CN109525756B - 一种恢复小凹光学系统所成像的黑边信息的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种恢复小凹光学系统所成像的黑边信息的系统，包括微透镜阵列、探测器和图像处理设备；小凹光学系统的像的光线经过微透镜阵列；探测器采集透过微透镜阵列的光线并记录成图像信息；图像处理设备根据小凹光学系统的光学参数得到黑边区域内的光线离焦范围，此离焦范围即为所需解算的微透镜阵列物方信息的景深范围；图像处理设备根据探测器所采集图像解算透过微透镜阵列的光线的位置信息和入射角度信息，根据所述位置信息、入射角度信息和所需的景深范围即还原得到微透镜阵列所需景深范围内的物方信息，此即对应小凹光学系统黑边区域的丢失图像信息。
Description
技术领域
本发明属于光学仪器的技术领域，具体涉及一种恢复小凹光学系统所成像的黑边信息的系统。
背景技术
小凹光学系统具有全视场成像，局部高清的特点，可以实现类似人眼的特征。局部高清传统的实现方案一般包括如计算机视觉的数字放大伪高清方案，和诸如激光扫描结合自适应光学的波前校正方案，或者基于探测器设计的方案，总体来说在一些领域呈现雏形，但是专门实现方案较少，而且多以数字放大方案为主。为实现真正的硬件放大，同时不像扫描系统、自适应光学系统、变密度探测器设计那样价格高昂，小凹光学设计方案得以提出。其通过光学设计，使用液晶空间光调制器(SLM)等设备设置小凹区域，实现整体成像局部高清方案。低分辨的整体图像可以用于把控全局，高清局部区域用于对感兴趣区域提供细节信息。这样可以降低冗余信息，实现高效灵活的观察能力。不过随着技术的发展发现，由于小凹区域和大视场区域对物体放大比的不同，会使得其过渡区域存在小黑边，如果小凹区域为圆形，则黑边为包围小凹区域的黑色环状区域，现有技术并没有针对该黑边区域进行消除或恢复的解决办法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种恢复小凹光学系统所成像的黑边信息的系统，能够解决小凹光学设计中存在的黑边问题，实现对其信息的复原。
实现本发明的技术方案如下：
一种恢复小凹光学系统所成像的黑边信息的系统，包括微透镜阵列、探测器和图像处理设备；
小凹光学系统的像的光线经过微透镜阵列；探测器采集透过微透镜阵列的光线并记录成图像信息；
图像处理设备根据小凹光学系统的光学参数得到黑边区域内的光线离焦范围，此离焦范围即为所需解算的微透镜阵列物方信息的景深范围；图像处理设备根据探测器所采集图像解算透过微透镜阵列的光线的位置信息和入射角度信息，根据所述位置信息、入射角度信息和所需的景深范围还原探测器所采集图像得到微透镜阵列所需景深范围内的物方信息，此即对应小凹光学系统黑边区域的丢失图像信息。
进一步地，所述微透镜阵列为高密度微透镜阵列。
进一步地，探测器为电荷耦合元件或者互补金属氧化物半导体。
有益效果：
1、本发明系统能够在保证系统局部高清的条件下能够恢复小凹光学系统图像的黑边信息。
2、本发明在小凹光学系统信息记录的过程中，采用了微透镜阵列的光场信息采集方式，能够在不破坏原始全图像清晰、局部高清的功能下，通过消耗计算成本来实现黑边信息的还原。
3、本发明在黑边信息还原的过程中，针对小凹黑边信息还原，采用了小凹光学系统参数和传统非聚焦型方案(即高密度微透镜阵列)相结合的新型光场信息还原方案，实现了对图像内不同区域的不同信息处理方法。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种恢复小凹光学系统所成像的黑边信息的系统，如图1所示，包括微透镜阵列、探测器和图像处理设备；
目标场景首先通过成像镜头进行成像，所成像通过小凹光学系统进行局部放大后再透过微透镜阵列，微透镜阵列可以保留小凹系统成像的光场信息，其中，光场信息包含光的位置信息和入射角度信息；因为若通过探测器直接采集小凹系统成像的话，就会损失图像的入射角度信息。
探测器采集透过微透镜阵列的图像；
