[发明专利]一种基于模糊函数刻画的聚焦扫描与计算成像方法

说明书

本发明公开了一种基于模糊函数刻画的聚焦扫描与计算成像方法，包括：建立聚焦扫描数据采集模型；根据模糊函数理论，刻画聚焦扫描数据采集模型并求解聚焦扫描数据采集模型的一维模糊函数、二维模糊函数、一维光学传递函数和二维光学传递函数；根据光学传递函数以及光学传递函数与点扩散函数的关系，分析聚焦扫描数据采集模型的三维空间不变性；利用聚焦扫描数据采集模型的二维光学传递函数的三维不变性，进行三维反卷积计算成像。通过采用本发明提供的方法，可以设计聚焦扫描数据采集模型并进行计算成像，为其它景深拓展成像系统提供基于模糊函数的分析手段。

技术领域

本发明涉及光学与数字图像处理领域，尤其涉及光学系统中一种基于模糊函数刻画的聚焦扫描与计算成像方法。

背景技术

传统成像系统的景深受到限制，为了增加景深，往往需要缩小光圈，但是同时又减小了光通量，导致图像噪声增加，信噪比降低。如何获得高质量景深拓展的图像，近年来成为图像处理的关键问题，专家学者提出了一系列扩展图像景深的方法。Levin、Veeraraghavan、Zhou&Nayer等人提出不同的编码方案，通过对点扩散函数进行设计得到景深拓展的图像。Nagahara等人提出聚焦扫描数据采集模型，但对聚焦扫描数据采集模型点扩散函数的不变性只进行了估计。

1983年，Brenner K H等人提出将模糊函数的概念引入到光学系统中，得到模糊函数与光学传递函数的关系，并证明模糊函数是光学传递函数的极坐标形式，成为研究系统景深拓展重要的理论基础。1995年，Edward R等人提出波前编码成像技术。该技术基于模糊函数理论设计光学系统，使其所成像在离焦情况下具有相似性。此后，研究者围绕利用相位板拓展景深展开了深入研究，例如对数相位板、反对称相位板等。

利用聚焦扫描数据采集模型可以得到高质量景深拓展的图像。但是，现有技术中缺少基于模糊函数的聚焦扫描数据采集模型计算成像方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模糊函数刻画的聚焦扫描与计算成像方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明提供一种基于模糊函数刻画的聚焦扫描与计算成像方法，其中，包括：

步骤100，建立聚焦扫描数据采集模型；

步骤200，根据模糊函数理论，求解聚焦扫描数据采集模型的一维模糊函数、二维模糊函数、一维光学传递函数和二维光学传递函数，用以刻画聚焦扫描数据采集模型；

步骤300，根据步骤200得到的光学传递函数以及光学传递函数与点扩散函数的关系，分析聚焦扫描数据采集模型的三维空间不变性；以及

步骤400，利用聚焦扫描数据采集模型的二维光学传递函数的三维不变性，进行三维反卷积计算成像。

进一步地，步骤100中的“建立聚焦扫描数据采集模型”具体如下：

相机主要由镜头和探测器构成，镜头固定，在相机曝光过程中，探测器沿相机的水平光轴匀速运动，完成图像采集，d₀是物点M的深度在物方对应的距离，d是探测面到镜头平面的距离，f是镜头的焦距，由高斯成像公式可得：

进一步地，步骤200具体包括如下步骤：

步骤210，根据模糊函数理论，求解步骤100得到的聚焦扫描数据采集模型的一维模糊函数和光学传递函数；和

步骤220，根据模糊函数理论，求解步骤100得到的聚焦扫描数据采集模型的二维模糊函数和光学传递函数；和

步骤230，步骤230，根据步骤210与步骤220得到的一维和二维的模糊函数与光学传递函数刻画聚焦扫描数据采集模型。

进一步地，步骤210具体包括：