[發(fā)明專利]一種基于單像素成像的相機鏡頭點擴散函數測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811213775.1
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109708842B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設計）人: 姜宏志;劉陽晨旭;趙慧潔;李旭東
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種基于單像素成像的相機鏡頭點擴散函數PSF(Point Spread Function)測量方法，可以在實現(xiàn)全視場空間變化的點擴散函數PSF測量的同時，有效提高PSF測量的信噪比。測量前，先將在液晶顯示屏(Liquid Crystal Display，LCD)沿著相機光軸垂直放置。測量時，首先，在液晶顯示屏上顯示單像素成像所需的基圖像模式，采用相機進行拍攝得到圖像；其次，根據單像素成像原理，計算液晶顯示屏上每個點到相機圖像上單個像素的光傳輸系數；對相機圖像上所有像素執(zhí)行單像素成像，獲得液晶顯示屏上所有點到相機圖像上所有像素的光傳輸系數；最后，根據相機圖像上所有像素點的光傳輸系數，計算得到液晶顯示屏上任意一點到相機圖像上的點擴散函數。該方法能夠在相同的相機曝光時間下，獲取比傳統(tǒng)星點法更高信噪比的相機鏡頭點擴散函數PSF測量結果。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于單像素成像的相機鏡頭點擴散函數測量方法，提高點擴散函數PSF測量的信噪比，并實現(xiàn)空間變化的PSF測量。本發(fā)明屬于計算成像領域。

背景技術

點擴散函數PSF主要表征的是點光源經光學系統(tǒng)后所形成的亮度分布，它是描述成像過程中由于光學系統(tǒng)像差和散焦等因素造成圖像模糊的重要參數。它能夠較好的反映相機鏡頭的性能，同時也是進行圖像復原的基礎。

現(xiàn)有的PSF測量方法大多將PSF模型視為對稱且空間不變的模型，因此具有一定程度的局限性，僅適用于部分成像系統(tǒng)。直接使用點狀光源測量PSF的方法，雖然理論上能夠通過改變點光源的空間位置，從而獲取全視場的點擴散函數，但是普通的點狀光源由于信噪比較低，無法精確測量PSF，而利用激光產生點狀光源的方法又較難改變點光源的成像位置，無法進行空間變化的PSF測量。因此，如何解決高信噪比與空間變化測量無法兼顧的問題已經成為了空間變化PSF測量的關鍵。

近年來發(fā)展的單像素成像技術，由于其成像信噪比高、可進行高分辨率成像的特點，為解決空間變化PSF測量提供了新的思路。如果能夠將單像素成像技術應用于相機的每個像素中，并使用這一技術對PSF進行測量，則能夠獲得針對于每個像素的空間圖像模糊核，也即空間變化的PSF，同時，還能有效提高測量過程中的信噪比，從而實現(xiàn)高信噪比的空間變化PSF測量。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出了一種基于單像素成像的相機鏡頭點擴散函數PSF測量方法，能夠提高空間變化點擴散函數測量時的信噪比。本發(fā)明的方法基本原理是通過將空間變化的點擴散函數視為物空間點與像平面點之間的光傳輸系數，通過使用單像素成像技術獲取整個相機圖像平面點與物平面(液晶顯示屏幕)點的光傳輸系數，再經過轉換重組，形成液晶顯示屏上點到相機圖像上的點擴散函數。

在考慮到鏡頭的點擴散函數PSF時，相機成像系統(tǒng)，圖像可以被建模為

其中，O表示清晰圖像，I表示退化以后的模糊圖像，(x,y)表示物平面坐標系，(u,v)表示像平面坐標系，Ω表示輸入的清晰圖像被觀測到的區(qū)域，h(u,v；x,y)表示物平面(液晶顯示屏幕)上點(x,y)到相機圖像平面點(u,v)的光傳輸系數。

如果我們能夠將相機的每個像素(u,v)均視為一個單像素探測器，通過調制輸入場景O(x,y)，將其作為某種變換的基函數或基圖像，那么等式(1)也可以理解為單像素探測器(u,v)在某一次測量中獲取到的光傳輸系數h(u,v；x,y)在變換域中的系數H(u,v；m,n)，這可以表示為：

H(u,v；m,n)是對應于相機像素(u,v)的光傳輸系數(圖像)在變換域中的一個系數，r(u,v；x,y,m,n)表示的是由被調制的輸入場景生成的正變換基函數或基圖像，Ω′表示的是輸入場景被調制的對應區(qū)域。當獲取了在變換域中的所有系數以后，對其做逆變換有：