图像处理设备根据小凹光学系统的光学参数得到黑边区域内的光线离焦范围，此离焦范围即为所需解算的微透镜阵列物方信息的景深范围。图像处理设备根据探测器所采集图像解算透过微透镜阵列的光线的位置信息和入射角度信息，根据所述位置信息、入射角度信息和所需的景深范围还原探测器所采集图像得到微透镜阵列所需景深范围内的物方信息，此即对应小凹光学系统黑边区域的丢失图像信息。
以上图像处理设备获得物方信息的处理过程就是重聚焦过程，其可通过聚焦法或非聚焦法计算得到，二者都是光场成像领域里常用的算法。
本方案相当于对传统小凹局部高清成像光学系统的改进。本发明通过SLM或者组合透镜设计小凹光学系统，顾名思义，小凹光学系统即是系统具备小凹的功能，这种设置可以确定局部高清区域的位置、大小、放大比等参数；随后是本方案的改进部分，传统小凹系统中直接用探测器接收成像图像的话，会得到具有黑边的局部放大区域，为此本方案采用微透镜阵列记录光场信息，并通过探测器进行记录，并传入计算机或者图像处理设备而后实现黑边信息还原。
之所以使用光场记录方案，是因为在小凹光学系统使用过程中发现黑边区域实际是一种信息“隐藏”，所谓“隐藏”是由于位于黑边区域内的光线被成像到离焦位置处聚焦，所以虽然经过原始图像放大率和小凹区域放大率的压缩，但实际上这些光线信息仍然存在，而光场信息可以记录光的四维信息(二维位置和二维角度，另外本方案所使用的是简化光场模型)，所以在记录下光场信息后可以实现小凹光学系统黑边的信息还原。
首先需要说明的是本方案虽然通过记录光场信息，但是与传统的光场相机方案并不相同，因为传统光场方案的全图像放大率相同，可以视为仅仅具有一个区域，而小凹光学系统实际上包含三个区域，第一个是原始放大率区域、第二个是小凹放大率区域(其放大率高于原始放大率区域)、第三个是黑边区域(也可以称为放大率突变区域或图像信息“隐藏”区域)，因此不同区域具有不同的信息密度，而黑边区域具有区域小，信息多的特点，为此需要使用高密度的微透镜阵列以适应其特点，而高密度微透镜阵列代表微透镜阵列个数更多，所以应该使用传统微透镜阵列还原方案即非聚焦型方案，这种方案相当成熟，故不在此赘述。确定方案后，由于区域分配的不同，需要在得知小凹区域相对位置的情况下进行信息还原，并通过局部非聚焦光场方案方法得以最终实现。
实施例1
本方案用于解决传统小凹光学系统的黑边问题。微透镜阵列和探测器对具有全视场清晰、局部高清的小凹图像进行光场信息的采集，根据分析，微透镜阵列应具有高密度微透镜，使用非聚焦型方案，并被探测器采集光场信息，根据具体成本和要求，探测器可以选择CCD(电荷耦合元件)或者CMOS(互补金属氧化物半导体)；最终从探测器将具有光场信息的图像传入计算机或者图像处理设备，根据前述方案实现黑边信息的还原，最终获得同时具有小凹局部高清功能和黑边信息还原能力的系统。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种恢复小凹光学系统所成像的黑边信息的系统，其特征在于，包括微透镜阵列、探测器和图像处理设备；
小凹光学系统的像的光线经过微透镜阵列；探测器采集透过微透镜阵列的光线并记录成图像信息；
图像处理设备根据小凹光学系统的光学参数得到黑边区域内的光线离焦范围，此离焦范围即为所需解算的微透镜阵列物方信息的景深范围；图像处理设备根据探测器所采集图像信息解算透过微透镜阵列的光线的位置信息和入射角度信息，根据所述位置信息、入射角度信息和所需的景深范围还原探测器所采集图像得到微透镜阵列所需景深范围内的物方信息，此即对应小凹光学系统黑边区域的丢失图像信息。
2.如权利要求1所述的一种恢复小凹光学系统所成像的黑边信息的系统，其特征在于，所述微透镜阵列为高密度微透镜阵列。
3.如权利要求1所述的一种恢复小凹光学系统所成像的黑边信息的系统，其特征在于，探测器为电荷耦合元件或者互补金属氧化物半导体。
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