[发明专利]一种大景深成像方法

说明书

本发明公开了一种大景深成像方法，属于光学成像领域。本发明利用透镜对不同波长光折射率不同的特性，通过计算使用指定波长光照射不同物距目标物，使其成像平面重叠从而扩大景深。本发明解决了针对具有空间厚度物体无法成像在最佳成像平面上，白光LED照明容易产生色差等问题，对比普通白光照明该方法能够显著提升图像分辨率、成本低、适用面广。

技术领域

本发明涉及一种大景深成像方法，属于光学成像领域。

背景技术

大景深成像有微观的和宏观的两个层面，本案属于宏观层面的大景深成像，针对的不是微观显微成像。目前提升成像系统景深主要包括以下几种方法：1)采用编码孔径技术，由于图像中的每个区域都是由估计的散焦PSF函数去模糊，所以该方法效果受深度估计的精度影响较大；2)增加相位板增加成像景深，其中Dowski et.提出了一种立方体相位板，由于该种相位板能够保留更多高频细节信息，所以相比圆形相位板具有更好的效果；3)采用数字图像处理技术拓展景深，其中有学者通过将RGB三色中聚焦颜色分量的锐度信息拓展到其它颜色分量，提升清晰度从而增加景深；4)通过成像光学元件的机械运动产生大景深。

除以上四种方法外，由于普通非消色差透镜存在色差，透镜的焦点会随入射光波长的不同产生偏移，国外有学者利用这一特性，针对扫码机发明了利用色差扩大成像景深的系统，该系统采用红外光和其他波长光搭配照明条形码，图像传感器顺序采集图像，能够实现从1.5英寸到8英寸距离上读取条形码信息。但是由于扫码机读取图像信息的特性，该系统并不能将具有一定景深的物体同时清晰成像。

发明内容

本发明旨在提供一种大景深成像方法，是利用透镜对不同波长光折射率不同的特性，通过计算使用指定波长光照射不同物距目标物，使各物距目标物的像距相同，即各目标物的成像平面重叠从而扩大景深。

所述方法，包括以下步骤：

(1)对于任一单透镜，确定该透镜的透镜材质波长λ和折射率n的关系，表示为n＝f(λ)；并确定该透镜的折射率n和焦距f'的关系，表示为f'＝g(n)；从而确定该透镜的焦距f'和波长λ的关系：f'＝g(f(λ))；

(2)我们对距离透镜为L₁和L₂的两个物面P₁、P₂清晰成像，L₁＜L₂；对物面P₁，使用波长为λ₁的光照射，物面P₁的物像公式为L'为像距；对于物面P₂，使

用波长为λ₂的光照射，物面P₂的物像公式为为使两个物面的像距相同，则有

(3)结合步骤(1)、(2)，得到L₂和λ₂之间的关系，即其中L₁和λ₁都是已知的，通过该式就可以求出在物距L₂处清晰成像所需光照波长λ₂。

所述单透镜为球面镜时，步骤(1)中，其折射率和焦距的关系满足：其中r₁、r₂分别为透镜前后曲面曲率半径，d为透镜厚度；则步骤(3)得到L₂和λ₂之间的关系如式(1)所示：

式(1)中L₁、λ₁、r₁、r₂、a、b、c都是已知参数，确定L₂后，就可以求得λ₂，用波长为λ₂的光照射物面P₂就可以清晰成像。