[发明专利]一种多功能成像设备

说明书

本发明提供一种高动态和多光谱成像设备，包括镜头，带有微透镜阵列的聚焦光场相机本体，光调制阵列滤光片，光圈插片。其中，微透镜阵列的每个微透镜单元的形状和焦距均相同；微透镜单元之间稀疏排布；相邻微透镜单元之间的空隙不透光；光调制阵列滤光片是不同区域的光强衰减程度或者通光光谱特性不相同的滤光片；光圈插片位于镜头光阑处，一个或者多个光调制阵列滤光片固定在光圈插片上。通过调节光圈插片，能够使光圈插片上固定的任意一个光调制阵列滤光片位于镜头光轴上，且该光调制阵列滤光片的平面垂直于镜头光轴。本发明结构简单，体积小巧。此外，无需更换镜头，只需要调节或者更换光圈插片即可实现高动态或多光谱成像，使用方便。

技术领域

本发明涉及图像数据产生和处理技术领域，特别是一种可在高动态成像模式和多光谱成像模式之间便捷切换的多功能成像设备，具体是一种动态范围可调、光谱谱段也可调的高分辨率实时成像设备。

背景技术

在现有的成像设备中，特种相机是一种具有特殊功能的成像设备，如高动态相机和多光谱相机都属于特种相机。高动态相机是指能够同时记录物体最亮与最暗光强比值大于10⁵:1的成像设备。多光谱相机是指可针对同一个目标场景获得其在多个不同光谱下图像的成像设备。

考虑到很多实际的应用场合下，被拍摄的目标都不是静止不动的，非实时相机获得的结果会出现“伪影”而显著降低成像效果，因此实时高动态相机和实时多光谱相机才是人们的重点研究方向。Todor Georgiev等人基于聚焦光场成像结构^[1](即“FocusedPlenoptic Camera”)实现了实时高动态和实时多光谱成像系统^[2]，并于2013年申请了美国专利^[3]，该成像系统在如下问题上有待改进：

1)成像动态范围或者光谱谱段不便于切换。

针对高动态成像和多光谱成像，分别需要使用不同的镜头来实现。另外，如果要改变系统的成像动态范围或者光谱谱段，同样需要换用不同的镜头。

2)只能对特定距离上的目标清晰成像。

当被摄目标与成像系统之间的距离偏离预先设定值的时候，图像会出现马赛克效应，导致成像质量变差。

3)输出图像的分辨率低。

这种成像系统用来进行光调制的元件是由四块小的光学元件拼接起来的，其接缝会在图像中产生模糊的投影，从而干扰成像。针对该问题，Todor Georgiev等人采用的方法是将微透镜单元的二次成像放大倍率降低到1/5以下^[2]，这样可以把光调制元件接缝在图像上的模糊投影区域显著缩小，但是输出图像分辨率仍然只有原始图像分辨率的1/30。

发明内容

发明要解决的技术问题是：针对任意距离上的被摄目标，提供一种实时性强，分辨率高，能在高动态和多光谱模式之间便捷切换，且成像动态范围可调、光谱谱段也可调的多功能成像设备。

本发明的技术方案是：

一种多功能成像设备，包括镜头，带有微透镜阵列的聚焦光场相机本体；其特征在于，

光圈的通光孔为矩形；

此外，还包括光调制阵列滤光片，光圈插片；

其中，所述微透镜阵列中，每个微透镜单元的形状和焦距均相同；微透镜单元之间稀疏排布；相邻微透镜单元之间的空隙不透光；

设微透镜阵列中所有微透镜单元所在平面和镜头成像面之间的距离为a，微透镜阵列中所有微透镜单元所在平面和聚焦光场相机本体的成像感光面之间的距离为b，则有：

光调制阵列滤光片是不同区域的光强衰减程度或者通光光谱特性不相同的滤光片；