CN105516573B - 去模糊成像的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去模糊成像的装置和方法，其中，该装置包括：透镜系统和成像装置，透镜系统用于形成预设形状的点扩散函数；成像装置用于基于点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理以生成清晰图像。根据本发明实施例提供的去模糊成像的装置和方法，精确地对模糊图像进行去模糊处理，使之成为全清晰图像，提高了图像质量，满足了用户对图像质量的要求。

Description

去模糊成像的装置和方法
技术领域
本发明涉及成像技术领域，特别涉及一种去模糊成像的装置和方法。
背景技术
随着图像处理技术和图像采集硬件技术的进步，摄影技术也得到了飞速的发展。摄影技术不再是一小圈人的专有，而是有更多的人参与到摄影活动中，体会着摄影带来的美和快乐。人们对于摄影的要求，不再是单纯的留下美好的记忆，更重要的是追求照片的质量。
随着数码技术的兴起，世界各大数码相机公司不断创新，推动了数码相机产业的蓬勃发展，开发出各种各样适合大众需求的数码相机。从最早的傻瓜相机，到现在的数码单反相机，无不体现着这一产业的蓬勃发展的现状。人们除了追求便捷意外，更加注重拍摄的照片的质量，如色彩，清晰度等。而由于光学成像的物理原理，普通的成像镜头只能满足特定的需要，存在许多问题，如散焦、抖动等。硬件技术的进步可以一定程度下带动解决这些问题，但开发成本高昂，而且现在也遇到了瓶颈。从软件算法方面对于图像进行分析、处理，无疑是更好的低成本的选择。
对于散焦问题，相关的方法有编码光圈和多张合成等方法，但是都有各自的局限性。比如多张合成方法，其要求相机拍摄多张不同深度的照片，然后将多张照片的清晰部分进行拼接，最终得到一张全清晰图像。这种方法不仅需要的空间成本高，而且计算复杂度也高，降低时间效率。而编码光圈方法，通过对于相机光圈形状的编码，得到特定形状的点扩散函数，然后通过去模糊的方法，将图像和对应深度的点扩散函数进行解卷积，获得一张全清晰的图像。这种方法避免了拍摄多张照片，利用图像模糊的原理，进行逆求解，利用图像和已知编码的点扩散函数，进行解卷积，获得最后需要的结果。但是利用编码光圈的方法，会造成通光量的减少，在拍摄高速摄影、需要曝光时间比较短的情况下，很难获得好的通光量，也就是照片的强度比较低。
发明内容
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种去模糊成像的装置。该装置可以精确地对模糊图像进行去模糊处理，使之成为全清晰图像。
本发明的第二个目的在于提出一种去模糊成像的方法。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种去模糊成像的装置，包括透镜系统和成像装置，其中，所述透镜系统，用于形成预设形状的点扩散函数；所述成像装置，用于基于所述点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理以生成清晰图像。
本发明实施例的去模糊成像的装置通过透镜系统形成预设形状的点扩散函数后，成像装置基于点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理生成清晰图像。该装置可以精确地对模糊图像进行去模糊处理，使之成为全清晰图像，提高了图像质量，满足了用户对图像质量的要求。
在本发明的一个实施例中，所述透镜系统包括第一凸透镜、第一分光棱镜和多个柱透镜，所述第一凸透镜、所述第一分光棱镜以及每个所述柱透镜依次串联，且多个所述柱透镜相互并联，经过所述第一凸透镜聚焦的光线经过所述第一分光棱镜分成一一对应地射向多个所述柱透镜的多路光线，且所述多路光线聚光成像。
在本发明的一个实施例中，所述多路光线通过所述第二分光棱镜聚光成像。
在本发明的一个实施例中，所述柱透镜为两个，经过所述第一凸透镜聚焦的光线经过所述第一分光棱镜分成相互垂直的两路光线，且两路光线分别经过第一反射镜和第二反射镜后相互垂直地射入所述第二分光棱镜并由所述第二分光棱镜聚光成像。
在本发明的一个实施例中，所述透镜系统包括第二凸透镜、第三分光棱镜、第一柱面镜和第二柱面镜，所述第二凸透镜和所述第一柱面镜分别设在所述第三分光棱镜的左右两侧，所述第二柱面镜设在所述第三分光棱镜的上方，由所述第二凸透镜聚焦的光线的至少一部分射向所述第三分光棱镜并由所述第三分光棱镜分为分别射向所述第一柱面镜和第二柱面镜且相互垂直的两路光线，所述两路光线经过第一柱面镜和所述第二柱面镜反射向所述第三分光棱镜并由所述第三分光棱镜聚光后在所述第三分光棱镜的下方成像。
在本发明的一个实施例中，所述预设形状为“十”字形状。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种去模糊成像的方法，包括以下步骤：所述透镜系统形成预设形状的点扩散函数；以及所述成像装置基于所述点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理以生成清晰图像。
