖像塊匹配，為減小計(jì)算量，使用最小絕對(duì)差值和(sad)算法，公式為：

sad(mv)＝∑|f2(x，mv)-f1(x)|

步驟7、找到參考幀在水平方向搜索范圍內(nèi)與圖像塊curblock(i)的sad最小的對(duì)應(yīng)圖像塊horblock(i)，記錄圖像塊curblock(i)與horblock(i)間的水平位移矢量dx(i)；之后在參考幀的horblock(i)圖像塊向上k像素到向下k像素進(jìn)行全搜索算法的圖像塊匹配，找到參考幀在垂直方向搜索范圍內(nèi)與圖像塊curblock(i)的sad最小的對(duì)應(yīng)圖像塊verblock(i)，記錄圖像塊horblock(i)與verblock(i)間的垂直位移矢量dy(i)；則[dx(i),dy(i)]即為當(dāng)前圖像塊curblock(i)的運(yùn)動(dòng)矢量。

步驟8、若是按列分組，對(duì)于當(dāng)前編碼幀的每一個(gè)圖像塊curblock(i)，在參考幀的對(duì)應(yīng)位置圖像塊的向上k像素到向下k像素進(jìn)行全搜索算法的圖像塊匹配，使用最小絕對(duì)差值和(sad)算法，找到參考幀在垂直方向搜索范圍內(nèi)與圖像塊curblock(i)的sad最小的對(duì)應(yīng)圖像塊verblock(i)，記錄圖像塊curblock(i)與verblock(i)間的水平位移矢量dy(i)；之后在參考幀的verblock(i)圖像塊向左k像素到向右k像素進(jìn)行全搜索算法的圖像塊匹配，找到參考幀在水平方向搜索范圍內(nèi)與圖像塊curblock(i)的sad最小的對(duì)應(yīng)圖像塊horblock(i)，記錄圖像塊verblock(i)與horblock(i)間的水平位移矢量dx(i)；則[dx(i),dy(i)]即為當(dāng)前圖像塊curblock(i)的運(yùn)動(dòng)矢量。

步驟9、求得當(dāng)前幀的全局運(yùn)動(dòng)矢量[dx,dy]后，將參考幀平移[dx,dy]后作為預(yù)測(cè)圖像，將當(dāng)前幀與預(yù)測(cè)圖像做差，將得到的差值d與全局運(yùn)動(dòng)矢量[dx,dy]進(jìn)行編碼。

步驟10、將最近完成編碼的圖像作為參考幀，將其下一幀圖像作為待編碼的當(dāng)前幀，重復(fù)步驟5～9，對(duì)當(dāng)前幀進(jìn)行壓縮編碼。

步驟11、當(dāng)每一組子圖像中的每一幅子圖像都進(jìn)行過(guò)編碼之后，整個(gè)光場(chǎng)圖像陣列的壓縮編碼結(jié)束。