利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2020108627632
申请人: 武汉工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.基于光学分幅光场相机的高分辨率光场系统,其特征在于:包括依次设置在光路上的主物镜、分光镜、微透镜阵列和图像传感器,还包括控制器和显示屏;

主物镜用于采集原始场景图像并将成像光线变为平行光束;

分光镜用于将平行光束分为反射光束和折射光束,使反射光束和折射光束分别进入不同的成像通道达到分幅成像的目的;

微透镜阵列用于接收折射光束,将每一个微透镜所成的子图像投射到图像传感器上;

图像传感器用于接收分光镜的反射光束和从微透镜阵列出射的多幅聚焦光线,分别对应转换成高清二维图像数据和具有方向维度和位置维度的四维光场图像数据,并发送到控制器;

控制器的信号接收端与图像传感器的信号发送端连接,用于接收图像传感器发送的高清二维图像数据和四维光场图像数据,进行提高空间分辨率和角度分辨率的处理,并将得到的目标场景图像数据发送到显示屏;

显示屏的信号接收端与控制器的信号发送端连接,用于接收控制器发送的目标场景图像数据并转换成图像显示给用户。

2.根据权利要求1所述的基于光学分幅光场相机的高分辨率光场系统,其特征在于:控制器包括分区模块、切片模块、角度校准模块、判断模块、对比度调节模块和融合模块;分区模块和切片模块的信号输出端分别连接角度校准模块的信号输入端,角度校准模块、判断模块、对比度调节模块和融合模块按信号流向依次连接;

分区模块用于删除收到的高清二维图像数据中遮挡物的区间光场信息,得到目标场景的位置维度和方向维度信息,并输出空白场景图像数据;

切片模块用于根据傅立叶切片定理,将收到的四维光场图像数据转换为若干帧二维切片数据;

角度校准模块用于根据带位置和方向信息的空白场景图像数据测定和矫正接收到的高清二维图像数据的相位,同时提取一帧二维切片数据重建为光场图像数据,并设置用于判断光场图像数据是否与高清二维图像数据匹配的阈值;

判断模块用于对光场图像数据和高清二维图像数据进行二值化处理,并根据阈值判断光场图像数据与高清二维图像数据是否匹配;

对比度调节模块用于根据平均像素值、像素灰度值和拐点参数对匹配的光场图像数据和高清二维图像数据进行对比度调节;

融合模块用于融合匹配的光场图像数据和高清二维图像数据,得到目标场景图像数据。

3.基于权利要求1或2中所述的基于光学分幅光场相机的高分辨率光场系统的成像方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:主物镜采集原始场景图像并将成像光线变为平行光束;

S2:分光镜将平行光束分为反射光束和折射光束;

S3:微透镜阵列接收折射光束,将每一个微透镜所成的子图像投射到图像传感器上;

S4:图像传感器接收分光镜的反射光束和从微透镜阵列出射的多幅聚焦光线,分别对应转换成高清二维图像数据和具有方向维度和位置维度的四维光场图像数据,并发送到控制器;

S5:控制器接收图像传感器发送的高清二维图像数据和四维光场图像数据,进行提高空间分辨率和角度分辨率的处理,并将得到的目标场景图像数据发送到显示屏;

S6:显示屏接收控制器发送的目标场景图像数据并转换成图像显示给用户。

4.根据权利要求3所述的成像方法,其特征在于:所述的步骤S5中,具体步骤为:S51:控制器的分区模块删除收到的高清二维图像数据中遮挡物的区间光场信息,得到目标场景的位置维度和方向维度信息,并输出空白场景图像数据;

S52:控制器的切片模块根据傅立叶切片定理,将收到的四维光场图像数据转换为若干帧二维切片数据;

S53:控制器的角度校正模块根据带位置和方向信息的空白场景图像数据测定和矫正接收到的高清二维图像数据的相位,同时提取一帧二维切片数据重建为光场图像数据,并设置用于判断光场图像数据是否与高清二维图像数据匹配的阈值;

S54:控制器的判断模块对光场图像数据和高清二维图像数据进行二值化处理,并根据阈值判断光场图像数据与高清二维图像数据是否匹配;

S55:控制器的对比度调节模块根据平均像素值、像素灰度值和拐点参数对匹配的光场图像数据和高清二维图像数据进行对比度调节;

S56:控制器的融合模块将调节对比度后的光场图像数据和高清二维图像数据融合,得到目标场景图像数据。

5.根据权利要求4所述的成像方法,其特征在于:所述的步骤S53中,测定和矫正接收到的高清二维图像数据的相位的具体步骤为:S531:测量分光镜的安装参数和物理参数:

S532:矫正接收到的高清二维平面图像数据的相位。

6.根据权利要求5所述的成像方法,其特征在于:所述的步骤S531中,具体步骤为:S5311:测量原始场景图像通过分光镜折射形成的高清二维图像,得到分光镜的相位指数;

S5312:测量分光镜的反射率和透射比,并计算光场图像数据和高清二维图像数据的比例。

7.根据权利要求4所述的成像方法,其特征在于:所述的步骤S53中,重建光场图像数据,并设置用于判断光场图像数据是否与高清二维图像数据匹配的阈值的具体步骤为:S533:计算空白场景图像数据的中心点坐标:

S534:通过数字重聚焦将一帧二维切片重建为光场图像数据。

8.根据权利要求7所述的成像方法,其特征在于:所述的步骤S533中,具体步骤为:S5331:计算空白场景图像数据的光线方向与主物镜平面的夹角;

S5332:计算空白场景图像数据的中心点坐标;

S5333:重复步骤S5331直至空白场景图像数据的中心点坐标的误差趋近于无。

9.根据权利要求7所述的成像方法,其特征在于:所述的步骤S534中,具体步骤为:S5341:根据步骤S533得到的白图像的中心点坐标计算微透镜阵列的子孔径形成的子图像的灰度值;

S5342:根据子图像的灰度值计算每个子孔径的合成孔径图像中的遮挡物在主物镜平面和图像传感器平面的光辐射量;

S5343:通过入瞳光线数值积分近似计算比例因子,判断是否采用该比例因子识别遮挡物:若是则执行下一步骤;若否则返回步骤S51;

S5344:通过采用比例因子的光瞳函数对遮挡物进行区域划分,判断遮挡物与目标场景的灰度值是否可区分,若区分度很低则返回步骤S533;若对遮挡物和场景的灰度值可以顺利区分,则执行下一步骤。

10.根据权利要求9所述的成像方法,其特征在于:采用如下步骤替代步骤S5344:通过对图像的灰度设定阈值识别遮挡物,若识别结果出现大片模糊区域,则返回步骤S51;若识别结果符合要求则进行下一步处理。