[發明專利]基于編碼孔徑的折反射全聚焦成像方法與裝置

無效

• 申請號: 201210250581.5
• 申請日: 2012-07-19
• 公開（公告）號: CN102957852A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 劉煜;譚樹人;王煒;熊志輝;張茂軍;徐瑋;包衛東;彭楊;李永樂;左承林
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/217;G02B17/08
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏

技術領域：

本發明主要涉及到光學成像及數字圖像處理領域，特指一套應用了編碼孔徑技術的折反射全向成像裝置，以及在此基礎上消除折反射所造成的散焦模糊得到全聚焦全向圖像的構建方法。?

背景技術：

現在市場上的監控攝像機產品主要是“槍機(即固定安裝的攝像機)”和“球機(即帶旋轉云臺的攝像機)”。這種普通攝像機由于視場范圍小，只能監控角度較小的空間范圍，存在監控盲區和監控死角。在很多例如收費站、碼頭、銀行這樣的重要場所，若要求對360度范圍內持續的監視目標，則需要安裝多個這種普通攝像機。近年來，隨著視頻監控技術的發展，實現360度總體范圍的宏觀拍攝功能的監控設備有著越來越迫切的需求。折反射全向成像技術利用曲面反射鏡，將來自成像系統周圍360度范圍的入射光線經反射作用后，進入常規的光學成像系統，生成包含空間360度全方位場景信息的環狀全向圖（圖1），對全向圖進行展開可生成適合于人眼直接觀察的柱面全景圖像（圖2）。憑借360度全方位視野、一次性無縫全景成像、系統設計靈活等優點，近年來各種特定結構的折反射全向成像系統陸續地被設計出來，并應用于全向智能視頻監控、戰場環境全向智能感知以及機器人全向視覺等諸多領域。?

然而，由于360度折反射成像系統由于其曲面反射的成像特點，獲得的全向圖像會不可避免的產生散焦模糊問題。特別是隨著近年來圖像傳感器分辨率的不斷提高，這個問題也變得愈加突出，成為超高清折反射成像系統發展的主要瓶頸（圖3）。?

發明內容：

本發明提出基于編碼孔徑的折反射全聚焦成像方法與裝置。所指裝置是指采用了特殊孔徑形狀（圖4）的折反射成像裝置（圖5）。所指方法是指通過這套裝置采集的圖像去散焦算法構建出全聚焦全向圖像的方法。本發明要解決的技術問題是：折反射因為曲面反射的光學結構造成其全向成像散焦模糊問題。隨著近年來感光芯片采集圖像分辨率的提高，該問題日益凸顯，嚴重影響了全景圖像的成像質量。?

為解決上述技術問題，本發明利用編碼孔徑技術（什么樣的編碼孔徑技術）去除折反射全向成像散焦模糊得到全聚焦的全向圖像。由于折反射系統是通過曲面鏡反射成像，其成像模型已不同于小孔模型，還需要集成考慮反射曲面方程和光線反射性質。由于成像模型不同，導致普通成像設備基于編碼孔徑消除虛?焦模糊的處理方法和算法不能直接應用到折反射成像系統中。同樣是成像模糊問題，普通成像設備和折反射成像設備造成圖像模糊的原因卻是不一樣，本發明提出一個編碼孔徑技術方案來專門處理折反射全景圖像的散焦模糊問題。?

具體發明內容包括：?

(1)對普通折反射成像系統的改造?

通過折反射編碼孔徑設計方案，按照這個方案對傳統的折反射成像裝置進行改造升級。具體的，按照設計方案做一個遮光板，植入到相機鏡頭的孔徑之中（圖4）。?

(2)去除散焦模糊算法?

折反射成像系統采集到通過編碼孔徑的“編碼圖像”之后，通過分析折反射系統中入射光線和圖像模糊的關系，建立全向圖像散焦數學模型。然后利用這個模型估計出圖像中各個位置的模糊程度，最后反卷積得到全聚焦的清晰全向圖像。?

本發明所述基于編碼孔徑的折反射全景成像裝置針對性強，是對傳統折反射成像系統的改進。通過全景散焦模糊圖像的復原方法得到全聚焦圖像效果好。同時，本發明裝置結構簡單，圖像復原運算量小，易于實現及推廣。?

附圖說明：

圖1是本發明所述折反射全向成像裝置、成像過程及全向圖;?

圖2是本發明所述折反射全向圖的柱面全景展開;?

圖3是本發明所述折反射系統散焦問題示意圖。左圖為折反射系統采集到的全向圖（750萬像素），右圖為局部圖像(左圖方框區域)。?

圖4是本發明所述普通孔徑（左）簡單改造成編碼孔徑（右）示意圖；?

圖5是本發明所述基于編碼孔徑的折反射全景成像裝置；?

圖6是本發明所述折反射成像系統散焦模糊光學原理示意圖；?

圖7是本發明所述編碼孔徑技術圖像復原效果圖；?

具體實施方式：

以下將結合實例和附圖對本發明做進一步詳細說明。?

折反射成像裝置上：?

如圖5所示，本實施例提供一種基于編碼孔徑的折反射全景成像裝置，包括起裝配固定作用的底盤（5），?拋物曲面反射鏡（2），支架（1），固定在最下方底盤上的成像設備（3,4）。其中成像設備的孔徑部分應用了編碼孔徑技術進行了特殊的設計。?

在圖像處理的算法上：?