[发明专利]全光成像设备

说明书

根据本发明的全光成像设备包括：图像倍增器(130)，用于获得物体或场景的大量光学图像；以及拾取系统(140)，用于将大量图像中的至少一些在公共图像传感器(170)的相同曝光期间成像到该传感器。

技术领域

本发明涉及用于高动态范围、多光谱、偏振和光场成像的非永久性、可配置的照相机附加物。

背景技术

全光函数(plenoptic function)的成像维度一直是长期目标[Adelson和Bergen1991]。在传感器上获取入射光的全部特性(例如，方向、频谱、时间变化、偏振和其他性质)在科学成像、工业质量控制、远程感测、计算机视觉和计算机图形中有大量的应用。

针对传统的多光谱和偏振成像，存在大量的专业设备(范围从天基成像仪到显微镜照相机)。最近，在计算机图形中，高动态范围成像和光场捕获已经成为主要焦点。为了获得图像的这些物理维度，必须采用光集成。

在时间复用方法中，图像堆叠被记录并且不同曝光的滤波器被放置在光路上。该方法只能被应用到静态或准静态的场景中。准静态场景要求各个图像的对齐，这本身就是一个难题。在硬件并行采集方法中，光学图像借助于分束器装置倍增并且被投影到空间离域的不同传感器单元上。不同光学预滤波器可以插入不同的光学光路。该装置允许成像动态场景。但是，其代价是大型、昂贵以及必须被定制的笨重设置。此外，不同传感器相对于彼此的同步和辐射校正是另一个有问题的方面。最后，在空间复用方法中，采用单个传感器单元，其中每个像素与不同的光学预滤波器相关联。该设计允许单曝光(快照)提取。其最熟悉的应用是经由彩色滤波器阵列来彩色成像。目前，其要求定制传感器设计或标准传感器的永久修改。

现有技术

在Wetzstein等人[2011]和Zhou等人[2011]中描述了一般的全光图像采集。在单次曝光中，快照成像捕获被不同地滤波的图像。简单的硬件平行设置是将几个照相机放置得互相接近(例如，[Wilburn等人2005])，其中每个照相机具有不同的预滤波器或者经修改的记录参数。虽然如此，如果在如除了方向之外的大多数全光维度中光场成像不满意，则需要补偿照相机的不同视点。可以采用光流[Horn和Schunck 1981]，但是在实践中，其使用受限，因为其基于亮度恒定的假设，而当使用不同的光学预滤波器时，亮度恒定的假设可能被违反。

对于单眼快照而言，场景将通过普通主镜头来观察以避免被不同地滤波的图像之间的视差。硬件并行解决方案使用光学分离树[McGuire等人2007]。光路被分束器系统分开进入不同的分支。在每个光路的末端安装有标准传感器并且可以在每个传感器中引入单独的光学滤波器。该成像模式被应用在多个实际系统中：HRD成像[Tocci等人2011]、偏振成像[Pezzaniti等人2008]和多光谱成像[Spiering 1999；McGuire等人2007]。单传感器设置经常使用复用，其有两种方式：直接复用，其中光学预滤波的图像在传感器上被重新分布和直接成像；以及计算复用，其中观察超定位(super-positioned)的全光数量。在后一种情况中，计算反演必须恢复感兴趣的全光数量。经常，该反演步骤是病态的并且必须使用关于信号的先前信息加以规范。