[發(fā)明專利]一種高光譜光場的快照式成像系統(tǒng)以及重建算法

有效

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• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107064005B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊志偉;李惠群;劉東;吳楓
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/63;G06T7/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

本發(fā)明公開了一種高光譜光場的快照式成像系統(tǒng)以及重建算法，所述快照式成像系統(tǒng)包括：分束器、控制器、第一觀測通道以及第二觀測通道；所述分束器用于將場景的入射光線分為兩路，分別進入到所述第一觀測通道以及所述第二觀測通道；所述第一觀測通道以及所述第二觀測通道用于分別獲取場景的觀測結(jié)果；所述控制器用于根據(jù)獲取的所述觀測結(jié)果以及高光譜光場信號中角度維度和光譜維度的相關(guān)性重建五維高光譜光場。本發(fā)明技術(shù)方案利用光信號在角度維和光譜維的關(guān)系，對五維高光譜光場進行優(yōu)化重建，能夠從嚴(yán)重欠采樣的觀測中，獲得良好的重建效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種高光譜光場的快照式成像系統(tǒng)以及重建算法。

背景技術(shù)

近些年，由于光學(xué)儀器的進步和計算能力的增長，計算成像學(xué)飛速發(fā)展。計算成像學(xué)的最終目的是同時獲取七維全光信息，包括三維空間(兩維平面和一維深度)、一維時間、一維光譜和兩維角度。傳統(tǒng)的成像方式關(guān)注兩維平面空間(即傳統(tǒng)圖像)和一維時間(即傳統(tǒng)視頻)，提供的信息有限。目前對其他維度的研究包括深度/三維成像，多光譜/高光譜成像，以及光場成像。同時，便攜的深度相機和微透鏡陣列光場相機，比如Kinect深度相機和Lytro微透鏡陣列光場相機，也為解決復(fù)雜的計算機視覺任務(wù)和新應(yīng)用的產(chǎn)生提供了可能。

計算成像的目的是集成更多維度的光信息，同時盡可能保持每個維度的高分辨率。由于全光信號的不同維度之間存在很大的相關(guān)性，使得從非常欠采樣的觀測中重建出高維光信號成為可能。

對于高光譜光場視頻拍攝、高光譜光場動態(tài)場景建模等應(yīng)用，對系統(tǒng)的時間分辨率有較高要求，需要進行實時拍攝。

為了獲取高光譜光場，即同時獲取場景的空間、角度和光譜信息，現(xiàn)有的系統(tǒng)包括將固定在平移臺上的光譜儀依序掃描角度和光譜維，或使用配備了可調(diào)節(jié)濾波片的微透鏡陣列來掃描光譜維。這樣的掃描式方法在一定程度上利用了圖像的空間相關(guān)性，取得了較高的空間分辨率和光譜分辨率，但它們不適用于需要實時拍攝的場景，比如包含動態(tài)物體或光照變化的場景。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高光譜光場的快照式成像系統(tǒng)以及重建算法，可以實現(xiàn)高光譜光場的實時拍攝，對五維高光譜光場進行優(yōu)化重建，能夠從嚴(yán)重欠采樣的觀測中，獲得良好的重建效果。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種高光譜光場的快照式成像系統(tǒng)，所述快照式成像系統(tǒng)包括：分束器、控制器、第一觀測通道以及第二觀測通道；

所述分束器用于將場景的入射光線分為兩路，分別進入到所述第一觀測通道以及所述第二觀測通道；

所述第一觀測通道以及所述第二觀測通道用于分別獲取場景的觀測結(jié)果；

所述控制器用于根據(jù)獲取的所述觀測結(jié)果以及高光譜光場信號中角度維度和光譜維度的相關(guān)性重建五維高光譜光場。

優(yōu)選的，在上述快照式成像系統(tǒng)中，在入射光線傳播方向上，所述第一觀測通道依次包括：物鏡、編碼光圈、中繼透鏡、色散棱鏡以及第一成像器；

所述第一觀測通道用于通過所述編碼光圈和所述色散棱鏡對所述場景的光譜信息進行壓縮采樣和編碼。

優(yōu)選的，在上述快照式成像系統(tǒng)中，在入射光線傳播方向上，所述第二觀測通道依次包括：主透鏡、微透鏡陣列以及第二成像器；

所述第二觀測通道用于通過所述微透鏡陣列捕獲RGB光場；其中，所述RGB光場包含所述場景的角度信息。

優(yōu)選的，在上述快照式成像系統(tǒng)中，所述分束器用于將原始高光譜光場信號按照1:1的比例分成兩路，分別進入所述第一觀測通道以及所述第二觀測通道，進入所述第一觀測通道的第一路光信號和進入所述第二觀測通道的第二路光信號相同。