基于微透镜阵列合成孔径的光场相机去遮挡系统和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111970424A(43)申请公布日2020.11.20(21)申请号202010862218.3(22)申请日2020.08.25(71)申请人武汉工程大学地址430074湖北省武汉市洪山区雄楚大街693号(72)发明人李晖钱文彤(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人杨晓燕(51)Int.Cl.H04N5/225(2006.01)H04N5/232(2006.01)H04N5/217(2011.01)G02B3/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称基于微透镜阵列合成孔径的光场相机去遮挡系统和方法(57)摘要本发明提供了基于微透镜阵列合成孔径的光场相机去遮挡系统和方法，采用微透镜阵列和合成孔径技术，提高了图像的角分辨率和光通量，通过目标场景内遮挡物进行数字对焦，对遮挡物的数据进行了高精度的识别和去除，实现了对目标场景中被遮挡物体的还原显现，从而提高了图像的信噪比和图像清晰度；在保证遮挡物识别高准确度的前提下，实现了提高目标图像的图像质量和系统的可靠性的功能。本发明提供了高对比度和高信噪比的去除遮挡物信息的三维场景信息光场图像，并可根据需要将该系统视频化进一步处理，通过三维测量进行数字化改造，在医疗检测信息化、展现形式场景化、娱乐体验代入感、虚拟化的等领域具有广泛应用前景。CN111970424ACN111970424A权利要求书1/2页1.基于微透镜阵列合成孔径的光场相机去遮挡系统，其特征在于：包括依次设置在光路上的主物镜、微透镜阵列和图像传感器，还包括控制器和同步响应终端；主物镜用于分别采集静态空白场景图像和采集原始场景图像并将成像光线变为平行光束；微透镜阵列用于接收平行光束，将每一个微透镜所成的子图像投射到图像传感器上；图像传感器用于接收从微透镜阵列出射的多幅聚焦光线，转换成空白场景图像的中心点坐标，和具有方向维度和位置维度的四维光场图像数据，并发送到控制器；控制器的信号接收端与图像传感器的信号发送端连接，用于对收到的四维光场图像数据进行提高角度分辨率的处理，并将得到的目标场景图像数据发送到同步响应终端；同步响应终端的信号接收端与控制器的信号发送端连接，用于存储、管理、重建收到的目标场景图像数据并转换成图像显示给用户。2.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列合成孔径的光场相机去遮挡系统，其特征在于：控制器包括按信号流向依次连接的遮挡物处理模块、阈值区间模块、判断模块、分区模块和数字重聚焦模块；遮挡物处理模块用于获取遮挡物图像数据；阈值区间模块用于判定遮挡物的光场信息区间，匹配遮挡物的阈值；判断模块用于对聚焦在遮挡物的图像进行二值化处理，得到二值化图像；分区模块用于删除遮挡物的区间光场信息，得到目标场景的位置维度和方向维度信息，并输出空白场景图像数据；2数字重聚焦模块用于将主镜头的孔径进行1/N倍细分采样，将原光圈数为FN的相机等2效成为N个光圈数为FN/N的虚拟相机的组合，由多个单个小光圈孔径景深等效成的一个大光圈数的大孔径光场相机。3.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列合成孔径的光场相机去遮挡系统，其特征在于：同步响应终端包括存储器和显示器。4.基于权利要求1至3中任意一项所述的基于微透镜阵列合成孔径的光场相机去遮挡方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：通过主物镜采集白图像；S2：计算白图像的中心点坐标；S3：通过主物镜采集原始场景图像，通过微透镜阵列得到四维光场图像数据并发送给控制器；S4：控制器通过合成孔径数字对焦技术采集收到的四维光场图像数据，识别并去除四维光场图像数据中遮挡物的光场区间信息，将得到的目标场景图像数据发送给同步响应终端；S5：同步响应终端存储、管理、重建收到的目标物体光场数据，对目标物体光场数据进行数据分析和阈值设置，显示最终的目标场景图像。5.根据权利要求4所述的去遮挡方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：S11：对静态空白场景进行初次捕捉，获取原始的白图像；S12：当前遮挡物去除完成之后，判断是否继续运行；若是，则返回步骤S11，从原始场景图像中提取下一个需要去除遮挡物的初始图像；若否，则执行下一步骤。6.根据权利要求5所述的去遮挡方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：2CN111970424A权利要求书2/2页S21：计算白图像中光线与主物镜平面的夹角；S22：计算白图像的中心点坐标；S23：重复步骤S21直至白图像的中心点坐标的误差趋近于无。7.根据权利要求6所述的去遮挡方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：S31：主物镜采集原始场景图像；S32：从主物镜出射的平行光束通过微透镜阵列分幅聚焦得到若干个子图像；S33：若干个子图