[发明专利]基于编码孔径的折反射全聚焦成像方法与装置

说明书

技术领域：

本发明主要涉及到光学成像及数字图像处理领域，特指一套应用了编码孔径技术的折反射全向成像装置，以及在此基础上消除折反射所造成的散焦模糊得到全聚焦全向图像的构建方法。 

背景技术：

现在市场上的监控摄像机产品主要是“枪机(即固定安装的摄像机)”和“球机(即带旋转云台的摄像机)”。这种普通摄像机由于视场范围小，只能监控角度较小的空间范围，存在监控盲区和监控死角。在很多例如收费站、码头、银行这样的重要场所，若要求对360度范围内持续的监视目标，则需要安装多个这种普通摄像机。近年来，随着视频监控技术的发展，实现360度总体范围的宏观拍摄功能的监控设备有着越来越迫切的需求。折反射全向成像技术利用曲面反射镜，将来自成像系统周围360度范围的入射光线经反射作用后，进入常规的光学成像系统，生成包含空间360度全方位场景信息的环状全向图（图1），对全向图进行展开可生成适合于人眼直接观察的柱面全景图像（图2）。凭借360度全方位视野、一次性无缝全景成像、系统设计灵活等优点，近年来各种特定结构的折反射全向成像系统陆续地被设计出来，并应用于全向智能视频监控、战场环境全向智能感知以及机器人全向视觉等诸多领域。 

然而，由于360度折反射成像系统由于其曲面反射的成像特点，获得的全向图像会不可避免的产生散焦模糊问题。特别是随着近年来图像传感器分辨率的不断提高，这个问题也变得愈加突出，成为超高清折反射成像系统发展的主要瓶颈（图3）。 

发明内容：

本发明提出基于编码孔径的折反射全聚焦成像方法与装置。所指装置是指采用了特殊孔径形状（图4）的折反射成像装置（图5）。所指方法是指通过这套装置采集的图像去散焦算法构建出全聚焦全向图像的方法。本发明要解决的技术问题是：折反射因为曲面反射的光学结构造成其全向成像散焦模糊问题。随着近年来感光芯片采集图像分辨率的提高，该问题日益凸显，严重影响了全景图像的成像质量。 

为解决上述技术问题，本发明利用编码孔径技术（什么样的编码孔径技术）去除折反射全向成像散焦模糊得到全聚焦的全向图像。由于折反射系统是通过曲面镜反射成像，其成像模型已不同于小孔模型，还需要集成考虑反射曲面方程和光线反射性质。由于成像模型不同，导致普通成像设备基于编码孔径消除虚 焦模糊的处理方法和算法不能直接应用到折反射成像系统中。同样是成像模糊问题，普通成像设备和折反射成像设备造成图像模糊的原因却是不一样，本发明提出一个编码孔径技术方案来专门处理折反射全景图像的散焦模糊问题。 

具体发明内容包括： 

(1)对普通折反射成像系统的改造 

通过折反射编码孔径设计方案，按照这个方案对传统的折反射成像装置进行改造升级。具体的，按照设计方案做一个遮光板，植入到相机镜头的孔径之中（图4）。 

(2)去除散焦模糊算法 

折反射成像系统采集到通过编码孔径的“编码图像”之后，通过分析折反射系统中入射光线和图像模糊的关系，建立全向图像散焦数学模型。然后利用这个模型估计出图像中各个位置的模糊程度，最后反卷积得到全聚焦的清晰全向图像。 

本发明所述基于编码孔径的折反射全景成像装置针对性强，是对传统折反射成像系统的改进。通过全景散焦模糊图像的复原方法得到全聚焦图像效果好。同时，本发明装置结构简单，图像复原运算量小，易于实现及推广。 

附图说明：

图1是本发明所述折反射全向成像装置、成像过程及全向图; 

图2是本发明所述折反射全向图的柱面全景展开; 

图3是本发明所述折反射系统散焦问题示意图。左图为折反射系统采集到的全向图（750万像素），右图为局部图像(左图方框区域)。 

图4是本发明所述普通孔径（左）简单改造成编码孔径（右）示意图； 

图5是本发明所述基于编码孔径的折反射全景成像装置； 

图6是本发明所述折反射成像系统散焦模糊光学原理示意图； 

图7是本发明所述编码孔径技术图像复原效果图； 

具体实施方式：

以下将结合实例和附图对本发明做进一步详细说明。 

折反射成像装置上： 

如图5所示，本实施例提供一种基于编码孔径的折反射全景成像装置，包括起装配固定作用的底盘（5）， 抛物曲面反射镜（2），支架（1），固定在最下方底盘上的成像设备（3,4）。其中成像设备的孔径部分应用了编码孔径技术进行了特殊的设计。 

在图像处理的算法上：