[发明专利]折反射全聚焦成像装置与方法

说明书

技术领域：

本发明涉及全向视觉领域，特指一种折反射全聚焦成像装置与方法。

背景技术：

由于能够一次性获得360度的视场范围，折反射全向成像在很多领域都已经得到了广泛地应用，如机器人导航、视频监控、视频会议等领域，甚至在天文学方面也有较高的应用价值，如巨型天文望远镜的制造就应用了曲面反射镜。但是，以往大部分研究工作主要集中在折反射全向成像系统中的反射镜面型设计和系统应用方面，相比之下，很少有研究系统的成像质量。但是，随着高分辨率图像传感器和大光圈成像系统的应用，一个普遍存在的问题是，折反射全向成像系统中，由于反射镜曲率和镜头光圈的大小，会导致散焦模糊，因此在图像传感器上成的像总是不能同时全部聚焦的。目前解决折反射成像散焦问题的方法主要有以下一些方法：

根据折反射成像特点，将全向图像分为若干模糊条带，采用基于边界扩散函数的PSF（点扩散函数，Point Spread Function）建模方法辨识出各模糊条带的PSF模型。该方法无需大量的图像分割运算，在有限的径向边缘区域建立了全局的PSF模型，该类方法可以参考张帆的“全景视觉图像质量优化方法研究”（哈尔滨工程大学博士论文，2010）。

由于散焦的折反射全向图像中的PSF是空间变化的，即物空间各点的退化随位置的改变而改变。针对这种特点，冯华君等人提出了结合GRM（Gradient Ringing Metric）评价算法的总变分最小化图像分块复原方法，具体参考“空间变化PSF图像复原技术的研究现状与展望”（《光电工程》，2009，Vol.36，No.1）。

Sujit Kuthirummal提出的方法是将全向图像分为很多小块，在每个小块里认为PSF是空间不变的，再用迭代的Richardson Lucy算法进行反卷积去模糊，相关文献可以参考“A deconvolution method for confocal microscopy with total variation regularization”（IEEE International Symposium on Biomedical Imaging，2004）和“Flexible Imaging for Capturing Depth and Controlling Field of View and Depth of Field”（Columbia University thesis，2009）。

通过设计特殊的镜头来补偿散焦带来的影响，可以参考“Remote Reality”（http://www.remotereality.com），但是这种方法要针对具体的每一种反射镜面型去设计。此外还可以通过减小光圈大小，增大景深的方法，但是这样会减少系统通光量，增加了噪声，在低光条件下效果较差。

针对以上折反射成像散焦去模糊方法中的一些不足，如在图像分块的边缘会增加人工效应，需要确定各个块的PSF，计算量大，普适性不强等，不能从根本上解决折反射成像散焦的问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题在于：针对折反射全向成像散焦的特定问题，提出一种折反射全聚焦成像装置与方法，在成像曝光时间内，匀速移动像平面，得到一幅全局模糊的全向图像，通过数学推导和实际数据验证，此时基于时间累加的点扩散函数在数值上具有空间不变性，即实景空间各点在像平面上成像的模糊程度是相同的，最后运用反卷积算法就可以复原得到一幅内环外环都清晰的全向图像。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案包括如下步骤：