[發(fā)明專利]一種基于微光學(xué)器件的端到端光電檢測系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113408545A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田宜彬;陳偉;鄧弘
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江光侖科技有限公司
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06N3/02;G06F17/14
• 代理公司: 杭州伍博專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33309
• 代理人: 沈剛

本發(fā)明公開了一種基于微光學(xué)器件的端到端光電檢測系統(tǒng)及方法，旨在提供一種無需通過圖像重建便能從視覺傳感器直接提取圖像分析結(jié)果的基于微光學(xué)器件的端到端光電檢測系統(tǒng)及方法。它包括以下步驟：步驟一，目標(biāo)物體發(fā)出或反射出光學(xué)信息；步驟二，微光學(xué)器件對光學(xué)信息進(jìn)行初步的信號處理；步驟三，視覺傳感器采集經(jīng)微光學(xué)器件初步處理的圖像，并直接分析得到所需要的光電檢測結(jié)果。本發(fā)明的有益效果是：使視覺傳感器具備智能化的分析處理能力，同時減小光電檢測的計算量，達(dá)到了無需通過圖像重建便能從視覺傳感器直接提取圖像分析結(jié)果的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電檢測相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于微光學(xué)器件的端到端光電檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體處理器的計算能力的持續(xù)提高，近幾年人們提出了各種計算成像方法來簡化視覺傳感器的結(jié)構(gòu)和增加復(fù)雜的成像功能。其中一個方法是利用單個微光學(xué)器件(Micro Optics Element,MOE)來替換傳統(tǒng)的由多個鏡片組成的鏡頭，并結(jié)合相應(yīng)的計算方法來重建2D或3D圖像。微光學(xué)器件可以是編碼光圈、衍射光學(xué)元件、菲涅爾鏡、微透鏡陣列和光學(xué)勻光片等。

如圖6和圖7展示了傳統(tǒng)的基于鏡頭的成像和基于微光學(xué)器件的成像的區(qū)別。宏觀上，微光學(xué)器件結(jié)構(gòu)上簡單，體積小、重量輕，可以大大簡化視覺傳感器的結(jié)構(gòu)，并具有更好的穩(wěn)定性(溫度變化和振動沖擊對器件的光學(xué)特性的影響更小)。需要指出的是，在理想的鏡頭成像視覺傳感器里，目標(biāo)物體上的一個點對應(yīng)到視覺傳感器上的一個點(光被折射聚焦)；而在理想的微光學(xué)成像視覺傳感器里，目標(biāo)物體上的一個點對應(yīng)到視覺傳感器上的若干個點(光被散射或是衍射)，因此微光學(xué)成像視覺傳感器獲取的原始圖像人眼有時無法識別其具體內(nèi)容。

用簡化的模型來表述，鏡頭成像視覺傳感器的光學(xué)傳遞函數(shù)(也稱為點擴(kuò)散函數(shù))近似于一個一對一映射的Delta函數(shù)

而微光學(xué)成像視覺傳感器的光學(xué)傳遞函數(shù)是一個一對多映射的復(fù)雜函數(shù)

實際成像系統(tǒng)光學(xué)傳遞函數(shù)通常不是公式1和2表述的離散函數(shù)，因此以上兩個公式是近似的描述。

微光學(xué)成像視覺傳感器上獲取的圖像可以表達(dá)為

其中z1和z2為目標(biāo)物體的深度邊界，C為系統(tǒng)常數(shù)，w(x，y，z)是目標(biāo)物體上在(x，y，z)位置的表面特征(可以包括紋理/亮度和深度)，g(x，y，z)是公式(2)中的光學(xué)傳遞函數(shù)，n(u，v)為視覺傳感器像素(u，v)處的成像噪聲，i(u，v)為視覺傳感器像素(u，v)處獲取的數(shù)值。

如果應(yīng)用場景需要把視覺傳感器獲取的圖像提供給人眼看或是使用基于傳統(tǒng)圖像的處理方法，我們可以將微光學(xué)視覺傳感器獲取的圖像進(jìn)行重建。重建的圖像可以經(jīng)過傳統(tǒng)的機(jī)器視覺算法進(jìn)行進(jìn)一步圖像分析和處理后獲得所需的結(jié)果。

在物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的應(yīng)用中，大部分時候視覺傳感器獲取的圖像是直接給機(jī)器看(即由計算機(jī)進(jìn)行圖像的分析并決策)而不是給人看。因此我們也可以利用微光學(xué)器件對目標(biāo)物體反射或發(fā)出的光學(xué)信息進(jìn)行特定處理，并直接分析微光學(xué)視覺傳感器獲取的圖像提取所需的信息，不再進(jìn)行圖像重建，實現(xiàn)從傳感器直接提取圖像分析結(jié)果的端到端光電檢測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中需要通過圖像重建才能獲取圖像分析結(jié)果的不足，提供了一種無需通過圖像重建便能從視覺傳感器直接提取圖像分析結(jié)果的基于微光學(xué)器件的端到端光電檢測系統(tǒng)及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于微光學(xué)器件的端到端光電檢測方法，包括以下步驟：

步驟一，目標(biāo)物體發(fā)出或反射出光學(xué)信息；

步驟二，微光學(xué)器件對光學(xué)信息進(jìn)行初步的信號處理；