[發(fā)明專利]一種大景深成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710036773.9
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106950222B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高淑梅;丁崢偉;錢維瑩;李萍;譚葉青
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 23211 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 彭素琴

本發(fā)明公開了一種大景深成像方法，屬于光學(xué)成像領(lǐng)域。本發(fā)明利用透鏡對不同波長光折射率不同的特性，通過計算使用指定波長光照射不同物距目標(biāo)物，使其成像平面重疊從而擴(kuò)大景深。本發(fā)明解決了針對具有空間厚度物體無法成像在最佳成像平面上，白光LED照明容易產(chǎn)生色差等問題，對比普通白光照明該方法能夠顯著提升圖像分辨率、成本低、適用面廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大景深成像方法，屬于光學(xué)成像領(lǐng)域。

背景技術(shù)

大景深成像有微觀的和宏觀的兩個層面，本案屬于宏觀層面的大景深成像，針對的不是微觀顯微成像。目前提升成像系統(tǒng)景深主要包括以下幾種方法：1)采用編碼孔徑技術(shù)，由于圖像中的每個區(qū)域都是由估計的散焦PSF函數(shù)去模糊，所以該方法效果受深度估計的精度影響較大；2)增加相位板增加成像景深，其中Dowski et.提出了一種立方體相位板，由于該種相位板能夠保留更多高頻細(xì)節(jié)信息，所以相比圓形相位板具有更好的效果；3)采用數(shù)字圖像處理技術(shù)拓展景深，其中有學(xué)者通過將RGB三色中聚焦顏色分量的銳度信息拓展到其它顏色分量，提升清晰度從而增加景深；4)通過成像光學(xué)元件的機(jī)械運(yùn)動產(chǎn)生大景深。

除以上四種方法外，由于普通非消色差透鏡存在色差，透鏡的焦點(diǎn)會隨入射光波長的不同產(chǎn)生偏移，國外有學(xué)者利用這一特性，針對掃碼機(jī)發(fā)明了利用色差擴(kuò)大成像景深的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用紅外光和其他波長光搭配照明條形碼，圖像傳感器順序采集圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)從1.5英寸到8英寸距離上讀取條形碼信息。但是由于掃碼機(jī)讀取圖像信息的特性，該系統(tǒng)并不能將具有一定景深的物體同時清晰成像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種大景深成像方法，是利用透鏡對不同波長光折射率不同的特性，通過計算使用指定波長光照射不同物距目標(biāo)物，使各物距目標(biāo)物的像距相同，即各目標(biāo)物的成像平面重疊從而擴(kuò)大景深。

所述方法，包括以下步驟：

(1)對于任一單透鏡，確定該透鏡的透鏡材質(zhì)波長λ和折射率n的關(guān)系，表示為n＝f(λ)；并確定該透鏡的折射率n和焦距f'的關(guān)系，表示為f'＝g(n)；從而確定該透鏡的焦距f'和波長λ的關(guān)系：f'＝g(f(λ))；

(2)我們對距離透鏡為L₁和L₂的兩個物面P₁、P₂清晰成像，L₁＜L₂；對物面P₁，使用波長為λ₁的光照射，物面P₁的物像公式為L'為像距；對于物面P₂，使

用波長為λ₂的光照射，物面P₂的物像公式為為使兩個物面的像距相同，則有

(3)結(jié)合步驟(1)、(2)，得到L₂和λ₂之間的關(guān)系，即其中L₁和λ₁都是已知的，通過該式就可以求出在物距L₂處清晰成像所需光照波長λ₂。

所述單透鏡為球面鏡時，步驟(1)中，其折射率和焦距的關(guān)系滿足：其中r₁、r₂分別為透鏡前后曲面曲率半徑，d為透鏡厚度；則步驟(3)得到L₂和λ₂之間的關(guān)系如式(1)所示：

式(1)中L₁、λ₁、r₁、r₂、a、b、c都是已知參數(shù)，確定L₂后，就可以求得λ₂，用波長為λ₂的光照射物面P₂就可以清晰成像。