CN104614856A - 一种基于复眼透镜光学结构的成像装置及其成像方法 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于复眼透镜光学结构的成像装置和成像方法，基于仿生学复眼透镜成像原理与可变空间频率特征提取技术相结合，物空间的图像经过复眼透镜成像在二维光电传感器平面上，通过空间变频滤波模块和颜色连续分析模块进行图像处理后，进行图像信息融合，将所需图像特征和图像进行输出，实现高性能光电成像，给出一种方法简单、光电结构简洁、易于实现、对机械要求低、系统构建灵活、特征信息易于提取和分析、数据处理能力强、易于集成和功能扩充的基于复眼光学结构的成像方法。

Description

一种基于复眼透镜光学结构的成像装置及其成像方法
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种成像装置及其成像方法，特别是一种基于复眼光学结构的成像装置和成像方法，主要应用于人工智能、机器人、移动终端、光电成像、光电检测、物质分析、光学照明、投影技术、光学显微、光学操控、光通讯、人工智能、机器人、移动终端、物联网、环境感知、制导导航、文物保护等领域中的成像。
背景技术
成像广泛存在于移动终端、机器人、光电系统、光电检测、物质分析、光学照明、投影技术、光学显微、光学操控、光通讯、人工智能、物联网、环境感知、制导导航、文物保护等领域，例如，在移动终端领域更加突显图像采集的重要性，智能手机上设置有图像采集处理部件已成为一种广泛存在的硬件和软件配置，得到了快速发展。复眼是相对于单眼而言的，自然界中的复眼是昆虫的主要视觉器官，通常在昆虫的头部占有突出的位置，复眼由多数小眼组成。基于复眼工作原理开发的透镜成为复眼透镜，是由一系列小透镜组合形成，在本质上，复眼透镜是微小透镜阵列，所以在一些光学系统涉及到的透镜阵列也属于复眼透镜。
在先技术中存在一种复眼透镜的成像方法，参见美国授权专利(UnitedStates Patent)，专利名称：Compound lens imaging device，专利号为US8760558B2，专利日期为2014年6月24日，专利申请人是日本理理光公司，即Ricoh Company，Ltd.，Tokyo(JP)，发明人为Nobuhiro Morita等六人。此在先技术虽然具有一定的优点，但是仍然存在本质不足：1)本方法包含面向物方的复眼透镜和面向像方的复眼透镜，有两组复眼透镜，并且这两组复眼透镜要同轴，因此制作工艺复杂、光电结构复杂、系统难于实现；2)在构建过程中，要求复眼透镜中的透镜单元开口直径一致，并且要求每个透镜单元的后焦距一致，限制了复眼透镜选择、设计和优化，同时增加了系统的实施难度，影响系统构建的灵活性；3)本方法中处理和得到的均是焦平面图像信息，并且基于物理量是照度，影响采集和处理图像的效果，获得图像信息量有限，影响方法的集成和功能扩充灵活性。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题提出了一种基于复眼透镜光学结构的成像装置和成像方法，具体方案如下：
一种基于复眼透镜光学结构的成像装置，包括图像光源以及沿光源光束出射方向依次设置的复眼透镜和用于采集经过所述复眼透镜图像信息的光电传感器，所述的复眼透镜包括多个子透镜单元，其特征在于，还包括：
图像采集处理模块：与所述光电传感器连接，用于对所述光电传感器上的光电信息进行整体采集；
空间变频滤波模块：与所述图像采集处理模块连接，用于对所述光电传感器的光电信息做空间变换滤波处理；
频率特征分析模块：与所述空间变频滤波模块连接，用于对经所述空间变频滤波模块处理后的光电信息进行处理从而获得含频率特征的图像信息；
颜色连续分析模块：与所述图像采集处理模块连接，用于对所述光电传感器采集的光电信息进行颜色连续分析；
颜色特征分析模块：与所述颜色连续分析模块连接，用于对经所述颜色连续分析模块处理后的光电信息进行处理从而获得特征图像信息；
