[發明專利]高空間分辨率光場采集裝置與圖像生成方法

有效

• 申請號: 201811439379.0
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109413407B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 周果清;瞿婉新;王慶;肖照林
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04N13/204
• 分類號: H04N13/204;H04N13/207;H04N13/161;H04N13/156;H04N13/106;H04N5/374
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

1.一種高空間分辨率光場采集裝置，包括主透鏡、微透鏡陣列和壓縮編碼傳感器，其特征在于：所述的微透鏡陣列放置于主鏡頭與壓縮編碼傳感器之間，微透鏡陣列平行于壓縮編碼傳感器，垂直于主鏡頭光軸，能夠將壓縮編碼傳感器的光敏面完全覆蓋；其中每個微透鏡均能夠聚焦成像，且不同微透鏡的成像區域在壓縮編碼傳感器平面互不重疊；目標場景經過主鏡頭所呈的實像經由微透鏡陣列再次匯聚后被壓縮編碼傳感器所記錄；所述高空間分辨率光場采集裝置的圖像生成方法，包括下述步驟：

1)將主透鏡、微透鏡陣列和壓縮編碼傳感器的光學尺寸、位置信息在統一成像框架下進行參數化描述，構建基于最小化重投影誤差的代價函數，并通過全局優化方法進行求解；

2)角度與位置信息耦合的高分辨率二維光場信號恢復，步驟如下：

2.1)根據成像裝置內參的參數化模型，求取每個微透鏡成像單元的中心坐標；然后提取經過壓縮編碼傳感器壓縮后的觀測信號，對壓縮圖像進行旋轉處理，使每行成像單元的中心坐標位于同一行像素上；最后對圖像的扭曲形變做幾何矯正，使觀測信號與測量矩陣的對應關系保持一致；

2.2)提取作用于隨機編碼的偽隨機序列，結合偽隨機序列構造壓縮感知中的測量矩陣；所述的測量矩陣包括高斯隨機矩陣或伯努利矩陣或均勻分布矩陣；

2.3)采用BP方法、BPDN方法或TV方法重建角度與位置信息耦合的超分辨率光場二維信號；

3)依據相機參數化模型計算角度采樣數；然后根據二維光場信號中角度信息與位置信息的耦合關系，計算出焦平面處每個微透鏡像元提供的空間分辨率大小，并從每個成像單元的相同位置抽取相同大小的像素塊進行拼接，合成一個視角下的焦平面成像結果；最后變換成像單元的像素抽取中心，即可合成多個視角下的二維圖像，實現四維光場數據構建；

4)利用光場數據采用數字重聚焦方法，生成高空間分辨率的重聚焦圖像。

2.根據權利要求1所述的高空間分辨率光場采集裝置，其特征在于：所述的微透鏡陣列中微透鏡的排布采用行列方式包括相鄰行微透鏡光心對齊的正四邊形或隔行微透鏡光心對齊的正六邊形排布。

3.根據權利要求1所述的高空間分辨率光場采集裝置，其特征在于：所述的微透鏡陣列中單個微透鏡的艾里斑直徑不超過兩倍圖像傳感器像元最短邊的長度，單個微透鏡的點列圖范圍不超過其艾里斑直徑。

4.根據權利要求1所述的高空間分辨率光場采集裝置，其特征在于：所述的壓縮編碼傳感器采用隨機卷積CMOS圖像傳感器，傳感器的物理分辨率為P*Q；利用移位寄存器中存儲的偽隨機序列控制CMOS上逐像素執行隨機卷積計算，然后利用行、列選擇邏輯單元實現隨機位置采樣，得到壓縮采樣數據；所述的偽隨機序列循環周期內的元素個數大于P*Q。

5.根據權利要求1所述的高空間分辨率光場采集裝置，其特征在于：所述的微透鏡光心所在平面到主鏡頭焦平面的矢量距離z0，壓縮編碼傳感器光敏面到微透鏡光心所在平面的距離g大于單個微透鏡的焦距f，1/g+1/z＝1/f；主鏡頭焦距F、主鏡頭通光孔徑D和微透鏡直徑d滿足D/(F+z+g)＝d/g。