本发明实施例的去模糊成像的方法，通过透镜系统形成预设形状的点扩散函数后，成像装置基于点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理生成清晰图像。该装置可以精确地对模糊图像进行去模糊处理，使之成为全清晰图像，提高了图像质量，满足了用户对图像质量的要求。
在本发明的一个实施例中，所述预设形状为“十”字形状。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的去模糊成像装置结构的示意图；
图2为根据本发明一个实施例的透镜系统结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的包含两个柱透镜的透镜系统的光路原理示意图；
图4为根据本发明一个实施例的单个透镜系统的成像原理的示例图；
图5为根据本发明一个实施例的两路光路组合后形成的标准十字形点扩散函数的示意图；
图6为根据本发明另一个实施例的去模糊成像装置结构的示意图；
图7为根据本发明另一个实施例的基于柱面镜和成像装置去模糊成像的装置的示例图；
图8为根据本发明一个实施例的去模糊成像方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的去模糊成像的装置和方法。
图1为根据本发明一个实施例的去模糊成像装置结构的示意图。
如图1所示，该去模糊成像装置包括：透镜系统10和成像装置20。其中：
透镜系统10用于形成预设形状的点扩散函数。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，透镜系统10可以包括：第一凸透镜101、第一分光棱镜102和多个柱透镜103，其中：
第一凸透镜101、第一分光棱镜102以及每个柱透镜103依次串联，且多个柱透镜103相互并联，经过第一凸透镜101聚焦的光线经过第一分光棱镜102分成一一对应地射向多个柱透镜103的多路光线，且多路光线聚光成像。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，透镜系统10还可以包括第二分光棱镜104，该第二分光棱镜104用于将多路光线聚光成像。
其中，包含两个柱透镜的透镜系统的光路原理示意图，如图3所示。
具体地，光线经过第一凸透镜101聚焦后，第一分光棱镜102分成相互垂直的两路光线，光线1和光线2，光线1射向第一柱透镜1031，并经过第一反射镜1051射向第二分光棱镜104。光线2经过第一反射镜1052反射后射经过第二柱透镜1032射向第二分光棱镜104。然后，第二分光棱镜104将相互垂直的两路光线进行聚光成像。
其中，需要说明的是，该实施例的柱透镜具有将光线在一个方向得到汇聚，而在另外一个方向光线直接透过的特性。
为了使得光线可以在两个方向都可以汇聚，需要将柱透镜配合凸透镜使用。
其中，单个透镜系统的成像原理的示例图，如图4所示。需要说明的是，该实施例中的单个透镜系统由一个凸透镜和一个柱透镜组成。
由图4可知，光线经过柱透镜后，在一个方向光线会汇聚，而在另外一个方向上，光线没有汇聚作用。这样一个点光源会形成一个线状成像，无法成一个具体的像。在柱透镜的前端，串联一个凸透镜，使得在两个方向上都进行汇聚。
为了保证两个方向的焦距接近，能够顺利成像，在选取柱透镜的过程中，可选取焦距比较大的柱透镜。
通常，当柱透镜的焦距比较大时，对于光线的作用比较小，两个方向能够焦距近似相等，且所形成的成像的点扩散函数为一个椭圆。如果利用两路正交的光路进行组合，最终会得到一个十字形的点扩散函数。
其中，通过两路相互正交的单个透镜系统所形成的点扩散函数的形式，如图5所示，通过图5可以看出，通过两个相互正交的单个透镜系统所形成的点扩散函数的形状为十字形。
其中，需要说明的是，图5中的每一个椭圆点扩散函数是由一路串联的凸透镜和柱透镜形成的，将两路的柱透镜正交，使得两路形成的点扩散函数的椭圆长轴方向正交。然后当椭圆中心对齐，就可形成一个标准的十字形状的点扩散函数。
其中，图5中的四个变量(X1,2,Y1,2)可以描述该点扩散函数的形状，也可以用于后续的去模糊算法的参数。
需要说明的是，该实施例的点扩散函数可以为十字形，也可以为其他形状，其中，点扩散函数的具体形状与组成透镜系统中的多个柱透镜与凸透镜的位置关系有关，例如，还可以通过调整透镜系统中的多个柱透镜与凸透镜位置关系，形成一个L形状的点扩散函数(即“十”的交点移向端点，形成“”)。
具体地，成像装置20用于基于点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理以生成清晰图像。
其中，预设的去模糊算法是预先设置的去模糊算法。
需要理解的是，该实施例基于点扩散函数和已有的一些去模糊算法即可实现对模糊图像去模糊，进而生成一个清晰图像。此处不再去模糊算法进行相关介绍。
本发明实施例的去模糊成像的装置，通过透镜系统形成预设形状的点扩散函数后，成像装置基于点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理生成清晰图像。由此，精确地对模糊图像进行去模糊处理，使之成为全清晰图像，提高了图像质量，满足了用户对图像质量的要求。