图像信息融合模块：分别于所述频率特征分析模块和所述颜色特征分析模块连接，用于将所述频率特征分析模块和颜色特征分析模块输出的图像信息融合并将所需图像特征和图像进行输出。
上述方案基于仿生学复眼透镜成像原理与变空间频率特征提取技术相结合，物空间的图像经过复眼透镜成像在二维光电传感器平面上，每个透镜单元将物空间图像成像于二维光电传感器平面的子区域中，复眼透镜和二维光电传感器进行机械整体连接；二维光电传感器上呈现图像是存在信息差异的物空间图像阵列，光电图像采集模块对二维光电传感器上光电信息进行整体采集；空间变频滤波模块对光电图像采集模块采集到的信息进行处理，利用空间变频滤波进行处理，然后由频率特征分析模块处理获得含频率特征的图像信息；颜色连续分析模块对光电图像采集模块采集到的信息进行处理，然后由颜色特征分析模块处理获得特征图像信息；频率特征分析模块和颜色特征分析模块输出的图像信息经过图像信息融合，将所需图像特征和图像进行输出，实现高性能光电成像。
作为优选，所述的复眼透镜与所述光电传感器机械固定。复眼透镜和光电传感器之间机械固定后两者之间的间距保持固定，方便成像。
作为优选，所述的复眼透镜为玻璃复眼透镜、树脂复眼透镜、塑料复眼透镜、复合机构复眼透镜的一种。
作为优选，所述的光电传感器为电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体光电传感器的一种。
一种基于复眼透镜光学结构的成像方法，包括以下步骤：
1.图像光源将图像投射到复眼透镜上，并经复眼透镜透射后成像于光电传感器接收面；
2.图像采集处理模块对光电传感器接收的光电信息做整体采集；
3.空间变频滤波模块对图像采集处理模块采集到的信息进行处理，利用空间变频滤波进行处理，然后由频率特征分析模块处理获得含频率特征的图像信息；同时，颜色连续分析模块对图像采集处理模块采集到的信息进行处理，然后由颜色特征分析模块处理获得特征图像信息；
4.频率特征分析模块和颜色特征分析模块输出的图像信息经图像信息融合模块进行图像信息融合，将所需图像特征和图像进行输出，实现高性能光电成像。
本发明的发明点在于基于仿生学复眼透镜成像原理与可变空间频率特征提取技术相结合，物空间的图像经过复眼透镜成像在二维光电传感器平面上，通过空间变频滤波模块和颜色连续分析模块进行图像处理后，进行图像信息融合，将所需图像特征和图像进行输出，实现高性能光电成像，给出一种方法简单、光电结构简洁、易于实现、对机械要求低、系统构建灵活、特征信息易于提取和分析、数据处理能力强、易于集成和功能扩充的基于复眼光学结构的成像方法。
附图说明
图1为本发明的一种基于复眼透镜光学结构的成像装置的结构示意图：
图2为本发明的一种基于复眼透镜光学结构的成像方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示为本发明实施例的一种基于复眼透镜光学结构的成像装置结构示意图，具体实施例如下：一种基于复眼透镜光学结构的成像装置，包括图像光源1以及沿光源光束出射方向依次设置的复眼透镜2和光电传感器3，光电传感器3连接有图像采集处理模块4，图像采集处理模块4连接有空间变频滤波模块5和颜色连续分析模块6，而空间变频滤波模块5连接有频率特增分析模块7，颜色连续分析模块6连接有图像信息融合模块8。
图像光源1将图像经复眼透镜2透射后投射到光电传感器3，图像采集处理模块4对光电传感器3接受的图像信息进行整体采集，并将整体采集得到的图像信息分别传输给空间变频滤波模块5和颜色连续分析模块6，空间变频滤波模块5对图像信息进行空间变换滤波处理，颜色连续分析模块6对图像信息进行颜色连续分析；空间变频滤波模块5和颜色连续分析模块6又分别将处理后的图像信息分别传输给频率特征分析模块7和颜色特征分析模块8，频率特征分析模块7对接收到的图像信息进行处理得到含频率特征的图像信息，颜色特征分析模块8对接收的图像信息进行处理后得到特征图像信息；经频率特征分析模块7和颜色特征分析模块8分别处理后的图像信息均传输到图像信息融合模块9，图像信息融合模块9对接收到的两种图像信息进行图像信息融合处理并将所需图像特征和图像进行输出.
