[发明专利]快速多光谱光场成像方法和系统

说明书

公开了一种生成高分辨率多光谱光场的方法。该方法可包括：拍摄包括多幅子视角图像的多视角光谱图像；对各子视角图像进行对齐和变形，以获得低分辨率多光谱光场；获得高分辨率信号集和低分辨率信号集；根据所述低分辨率多光谱光场和低分辨率信号集，获得稀疏表示形式；以及利用所述稀疏表示形式和所述高分辨率信号集，生成高分辨率多光谱光场。每幅子视角图像均摄于不同视角和不同光谱范围。所述多视角光谱图像通过单次曝光获得。

技术领域

本发明总体涉及快速全光成像系统，尤其涉及一种生成高分辨率多光谱光场的方法和系统。

背景技术

完整光场也称全光函数，具有6个维度：2个空间维度；2个角度维度；1个光谱维度；以及1个时间维度。光场相机也称全光相机，其可捕获场景内所有方向上的光。也就是说，与仅记录光强的传统相机相比，光场相机同时捕获光线的强度和方向，从而即使在图像数据捕获之后，也允许进行复杂的数据处理。举例而言，可以通过虚拟方式改变焦点或视角，或者从单次曝光中估算出景深图。

然而，Lytro、Raytrix等使用微透镜阵列的传统光场相机仅可记录光场的4个维度，即2个空间维度和2个角度维度。本发明提出一种能够在单次曝光中拍摄五维(2个空间维度，2个角度维度和1个光谱维度)多光谱光场的新型快速全光成像(snapshot plenopticimaging,SPI)系统。该SPI系统采用光谱编码的反射折射镜，并可以不超过5nm的分辨率生成五维多光谱光场。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种生成高分辨率多光谱光场的方法。该方法可包括：拍摄包括多幅子视角图像的多视角光谱图像；对各子视角图像进行对齐和变形，以获得低分辨率多光谱光场；获得高分辨率信号集和低分辨率信号集；根据所述低分辨率多光谱光场和低分辨率信号集，获得稀疏表示形式；以及利用所述稀疏表示形式和所述高分辨率信号集，生成高分辨率多光谱光场。每幅子视角图像均摄于不同视角和不同光谱范围。所述多视角光谱图像通过单次曝光获得。

本发明的另一方面涉及一种通过拍摄图像而生成高分辨率多光谱光场的快速全光成像系统。该系统可包括多个光谱编码的反射折射镜，数码相机以及图像处理单元。每一反射折射镜均涂有不同的光谱反射涂层。所述数码相机用于拍摄多视角光谱图像。该多视角光谱图像包括多幅子视角图像，每幅子视角图像均摄于不同视角和不同光谱范围。所述图像处理单元用于通过对各子视角图像进行对齐和变形而获得低分辨率多光谱光场。根据该低分辨率多光谱光场，可以生成高分辨率多光谱光场。

应该理解的是，以上概括描述和以下详细描述均仅在于例示和说明，并不对所要求保护的本发明构成限制。

附图说明

作为本发明的一部分，所附各图示出了若干非限制性实施方式，并与说明书一道阐明本发明中的原理。

图1为根据本发明例示实施方式的快速全光成像系统示意图。

图2A为根据本发明例示实施方式快速全光成像系统的数据捕获单元示意图，图2B为该数据捕获单元的例示原型照片。

图3为根据本发明例示实施方式反射折射镜的几何结构示意图。

图4为根据本发明例示实施方式的光谱图像配准方法流程图。

图5为根据本发明例示实施方式的光谱信号复原方法流程图。

图6为根据本发明例示实施方式利用快速全光成像系统生成高分辨率多光谱光场的方法流程图。

具体实施方式

以下将对例示实施方式进行详细描述，各实施方式的实施例示于附图中。以下描述通过参考附图做出，其中，除非另有说明，否则不同附图中的相同数字表示相同或类似的元件。在以下对本发明例示实施方式的描述中，所给出的具体实施方式并非本发明的所有实施方式。相反，这些具体实施方式仅为本发明所涉及的各个方面当中的系统和方法的具体示例。