图6为根据本发明另一个实施例的去模糊成像装置结构的示意图。
如图6所示，该去模糊成像装置包括：透镜系统10和成像装置20，其中，透镜系统10包括第二凸透镜106、第三分光棱镜107、第一柱面镜1033和第二柱面镜1034。
其中，第二凸透镜106和第一柱面镜1033分别设在第三分光棱镜107的左右两侧，第二柱面镜1034设在第三分光棱镜107的上方，由第二凸透镜106聚焦的光线的至少一部分射向第三分光棱镜107并由第三分光棱镜107分为分别射向第一柱面镜1033和第二柱面镜1034且相互垂直的两路光线，两路光线经过第一柱面镜1033和第二柱面镜1034反射向第三分光棱镜并107由第三分光棱镜107聚光后在第三分光棱镜的下方成像。
其中，基于柱面镜和成像装置去模糊成像的装置的示例图，如图7所示。
具体地，经过第二凸透镜106聚焦的光线至少一部分射向第三分光棱镜107，第三分光棱镜107将光线分为两路相互正交的光线，并分别射向第一柱面镜1033和第二柱面镜1034，两路光线经过第一柱面镜1033和第二柱面镜1034反射后射向第三分光棱镜107，第三分光棱镜107对经过第一柱面镜1033和第二柱面镜1034的两路光线进行聚光，聚光后光线从第三分光棱镜107的同一面射出，并射向成像面，以在成像面上形成清晰图像。
需要说明的是，图7所示的去模糊成像的装置的光路图比较简洁，装置占用空间小，同时具有很好的效果。
本发明实施例的去模糊成像的装置通过透镜系统形成预设形状的点扩散函数后，成像装置基于点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理生成清晰图像。该装置可以精确地对模糊图像进行去模糊处理，使之成为全清晰图像，提高了图像质量，满足了用户对图像质量的要求。
与上述几种实施例提供的去模糊成像的装置相对应，本发明的一种实施例还提供一种去模糊成像的方法，由于本发明实施例提供的去模糊成像的方法与上述几种实施例提供的去模糊成像的装置相对应，因此，前述对去模糊成像的装置实施例的解释说明也适用于本实施例提供的去模糊成像的方法，在本实施例中不再详细描述。
图8为根据本发明一个实施例的去模糊成像方法的流程图。
S801，透镜系统形成预设形状的点扩散函数。
其中，该实施例的点扩散函数的形状可以为十字形，也可以为其他形状。例如，点扩散函数的形状为L形状。
其中，点扩散函数的具体形状与组成透镜系统中的多个柱透镜与凸透镜的位置关系有关，形成十字形状的点扩散函数的透镜系统中的多个柱透镜与凸透镜的位置关系，如图8所示。
S802，成像装置基于点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理以生成清晰图像。
其中，预设的去模糊算法是预先设置的去模糊算法。
需要理解的是，该实施例基于点扩散函数和已有的一些去模糊算法即可实现对模糊图像去模糊，进而生成一个清晰图像。此处不再去模糊算法进行相关介绍。
本发明实施例的去模糊成像的方法，通过透镜系统形成预设形状的点扩散函数后，成像装置基于点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理生成清晰图像。由此，精确地对模糊图像进行去模糊处理，使之成为全清晰图像，提高了图像质量，满足了用户对图像质量的要求。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种去模糊成像的装置，其特征在于，所述装置包括透镜系统和成像装置，其中，
所述透镜系统，用于形成预设形状的点扩散函数，所述透镜系统包括第一凸透镜、第一分光棱镜和多个柱透镜，所述第一凸透镜、所述第一分光棱镜以及每个所述柱透镜依次串联，且多个所述柱透镜相互并联，经过所述第一凸透镜聚焦的光线经过所述第一分光棱镜分成一一对应地射向多个所述柱透镜的多路光线，且所述多路光线聚光成像；
所述透镜系统，还包括：第二分光棱镜，所述第二分光棱镜用于将所述多路光线聚光成像；
所述成像装置，用于基于所述点扩散函数和预设的去模糊算法，对模糊图像进行去模糊处理以生成清晰图像。
2.如权利要求1所述的去模糊成像的装置，其特征在于，所述柱透镜为两个，经过所述第一凸透镜聚焦的光线经过所述第一分光棱镜分成相互垂直的两路光线，且两路光线分别经过第一反射镜和第二反射镜后相互垂直地射入所述第二分光棱镜并由所述第二分光棱镜聚光成像。
3.如权利要求1所述的去模糊成像的装置，其特征在于，所述透镜系统包括第二凸透镜、第三分光棱镜、第一柱面镜和第二柱面镜，所述第二凸透镜和所述第一柱面镜分别设在所述第三分光棱镜的左右两侧，所述第二柱面镜设在所述第三分光棱镜的上方，由所述第二凸透镜聚焦的光线的至少一部分射向所述第三分光棱镜并由所述第三分光棱镜分为分别射向所述第一柱面镜和第二柱面镜且相互垂直的两路光线，所述两路光线经过第一柱面镜和所述第二柱面镜反射向所述第三分光棱镜并由所述第三分光棱镜聚光后在所述第三分光棱镜的下方成像。
4.如权利要求1-3任一项所述的去模糊成像的装置，其特征在于，所述预设形状为“十”字形状。
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