其中，复眼透镜2采用玻璃复眼透镜，光电传感器3为电荷耦合器件；复眼透镜2和光电传感器3之间采用固定件10机械固定，两者间距保持不变。
如图2所示为本发明实施例的一种基于复眼透镜光学结构的成像方法流程示意图，具体实施例如下：一种基于复眼透镜光学结构的成像方法，具体步骤如下：
1.图像光源将图像投射到复眼透镜上，并经复眼透镜透射后成像于光电传感器接收面；
2.图像采集处理模块对光电传感器接收的光电信息做整体采集；
3.空间变频滤波模块对图像采集处理模块采集到的信息进行处理，利用空间变频滤波进行处理，然后由频率特征分析模块处理获得含频率特征的图像信息；同时，颜色连续分析模块对图像采集处理模块采集到的信息进行处理，然后由颜色特征分析模块处理获得特征图像信息；
4.频率特征分析模块和颜色特征分析模块输出的图像信息经图像信息融合模块进行图像信息融合，将所需图像特征和图像进行输出，实现高性能光电成像。
本发明的一种基于复眼透镜光学结构的成像装置和成像方法，利用复眼透镜成像原理与可变空间频率特征提取技术相结合通过空间变频滤波模块和颜色连续分析模块进行图像处理后，进行图像信息融合，将所需图像特征和图像进行输出，实现高性能光电成像。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于复眼光学结构的成像装置，包括图像光源以及沿光源光束出射方向依次设置的复眼透镜和用于采集经过所述复眼透镜图像信息的光电传感器，所述的复眼透镜包括多个子透镜单元，其特征在于，还包括：
图像采集处理模块：与所述光电传感器连接，用于对所述光电传感器上的光电信息进行整体采集；
空间变频滤波模块：与所述图像采集处理模块连接，用于对所述光电传感器的光电信息做空间变换滤波处理；
频率特征分析模块：与所述空间变频滤波模块连接，用于对经所述空间变频滤波模块处理后的光电信息进行处理从而获得含频率特征的图像信息；
颜色连续分析模块：与所述图像采集处理模块连接，用于对所述光电传感器采集的光电信息进行颜色连续分析；
颜色特征分析模块：与所述颜色连续分析模块连接，用于对经所述颜色连续分析模块处理后的光电信息进行处理从而获得特征图像信息；
图像信息融合模块：分别于所述频率特征分析模块和所述颜色特征分析模块连接，用于将所述频率特征分析模块和颜色特征分析模块输出的图像信息融合并将所需图像特征和图像进行输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于复眼光学结构的成像装置，所述的复眼透镜与所述光电传感器机械固定。
3.根据权利要求1所述的一种基于复眼光学结构的成像装置，所述的复眼透镜为玻璃复眼透镜、树脂复眼透镜、塑料复眼透镜、复合机构复眼透镜的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于复眼光学结构的成像装置，所述的光电传感器为电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体光电传感器的一种。
5.一种基于复眼光学结构的成像方法，包括以下步骤：
(1)图像光源将图像投射到复眼透镜上，并经复眼透镜透射后成像于光电传感器接收面；
(2)图像采集处理模块对光电传感器接收的光电信息做整体采集；
(3)空间变频滤波模块对图像采集处理模块采集到的信息进行处理，利用空间变频滤波进行处理，然后由频率特征分析模块处理获得含频率特征的图像信息；同时，颜色连续分析模块对图像采集处理模块采集到的信息进行处理，然后由颜色特征分析模块处理获得特征图像信息；
(4)频率特征分析模块和颜色特征分析模块输出的图像信息经图像信息融合模块进行图像信息融合，将所需图像特征和图像进行输出，实现高性能光电成像。
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