[发明专利]一种应用于火焰光场重聚焦成像的温度重建方法

权利要求书

1.一种应用于火焰光场重聚焦成像的温度重建方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一：由光场相机拍摄火焰并记录其光场成像；

步骤二：对光场成像多像素提取得到子孔径图像，根据子孔径图像得到火焰的光场重聚焦图像；

步骤三：运用小波阈值变换对光场重聚焦图像降噪，得到降噪图像；

步骤四：运用Lucy-Richardson解卷积方法对降噪图像进行复原，得到复原降噪图像；

步骤五：根据复原降噪图像灰度与黑体辐射力，以及黑体辐射力与温度之间的对应关系，得到重建火焰的温度；

所述步骤一中由光场相机拍摄火焰并记录其光场成像；具体过程为：

火焰发射光线，光线经过光场相机的主透镜，微透镜阵列和CCD最终完成光场成像，由光场相机拍摄火焰并记录其光场成像；

所述步骤二中对光场成像多像素提取得到子孔径图像，根据子孔径图像得到火焰的光场重聚焦图像；具体过程为：

按照微透镜排列顺序，在光场相机的每个微透镜覆盖的CCD成像区域m*n下提取sm*sn个像素，光场相机的微透镜个数为M*N，因此每个子孔径图像所含像素数量为sm*sn*M*N；

m为微透镜覆盖CCD成像区域的横向像素数量，n为微透镜覆盖CCD成像区域的纵向像素数量，sm为在m中提取的横向像素数量，sn为在n中提取的纵向像素数量，M为横向微透镜个数，N为纵向微透镜个数；M、N取值为正整数；所述sm*sn为多个像素；

将子孔径图像平移叠加后得到火焰的光场重聚焦图像；

所述将子孔径图像平移叠加后得到火焰的光场重聚焦图像；具体过程为：

通过将子孔径图像进行的移动和叠加，得到火焰的光场重聚焦图像；

其中l为主透镜与微透镜阵列间的距离，l'为对焦平面改变后主透镜与微透镜之间的距离，u表示相机主透镜所在的平面的横坐标，v为相机主透镜所在的平面的纵坐标；

所述步骤三中运用小波阈值变换对光场重聚焦图像降噪，得到降噪图像；具体过程为：

首先，基于MATLAB选择db8小波基函数，分解层数设定为3层，对步骤二得到的光场重聚焦图像f_k作小波变换，得到一组小波系数w_j,k；

然后，通过对w_j,k进行阈值处理，得到估计小波系数使得最小；

阈值为全局软阈值函数；

最后，对进行小波重构，得到估计信号即为降噪图像；

所述步骤四中运用Lucy-Richardson解卷积方法对降噪图像进行复原，得到复原降噪图像；具体过程为：

假设由步骤三得到的降噪图像的噪声为泊松分布并假定该图像像素之间相互独立，在已知原始图像f的情况下，降噪图像g的条件概率函数为

式中g(i,j)和f(i,j)分别为降噪图像和原始图像在位置(i,j)处的像素值，而h(i,j)则为位置(i,j)处的降噪点扩展函数，代表卷积；i为降噪图像像素的横坐标，j为降噪图像像素的纵坐标；g(i,j)！为g(i,j)的阶乘；

通过对式(1)的最大似然估计得到复原降噪图像，

即求解偏导数

在假定h满足归一化的条件下，用下式乘性迭代算法求解式(2)

式中h(i,j)^T为h(i,j)的转置，和分别为迭代时的第k步和第k+1步的迭代图像复原的估计结果，直至得到第K步的迭代图像复原的估计结果，即为复原降噪图像；

所述K取值为10；

所述步骤五中根据复原降噪图像灰度与黑体辐射力，以及黑体辐射力与温度之间的对应关系，得到重建火焰的温度；具体过程为：

使用光场相机分别拍摄已知不同温度的黑体平面，并选取A个温度值进行标定，获取黑体平面的光场图像灰度值R；A取值为正整数；

将火焰位置调整在距离光场相机主透镜d处，将火焰发射的光线波长设定为λ，根据普朗克定律得火焰任意位置处产生的光线的自身黑体光谱辐射力E_bλ的表达式为：

式中，c₁为普朗克第一辐射常数，c₂为普朗克第二辐射常数，T表示某一位置的温度；d单位为m；

根据式(4)计算已知的不同温度黑体平面对应的黑体实际光谱辐射力E_bλ，获得了黑体平面的光场图像灰度值R与光谱辐射力E_bλ的对应拟合关系式：E_bλ＝f′(R)；

结合拟合关系式，根据步骤四得到的复原降噪图像灰度值R′计算得到黑体光谱辐射力E′_bλ，并由黑体光谱辐射力E′_bλ得到重建火焰的温度：

所述火焰发射的光线波长λ＝610nm。