[发明专利]高空间分辨率光场采集装置与图像生成方法

权利要求书

1.一种高空间分辨率光场采集装置，包括主透镜、微透镜阵列和压缩编码传感器，其特征在于：所述的微透镜阵列放置于主镜头与压缩编码传感器之间，微透镜阵列平行于压缩编码传感器，垂直于主镜头光轴，能够将压缩编码传感器的光敏面完全覆盖；其中每个微透镜均能够聚焦成像，且不同微透镜的成像区域在压缩编码传感器平面互不重叠；目标场景经过主镜头所呈的实像经由微透镜阵列再次汇聚后被压缩编码传感器所记录。

2.根据权利要求1所述的高空间分辨率光场采集装置，其特征在于：所述的微透镜阵列中微透镜的排布采用行列方式包括但不仅限于相邻行微透镜光心对齐的正四边形和隔行微透镜光心对齐的正六边形排布。

3.根据权利要求1所述的高空间分辨率光场采集装置，其特征在于：所述的微透镜阵列中单个微透镜的艾里斑直径不超过两倍图像传感器像元最短边的长度，单个微透镜的点列图范围不超过其艾里斑直径。

4.根据权利要求1所述的高空间分辨率光场采集装置，其特征在于：所述的压缩编码传感器采用随机卷积CMOS图像传感器，传感器的物理分辨率为P*Q；利用移位寄存器中存储的伪随机序列控制CMOS上逐像素执行随机卷积计算，然后利用行、列选择逻辑单元实现随机位置采样，得到压缩采样数据；所述的伪随机序列循环周期内的元素个数大于P*Q。

5.根据权利要求1所述的高空间分辨率光场采集装置，其特征在于：所述的微透镜光心所在平面到主镜头焦平面的矢量距离z>0，压缩编码传感器光敏面到微透镜光心所在平面的距离g大于单个微透镜的焦距f，1/g+1/z＝1/f；本发明的主镜头焦距F、主镜头通光孔径D和微透镜直径d满足D/(F+z+g)＝d/g。

6.一种权利要求1所述高空间分辨率光场采集装置的图像生成方法，其特征在于包括下述步骤：

1)将主透镜、微透镜阵列和压缩编码传感器的光学尺寸、位置信息在统一成像框架下进行参数化描述，构建基于最小化重投影误差的代价函数，并通过全局优化方法进行求解；

2)角度与位置信息耦合的高分辨率二维光场信号恢复，步骤如下：

2.1)根据成像装置内参的参数化模型，求取每个微透镜成像单元的中心坐标；然后提取经过压缩编码传感器压缩后的观测信号，对压缩图像进行旋转处理，使每行成像单元的中心坐标位于同一行像素上；最后对图像的扭曲形变做几何矫正，使观测信号与测量矩阵的对应关系保持一致；

2.2)提取作用于随机编码的伪随机序列，结合伪随机序列构造压缩感知中的测量矩阵；所述的测量矩阵包括但不仅限于高斯随机矩阵、伯努利矩阵、均匀分布矩阵；

2.3)采用BP方法、BPDN方法或TV方法重建角度与位置信息耦合的超分辨率光场二维信号；

3)依据相机参数化模型计算角度采样数；然后根据二维光场信号中角度信息与位置信息的耦合关系，计算出焦平面处每个微透镜像元提供的空间分辨率大小，并从每个成像单元的相同位置抽取相同大小的像素块进行拼接，合成一个视角下的焦平面成像结果；最后变换单元成像的像素抽取中心，即可合成多个视角下的二维图像，实现四维光场数据构建；

4)利用光场数据采用数字重聚焦方法，生成高空间分辨率的重聚焦图像。