CN112611455A - 一种多角度、多光谱频率编码成像技术及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多角度、多光谱频率编码成像技术及其装置，解决了现有技术及设备难以做到单相机便捷对同一物体的多角度、多光谱同步测量成像要求，其技术方案要点是包括步骤S1、根据拍摄波段选择滤光片；S2、根据拍摄目标大小和物距选择光栅；S3、根据拍摄角度，搭建成像装置；S4、拍摄获得多角度、多光谱子图像重叠的频率编码图像；S5、对频率编码图像进行傅里叶变换得到频率编码图像在频域中的分布；S6、找到频域中各个子图像的一阶频率区域，对其进行傅里叶反变换；S7、成像过程中，重复步骤S1‑S6，本发明的多角度、多光谱频率编码成像技术及其装置，结构简单、操作简便、可同时实现对同一物体多角度、多光谱频率的拍摄测量。

Description

一种多角度、多光谱频率编码成像技术及其装置

技术领域

本发明涉及光学成像技术，特别涉及一种多角度、多光谱频率编码成像技术及其装置。

背景技术

在光学成像技术方面，由于目前市场上相机，尤其是高速相机价格昂贵，很难满足多角度、多光谱同步测量的要求，更难以做到普遍的应用，还有待改进的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种多角度、多光谱频率编码成像技术及其装置，结构简单、成本低、可同时实现对同一物体多角度、多光谱频率的测量拍摄。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种多角度、多光谱频率编码成像技术，包括有以下步骤：

S1、根据拍摄波段，选择合适的滤光片；

S2、根据拍摄目标大小和物距，选择合适的光栅；

S3、根据若干拍摄角度，搭建成像装置；

S4、拍摄获得多角度、多光谱子图像重叠的频率编码图像；

S5、对频率编码图像进行傅里叶变换得到频率编码图像在频域中的分布；

S6、找到频域中各个子图像的一阶频率区域，对其进行傅里叶反变换，分离获得多个单角度、单波段图像；

S7、成像过程中，重复步骤S1-S6。

作为优选，成像装置的搭建具体如下：

S31、通过若干反光镜从被摄物体的不同角度调整改变光信号传播方向，形成多路拍摄不同角度的传播光路；

S32、将根据拍摄波段的选择，将对应滤光片放置于各传播光路中以滤光限定各传播光路为选择波段的光信号；

S33、对经过滤光的光信号通过透镜进行汇聚，并将选择的光栅平面放置于聚焦处进行光信号编码以获得编码信号；

S34、通过设置各传播光路中光栅的刻槽方向，使得各路传播光路的编码信号在频域中分离；

S35、通过分束器将传播光路汇聚成一束进行传播，并通过相机进行拍摄获取频率编码图像。

作为优选，各传播光路中光栅的刻槽方向两两之间互不相同。

作为优选，选取的所述光栅的刻槽线对在频率编码图像中可见。

一种多角度、多光谱频率编码成像装置，包括从被摄物体不同角度进行光信号传播的若干传播光路、耦接于传播光路对光信号进行汇聚的分束器、对汇聚光信号进行拍摄以获取由各传播光路子图像重叠成像的频率编码图像的相机、对相机成像获取的频率编码图像进行数据处理的处理器；

若干所述传播光路中均依次设置有安装于被摄物体的不同方向用于调节光信号传播方向的反光镜、对光信号根据选定所需的波段进行滤光的滤光片、对光信号进行汇聚的透镜、对汇聚聚焦的光信号进行频率编码的光栅。

作为优选，若干所述传播光路中的光栅的刻槽方向两两之间互不相同。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过多角度、多光谱频率的成像，可通过单个相机在不损失像素分辨率的情况下同时获得某一物质在不同角度于不同光谱波段下的图像，结构简单，更具应用前景。

附图说明

图1为本编码成像技术的流程示意图；

图2为两个角度时成像装置的结构示意图；

图3为对频率编码图像的数据处理流程示意图；

图4中(a)为拍摄成像的频率编码图像、(b)为频率编码图像在频域中的分布图；

图5为处理获得的多个单角度、单波段图像。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据一个或多个实施例，公开了一种多角度、多光谱频率编码成像技术，如图1所示，包括有以下步骤：

