[发明专利]一种针对菲涅尔单透镜计算成像系统的端到端设计方法

权利要求书

1.一种针对菲涅尔单透镜计算成像系统的端到端设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建菲涅尔单透镜成像模型和图像重建处理模型；

所述菲涅尔单透镜成像模型的构建方法包括：

基于极限近似建立菲涅尔面形的理想矢高及法线向量分布函数，构建理想模型；

基于高斯化改进的可微光线对所述理想模型进行追迹，构建所述菲涅尔单透镜成像模型；

所述图像重建处理模型的构建方法包括：

基于Res-Unet图像重建算法获取模糊图像R、G、B三个通道；

将菲涅尔单透镜空变特征信息作为第四通道加载在R、G、B三个通道之后，组成四个通道，基于所述四个通道获取四通道图；

基于所述四通道图构建所述图像重建处理模型；

输入场景图像，基于所述菲涅尔单透镜成像模型与所述图像重建处理模型获取复原图像，计算所述复原图像与场景图像的差异；

基于所述复原图像与场景图像的差异，计算菲涅尔单透镜的透镜参数和算法参数，具体过程包括：基于所述复原图像与场景图像的差异，计算菲涅尔单透镜的透镜参数和算法参数的过程包括：基于所述复原图像与所述场景图像的差异计算总损失函数，计算使所述总损失函数最小的菲涅尔单透镜参数和图像重建算法参数；

基于菲涅尔单透镜成像模型仿真获得带误差的图像，并基于蒙特-卡罗算法分析图像成像效果最差的误差组合，获取容许误差范围，具体过程包括：S1.确定各项参数的误差范围，基于蒙特-卡罗算法获取若干个误差组合，基于所述误差范围计算不同误差组合经所述菲涅尔单透镜成像模型得到的含误差图像与场景图像的偏差，求解偏差最大的一组误差组合；

S2.基于所述图像重建处理模型获取偏差最大的一组误差组合所对应图像的复原图像，若所述复原图像满足预期，则确定组误差范围为容许误差范围，否则缩小误差范围，再次执行S1步骤。

2.根据权利要求1所述的针对菲涅尔单透镜计算成像系统的端到端设计方法，其特征在于，基于高斯化改进的可微光线对所述理想模型进行追迹的过程包括：

计算出任意光线经菲涅尔透镜折射后到达像面的位置，计算点扩散函数PSF，基于物点发出的光线计算光线在像面的位置、像元中心位置、欧式距离，计算所述光线的高斯权重；

对所述高斯权重进行整合，获取所述物点的可微点扩散函数PSF，并进行卷积与插值，获取模糊图像，基于所述模糊图像获取仿真图像。

3.根据权利要求2所述的针对菲涅尔单透镜计算成像系统的端到端设计方法，其特征在于，基于所述模糊图像获取仿真图像的方法为：在所述模糊图像中引入高斯噪声，获取所述仿真图像。

4.根据权利要求1所述的针对菲涅尔单透镜计算成像系统的端到端设计方法，其特征在于，基于所述菲涅尔单透镜成像模型与所述图像重建处理模型获取复原图像的过程包括：

将所述场景图像输入所述菲涅尔单透镜成像模型，获取模糊图像；

对所述模糊图像引入高斯噪声获取仿真图像，并将所述仿真图像输入所述图像重建处理模型，获取所述复原图像。

5.根据权利要求1所述的针对菲涅尔单透镜计算成像系统的端到端设计方法，其特征在于，所述总损失函数的计算方法为：

式中L代表总损失函数，I代表场景图像，代表复原图像，i＝1,2,3,k＝1,2,3均代表图像的R,G,B三个颜色通道；代表由多种梯度构成的重尾分布，f(·)代表高通滤波器；λ₁,λ₂,λ₃代表各项约束的权重,且λ₁＝1,λ₂＝0.01,λ₃＝0.01。