[发明专利]基于旋转编码光圈的全聚焦成像系统

说明书

本发明属于计算机视觉技术领，具体涉及一种基于旋转编码光圈的全聚焦成像系统。与现有技术相比较，本发明的技术特点及效果：1)已有多编码光圈系统采用不同光圈成像的时候需要对光圈进行切换，切换机构需要容纳两片不同的光圈并且进行高速切换，给设计与集成带来非常打的挑战；而本发明的旋转编码光圈成像系统只需要一片编码光圈，其切换更为简单便捷，获取图像更加稳定有效。2)旋转编码光圈的三次旋转的方式使得光圈的频谱分立性能更好，因此，在各深度层级对应的点扩散函数的分立程度更明显。在估计深度的计算过程中，更好的频谱分立性能使得深度的估计结果在识别的准确度和深度的分辨率上的表现的性能更优秀。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领，具体涉及一种基于旋转编码光圈的全聚焦成像系统。

背景技术

现代社会对于数码成像设备的图像成像质量的要求越来越高，并期望得到全清晰图像。然而，光学成像系统发展到现在都无法彻底解决离焦模糊问题。传统光学成像设备的成像基本原理是凹凸透镜对光线改变了方向，运用这一特性来设计成像设备。故被拍摄物体的物平面到物镜之间的距离具有一定的选择性，如果被拍摄物体在位于成像系统的焦平面上，那么成像平面获得最清晰的像；反之，如果拍摄物体远离焦平面，与之有一定的距离，那么成像平面得到的图像将变得模糊。在引入编码光圈技术以前，解决此问题的方法大都是需要使用额外的装置，改进对焦系统特性以达到更高的对焦精准度。

彩色图像与对应深度图的组合能带来更全面的图像复原信息以应用到诸如图像编辑，基于深度的图像渲染以及增强现实等领域内。然而，深度信息相较于可以用成熟的光学设备获得的光度信息而言，是难以获取的。因此，基于失焦模糊图像的深度估计方法由于对光学设备的要求较低且具有较高的鲁棒性等特性而广泛地应用于图像的深度恢复等领域中。

编码光圈技术作为一种新兴的计算摄像学技术，在本质上通过调制成像系统的点扩散函数来实现基于数码相机的深度估计方法以提高可见光成像的景深拓展性能。其中，相机成像的三个内在参数，即光圈的形状，成像焦距，和镜头至成像传感器的距离，是实现深度信息恢复的重要指标。编码光圈技术主要对相机的镜头光圈进行编码重构工作，改善其点扩散函数中所包含的深度分立信息,获得准确的深度估计结果，并借助图像的深度图信息实现全聚焦清晰图像的复原。在前人的基于失焦模糊的深度估计工作中，单编码光圈，编码光圈对或者彩色光圈中，存在深度估计与全聚焦图像复原相矛盾，实际应用复杂或是彩色图像信息失真等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种旋转编码光圈模式，要求其获取的深度信息准确，精度高，提升全聚焦复原图像质量，同时，成像系统的使用方式便捷，稳定度高。

(二)技术方案

为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于旋转编码光圈的全聚焦成像方法，该方法首先提出旋转编码光圈成像系统的性能评价标准，并依据该评价标准使用遗传算法及坐标下降法优化旋转编码光圈，然后借助优化的旋转编码光圈实现深度估计及全聚焦图像复原工作。

其中，该方法包括：

步骤1：提出旋转编码光圈成像系统的性能评价标准应用于深度估计恢复以及全聚焦图像复原：

所述步骤1包括如下具体步骤：

(1)失焦模糊成像模型：

其中，f代表成像系统拍摄得到的失焦模糊图像，f₀代表原始清晰图像，k^d代表成像系统在不同深度d处的点扩散函数，η～N(0,σ²)代表高斯白噪声；

(2)三次旋转编码光圈系统的失焦成像模型：