S1、根据拍摄波段，选择合适的滤光片；

S2、根据拍摄目标大小和物距，选择合适的光栅；

S3、根据若干拍摄角度，搭建成像装置；

S4、拍摄获得多角度、多光谱子图像重叠的频率编码图像；

S5、对频率编码图像进行傅里叶变换得到频率编码图像在频域中的分布；

S6、找到频域中各个子图像的一阶频率区域，对其进行傅里叶反变换，分离获得多个单角度、单波段图像；

S7、成像过程中，重复步骤S1-S6。

具体的，步骤S3中成像装置的搭建如下：

S31、通过若干反光镜从被摄物体的不同角度调整改变光信号传播方向，形成多路拍摄不同角度的传播光路；

S32、将根据拍摄波段的选择，将对应滤光片放置于各传播光路中以滤光限定各传播光路为选择波段的光信号；

S33、对经过滤光的光信号通过透镜进行汇聚，并将选择的光栅平面放置于聚焦处进行光信号编码以获得编码信号；

S34、通过设置各传播光路中光栅的刻槽方向，使得各路传播光路的编码信号在频域中分离；

S35、通过分束器将传播光路汇聚成一束进行传播，并通过相机进行拍摄获取频率编码图像。

滤光片根据各角度拍摄所需的波段进行选择，当所需滤光片波段不同时，可采集同一物质在不同波段、不同角度下的图像，若进需采集同一物质在不同角度下的图像而对光谱波段无要求时，可将成像装置中的滤光片移除。

各传播光路中光栅平面位于透镜的聚焦处，实现对光信号的编码，且各光栅的刻槽方向两两之间互不相同，实现编码信号在频域中的分离。且光栅的选取需光栅刻槽线对在频率编码图像中清晰可见，实际选取以拍摄中以8像素/线对为宜。

分束器将各传播光路传输的光信号进行合束，以汇聚成一束光信号传播至相机进行拍摄成像。分束器根据拍摄角度进行设置，当有两个传播光路时，通过一个分束器对该两束传播光路进行合束；每多一个拍摄角度，即多一个传播光路，对应分束器也对应增加一个，以将传播光路再次进行合束汇聚形成一束光路径。

相机对经过分束器汇聚叠加的经过编码的光信号进行成像，得到由多角度、多波段子图像重叠获得的频率编码图像。当拍摄光信号强度不足时，可通过对相机配备增强器进行拍摄使用，以使得能清晰拍摄成像。

对频率编码图像的处理为：

对频率编码图像进行傅里叶变换，将低频信息移到中心后得到频率编码图像在频域中的分布；找到频域中各子图像的频域信息，主要为一阶频域信息，并分别对各个子图像的频域信息进行傅里叶反变换，得到多个单角度、单波段图像。在不损失像素分辨率的条件下，可利用一台相机实现多角度、多光谱频率编码成像。

根据一个或多个实施例，公开了一种多角度、多光谱频率编码成像装置，包括有由若干光学器件组成的多个传播光路、对多个传播光路的光信号进行汇聚合束成一束传播光路的分束器、对经过分束器的传播光路光信号进行拍摄以获得频率编码图像的相机、对相机拍摄获取的图像进行数据处理的处理器。

各传播光路中依次包括有反光镜、滤光片、聚光透镜及光栅，各反光镜安装在被摄物体的不同角度，通过调节反光镜的位置及角度调整被摄物体所拍摄角度的光信号传播方向，根据传播光路中所需的波段选择对应滤光片放置于传播光路中进行滤光，当各滤光片对应波段不相同时，可采集同一物质在不同波段、不同角度下的图像，通过多个传播光路经分束器的合束，可通过单相机实现了多角度、多光谱频率的成像。

当采集的为同一物质在不同角度下的图像，对光谱波段无要求，则可将传播光路中的滤光片移除。

聚光透镜对滤光片滤光后的光信号进行汇聚，光栅与聚光透镜共轴，且透镜聚焦在光栅平面上。各传播光路中的光栅通过调整刻槽方向不同，使得各传播光路经过光栅编码后的编码信号在频域上相互分离。若干光栅的刻槽方向两两之间互不相同，若在两个角度成像时，其刻槽方向夹角可为90度，若在三个角度成像时，其刻槽方向两两夹角可为60度，以此类推。光栅的刻槽线对需保持在频率编码图像中清晰可见，实际拍摄以8个像素/线对为最佳。

各传播光路中的滤光片、透镜及光栅共轴，且各传播光路通过反射镜的角度调整将光信号经过分束器进行汇聚合束，两路传播光路经过一个分束器进行合束，当有大于两个传播光路时，将经过分束器合束的两路传播光路作为一路新的传播光路，并继续通过另一分束器合束直至所有拍摄角度的传播光路汇聚为同一束，分束器根据拍摄角度即传播光路数量设置，两个拍摄角度设置一个分束器进行合束，每多一个拍摄角度增加设置一个分束器进行进一步合束，分束器的数量比拍摄角度数量少一；通过相机对经过编码后的汇聚光信号拍摄成像，获得多角度、多频率的子图像重叠的频率编码图像。

