[发明专利]一种基于光场测量的光场高清晰成像方法

说明书

本发明公开了一种基于光场测量的光场高清晰成像方法，首先，计算出光场相机子孔径图像的位移，再平移子孔径图像对此位移进行补偿，通过恢复子孔径图像的对称性实现对大气湍流等像差的校正，最后再对对称的子孔径图像进行数字重聚焦实现高清晰成像，从而提高光场相机在受到大气湍流等像差影响时的成像分辨率。本发明是通过对光场相机自身记录的光线信息进行处理，最终达到高清晰成像的目的，没有添加其它的硬件设备，理论上可以克服所有破坏子孔径图像对称性的像差的影响。本发明简单易行，成本低，具有较广泛的适用范围。

技术领域

本发明涉及光场成像领域，具体涉及一种基于光场测量的光场高清晰成像方法，其为基于对光场相机记录的原始光场信息进行处理，通过恢复子孔径图像的对称性，以达到提高光场相机在受到大气湍流等像差影响时的成像分辨率。

背景技术

随着CPU的爆炸式发展，基于计算成像的光场成像技术的发展前景非常乐观，其在成像的同时，扩展了成像的重塑性，并且可以加入人对图像的理解，使得最后的图像信息更加灵活化。随着光电技术及器件的发展和光场理论的进一步完善，光场成像正逐步渗透到航空拍摄、波前探测、安全监视、科学仪器、摄影传媒、3D立体显示等各个领域，并朝着集成化、实用化、多元化的方向迈进。在这些应用中，对光场相机的成像实时性和成像分辨率有着越来越高的要求。传统的光场相机(结构如图1所示)是基于微透镜阵列来获取光线的2D位置信息和2D方向信息，其虽然增加了光场相机的方向分辨率，但由于光场相机的空间分辨率受限于微透镜单元的数目和孔径，空间分辨率不高仍是光场成像中的主要问题。

由于光场相机空间分辨率本就不高，如果在光线传输路径上再受到大气湍流等像差的影响，将大大降低光场相机的成像质量，难以满足实际需求。因此在这种情况下需要对光场相机的图像进行处理，恢复大气湍流等像差引起的入射波前畸变，减弱传输介质像差对成像分辨率的影响，提高成像分辨率。如何有效的客服湍流效应对光学系统成像分辨率的限制，一直是急需解决的问题。

目前主要消除大气湍流的方法有：自适应光学技术、图像后处理技术以及混合处理技术(自适应光学和图像后处理技术)等手段进行高分辨率重建。自适应光学技术对成像质量的补偿或校正仅仅是部分的、不充分的。另外，自适应光学系统的波前测量需要消耗大量的光能，系统光能利用率不高；强湍流环境会引起光强闪烁、导致哈特曼波前测量失败；成本昂贵对于一些小型化设备，很难大规模应用；需要导星，结构复杂，特别是应用于扩展目标的清晰化成像。图像后处理是一种图像事后处理技术，对图像的拍摄条件、样本的数量、图像的先验信息都有特殊的要求，况且数据计算量大，很难做到实时或者准实时，不适用与高速运动目标的清晰成像。

因此针对光场相机这种小型化设备，克服光线传输路径中大气湍流等像差的影响，需要发明一种新的图像处理方法，能够利用光场相机本身的结构特点，充分利用其记录的4D光场信息，以提高光场相机的成像分辨率。

发明内容

为了克服成像路径中大气湍流等像差对光场相机成像分辨率的影响，本发明充分利用光场相机的结构特点和其记录下来的4D光场信息，提出了一种使用质心算法或图像相关算法计算出光场相机子孔径图像的位移信息，通过恢复子孔径图像的对称性来校正成像路径中的像差所引起的波前畸变，从而实现光场相机高清晰成像的图像处理方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于光场测量的光场高清晰成像方法，该方法包含步骤如下：

①、用光场相机拍摄目标，得到目标的原始光场数据，并提取出虚拟子孔径图像；

②、对子孔径图像进行处理，对于点目标，通过质心算法计算出虚拟子孔径图像的质心，而对于扩展目标，选取参考子孔径图像，通过图像相关算法计算出虚拟子孔径图像和参考子孔径图像的相关矩阵，并由此求出子孔径图像的质心位移；

③、平移虚拟子孔径图像，对此位移量进行补偿，恢复虚拟子孔径图像的对称性；

④、对恢复对称性的子孔径图像进行数字重聚焦，得到目标高分辨率的复原图像。