CN110906883B - 一种融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法，可用于对远距离微小物体进行探测与三维测量。本方法通过结合合成孔径成像系统与多目视觉系统，利用相机记录合成孔径系统所成的高光学分辨率图像，同时利用各孔径对目标进行单独成像，提取孔径间视差信息，对目标进行三维测量。通过多图像的融合，可以对目标细节信息进行增强，同时对目标三维表面信息进行提取，相比于传统多目视觉系统，本系统在有限孔径下可大幅度提高探测器的三维探测精度。
Description
技术领域
本发明属于多孔径计算光学成像领域，具体涉及一种融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法。
背景技术
多孔径计算成像系统是工业应用中最有效的三维测量方法之一，通过不同视角的采样，分析与解算，可以获取目标的三维表面信息。近年来，随着多孔径成像系统应用范围的扩大与工业要求的提高，传统多目视觉的光学分辨率已经无法满足其要求。而增大系统的光学分辨率需要增大入瞳孔径，孔径增大将会严重影响系统的视角、基线、体积等各因素，因此需要一种新的成像方式在不改变孔径大小的情况下提高目标探测的分辨率。通过引入多孔径合成孔径成像结构，对图像的光学分辨率进行提高，可以有效提高目标探测分辨率与三维表面信息提取的精度。多孔径合成孔径成像在不改变单个子孔径大小的情况下，可以有效增大图像接收的光学分辨率，然而，传统合成孔径成像无法记录目标的角度信息。因此，通过融合多目视觉与合成孔径成像，可以有效提高现有的目标表面三维重建效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高光学分辨率，高三维探测精度，不改变现有孔径大小的融合多孔径成像与多目视觉的图像超分辨方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法，实现步骤如下：
步骤(1)设置结构中含有N组共相的小孔径光学系统；
步骤(2)利用半反射镜对每组子孔径入射光进行分束，对透射光束进行单独成像，同时反射光束利用反射系统合束，形成等效大口径光束成像系统；
步骤(3)经由单独成像，系统可采集得到不同视角低分辨率目标图像，经由合成孔径成像，系统可采集得到高分辨率目标图像；
步骤(4)利用一个计算求解过程对目标的表面三维信息进行提取，计算过程如下：
1)通过三维重构算法，对多视角低光学分辨率的图像组进行解算，获得低分辨率的目标表面三维信息；
2)引入高光学分辨率图像，利用插值方法，对高光学分辨率图像纹理位置信息进行判断，获取高分辨率的目标表面三维信息。
进一步地，所述子孔径可同时进行单独成像与合成孔径成像。
进一步地，所述子孔径利用半反射镜分割光路，完成所述成像过程。
进一步地，对目标进行高分辨率下的三维重构。
进一步地，利用插值算法对所述高光学分辨率图像与低光学分辨率图像进行融合，插值算法包括：多项式方法，埃米尔特方法，分段方法，机器学习方法。
进一步地，利用视差提取方法提取所述高分辨目标的三维表面信息，视差提取方法包括BM方法，GC方法，机器学习方法。
本发明与现有技术相比具有的特点：
(1)结合合成孔径成像与多目成像，通过一次成像过程获得高光学分辨率目标图像与不同视角的低分辨率目标图像；
(2)利用算法融合并计算，重构出目标的高分辨率三维表面信息。
(3)相对于传统多目视觉成像，本发明在不改变接收面孔径的情况下，可以对更高分辨率的目标进行探测和三维表面信息测量。
(4)相对于传统多目视觉成像，本发明拥有更小的基线和更大的共同视场。
附图说明
图1是多孔径同时融合多目成像与合成孔径成像的高分辨率探测结构图；
其中，1为LED光源及目标，2为子孔径，3为缩束系统，4为半反射镜，5为第一聚焦透镜，6为反射镜，7为第二聚焦透镜，8为CCD探测器。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明确，下面结合附图及具体实施方式详细介绍发明。
如图1所示，本发明由多个可独立成像的子孔径组成(由于各子孔径独立成像光路相同，为简单起见，仅对一子孔径独立成像结构及合成孔径结构进行介绍)，通过半反射镜，子孔径可同时组成一个合成孔径成像系统。
在图1中，目标经LED光源的光照射，被独立子孔径2接收，经缩束系统3后半反射镜4分束，透射光线经过第一聚焦透镜5在CCD探测器8进行单独成像，反射光线在与其余子孔径接收光经反射镜6合束后经第二聚焦透镜7成像于CCD探测器8。
系统具体成像及解算步骤如下：
步骤(1)设置结构中含有N组共相的小孔径光学系统，光学系统光轴互相平行且硬件参数相同，光束进行缩束后变为平行光输出；
步骤(2)利用半反射镜对每组子孔径入射光进行分束，对透射光束进行单独成像，同时反射光束利用反射系统合束，形成等效大口径光束成像系统；
步骤(3)经由单独成像，系统可采集得到不同视角低分辨率目标图像，经由合成孔径成像，系统可采集得到高分辨率目标图像；
步骤(4)利用一个计算求解过程对目标的表面三维信息进行提取，计算过程如下：
1)通过相机标定方法，对系统的硬件参数进行标定；
2)通过三维重构算法与硬件信息相结合，对低光学分辨率的图像组进行解算，视差提取及三维重构，从而获得低分辨率的目标表面三维信息；
3)引入高光学分辨率图像，利用插值方法，对高光学分辨率图像纹理位置信息进行判断，获取高分辨率的目标表面三维信息；
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。只要是利用合成孔径成像与多目成像同时与本系统相仿，对目标进行融合与解算，最终提高目标的探测分辨率与三维探测效果，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
步骤(1)设置结构中含有N组共相的小孔径光学系统；
步骤(2)利用半反射镜对每组子孔径入射光进行分束，对透射光束进行单独成像，同时反射光束利用反射系统合束，形成等效大口径光束成像系统；
步骤(3)经由单独成像，系统可采集得到不同视角低分辨率目标图像，经由合成孔径成像，系统可采集得到高分辨率目标图像；
步骤(4)利用一个计算求解过程对目标的表面三维信息进行提取，计算过程如下：
1)通过三维重构算法，对多视角低光学分辨率的图像组进行解算，获得低分辨率的目标表面三维信息；
2)引入高光学分辨率图像，利用插值方法，对高光学分辨率图像纹理位置信息进行判断，获取高分辨率的目标表面三维信息。
2.根据权利要求1所述的融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法，其特征在于：所述子孔径可同时进行单独成像与合成孔径成像。
3.根据权利要求2所述的融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法，其特征在于：所述子孔径利用半反射镜分割光路，完成成像过程。
4.根据权利要求1所述的融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法，其特征在于：对目标进行高分辨率下的三维重构。
5.根据权利要求4所述的融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法，其特征在于：利用插值算法对所述高光学分辨率图像与低光学分辨率图像进行融合，插值算法包括：多项式方法，埃米尔特方法，分段方法，机器学习方法。
6.根据权利要求4所述的融合多目视觉与合成孔径成像的高分辨率三维探测方法，其特征在于：利用视差提取方法提取所述高分辨率目标的三维表面信息，视差提取方法包括BM方法，GC方法，机器学习方法。
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