如图3所示，处理器对频率编码图像的数据处理流程具体为：

进行傅里叶变换，将低频信息移到中心后得到频率编码图像在频域中的分布，不同角度或不同波段下的图像在空间以及时域上是叠加的，但在频域中是分离的；

找到频域中各个子图像的一阶频率区域，对其进行傅里叶反变换，可分离出多个单角度、单波段图像。

实现通过单相机在不损失像素分辨率的条件下，实现对物质的多角度、多光谱频率编码成像。

为表述清楚，现举一实例，如图2所示，在两个角度成像时，成像装置包括处理器1，相机2，分束器3，光栅4和8，透镜5和9，滤光片6和10，反射镜7和11，对被摄物体12进行拍摄处理。光栅侧视图4′和8′表现了光栅刻槽的夹角为90度。每一组光栅4，透镜5，滤光片6和反射镜7为单独的一组传播光路，可自行搭建多组传播光路实现单相机进行更多角度、更多光谱波段的成像。成像过程中，光信号经过反射镜7和11改变其传播方向，经过滤光片6和10得到所需的光谱波段的光信号，经过透镜5和9使其分别聚焦在光栅4和8的平面上。两束信号经过分束器3汇聚为一束。相机1对经过分束器3的汇聚叠加信号进行成像，得到频率编码图像，如图4(a)所示。对频率编码图像进行数据处理，对频率编码图像进行傅里叶变换，将低频信息移到中心后得到编码图像在频域中的分布，如图4(b)所示；找到频域中各个子图像的频域信息，分别对各个子图像的频域信息进行傅里叶反变换，如图5所示，得到多个单角度、单波段图像5(a)、(b)。

通过上述实例，实现双角度成像的实验装置简单，可满足单相机双目成像的要求，因此具有广阔的应用前景，例如该发明可以应用于汽车、飞机等环境感知和无人驾驶领域。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种多角度、多光谱频率编码成像技术，其特征是，包括有以下步骤：

S1、根据拍摄波段，选择合适的滤光片；

S2、根据拍摄目标大小和物距，选择合适的光栅；

S3、根据若干拍摄角度，搭建成像装置；

S4、拍摄获得多角度、多光谱子图像重叠的频率编码图像；

S5、对频率编码图像进行傅里叶变换得到频率编码图像在频域中的分布；

S6、找到频域中各个子图像的一阶频率区域，对其进行傅里叶反变换，分离获得多个单角度、单波段图像；

S7、成像过程中，重复步骤S1-S6。

2.根据权利要求1所述的多角度、多光谱频率编码成像技术，其特征是，成像装置的搭建具体如下：

S31、通过若干反光镜从被摄物体的不同角度调整改变光信号传播方向，形成多路拍摄不同角度的传播光路；

S32、将根据拍摄波段的选择，将对应滤光片放置于各传播光路中以滤光限定各传播光路为选择波段的光信号；

S33、对经过滤光的光信号通过透镜进行汇聚，并将选择的光栅平面放置于聚焦处进行光信号编码以获得编码信号；

S34、通过设置各传播光路中光栅的刻槽方向，使得各路传播光路的编码信号在频域中分离；

S35、通过分束器将传播光路汇聚成一束进行传播，并通过相机进行拍摄获取频率编码图像。

3.根据权利要求2所述的多角度、多光谱频率编码成像技术，其特征是：各传播光路中光栅的刻槽方向两两之间互不相同。

4.根据权利要求3所述的多角度、多光谱频率编码成像技术，其特征是：选取的所述光栅的刻槽线对在频率编码图像中可见。

5.一种多角度、多光谱频率编码成像装置，其特征是：包括从被摄物体不同角度进行光信号传播的若干传播光路、耦接于传播光路对光信号进行汇聚的分束器、对汇聚光信号进行拍摄以获取由各传播光路子图像重叠成像的频率编码图像的相机、对相机成像获取的频率编码图像进行数据处理的处理器；

若干所述传播光路中均依次设置有安装于被摄物体的不同方向用于调节光信号传播方向的反光镜、对光信号根据选定所需的波段进行滤光的滤光片、对光信号进行汇聚的透镜、对汇聚聚焦的光信号进行频率编码的光栅。

6.根据权利要求5所述的多角度、多光谱频率编码成像技术，其特征是：若干所述传播光路中的光栅的刻槽方向两两之间互不相同。

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