一種基于差異性復(fù)眼透鏡的成像裝置及其成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)眼透鏡制作方法及裝置，特別是一種可調(diào)控復(fù)眼透鏡制作方法及裝置，主要應(yīng)用于光學(xué)成像、光電成像、光電檢測、物質(zhì)分析、激光加工、光學(xué)照明、投影技術(shù)、光學(xué)顯微、光學(xué)操控、光通訊、人工智能、機器人、移動終端等領(lǐng)域中的透鏡陣列制作及裝置應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]成像廣泛存在于移動終端、機器人、光電系統(tǒng)、光電檢測、物質(zhì)分析、光學(xué)照明、投影技術(shù)、光學(xué)顯微、光學(xué)操控、光通訊、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境感知、制導(dǎo)導(dǎo)航、文物保護等領(lǐng)域，例如，在移動終端領(lǐng)域更加突顯圖像采集的重要性，智能手機上設(shè)置有圖像采集處理部件已成為一種廣泛存在的硬件和軟件配置，得到了快速發(fā)展。復(fù)眼是相對于單眼而言的，自然界中的復(fù)眼是昆蟲的主要視覺器官，通常在昆蟲的頭部占有突出的位置，復(fù)眼由多數(shù)小眼組成。基于復(fù)眼工作原理開發(fā)的透鏡成為復(fù)眼透鏡，是由一系列小透鏡組合形成，在本質(zhì)上，復(fù)眼透鏡是微小透鏡陣列，所以在一些光學(xué)系統(tǒng)涉及到的透鏡陣列也屬于復(fù)眼透鏡。
[0003]在先技術(shù)中存在一種復(fù)眼透鏡的成像方法，參見美國授權(quán)專利(United StatesPatent)，專利名稱:Compound lens imaging device，專利號為 US8760558B2，專利日期為2014年6月24日，專利申請人是日本理理光公司，即Ricoh Company，Ltd.，Tokyo (JP)，發(fā)明人為Nobuhiro Morita等六人。此在先技術(shù)雖然具有一定的優(yōu)點，但是仍然存在本質(zhì)不足:1)本方法包含面向物方的復(fù)眼透鏡和面向像方的復(fù)眼透鏡，有兩組復(fù)眼透鏡，并且這兩組復(fù)眼透鏡要同軸，因此制作工藝復(fù)雜、光電結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)難于實現(xiàn)；2)在構(gòu)建過程中，要求復(fù)眼透鏡中的透鏡單元開口直徑一致，并且要求每個透鏡單元的后焦距一致，限制了復(fù)眼透鏡選擇、設(shè)計和優(yōu)化，同時增加了系統(tǒng)的實施難度，影響系統(tǒng)構(gòu)建的靈活性；3)本方法中處理和得到的均是焦平面圖像信息，并且基于物理量是照度，影響采集和處理圖像的效果，獲得圖像信息量有限，影響方法的集成和功能擴充靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題提出了一種基于差異性復(fù)眼透鏡的成像裝置及其成像方法，具體方案如下:
[0005]一種基于差異性復(fù)眼透鏡的成像裝置，包括圖像光源以及沿光源光束出射方向依次設(shè)置的復(fù)眼透鏡和用于采集經(jīng)過所述復(fù)眼透鏡圖像信息的光電傳感器，所述的復(fù)眼透鏡包括多個子透鏡單元，且所述復(fù)眼透鏡包含的多個子透鏡單元中具有多個焦距值，其特征在于，還包括:
[0006]圖像采集處理模塊:與所述光電傳感器連接，用于對光電傳感器上光電信號進行整體采集并進行子成像區(qū)域分割，最終得到圖像特性與復(fù)眼透鏡初始條件之間的關(guān)系；
[0007]傳遞函數(shù)處理模塊:與所述圖像采集處理模塊連接，用于對每個子成像區(qū)域的圖像信息進行傳遞函數(shù)處理和傳遞函數(shù)特征提??；
[0008]信息差異處理模塊:與所述圖像采集處理模塊連接，用于對每個子成像區(qū)域的圖像?目息進行圖像?目息差異處理；
[0009]圖像融合模塊:分別于所述傳遞函數(shù)處理模塊和所述信息差異處理模塊連接，用于對經(jīng)所述傳遞函數(shù)處理模塊和所述信息差異處理模塊處理后的圖像信息進行超分辨率圖像信息處理和三維信息提取，實現(xiàn)所需關(guān)注的圖像信息進行信息輸出。
[0010]上述方案中基于仿生學(xué)復(fù)眼透鏡成像原理，同時結(jié)合傳播函數(shù)特征提取技術(shù)和差異圖像處理技術(shù)，物空間的圖像經(jīng)過復(fù)眼透鏡成像在二維光電傳感器平面上，復(fù)眼透鏡中不同區(qū)域的子透鏡單元具有不同的焦距，即對于單個子透鏡單元而言，其焦距值固定；但每個子透鏡單元之間的焦距值不同。二維光電傳感器上呈現(xiàn)圖像是存在信息差異的物空間圖像陣列，經(jīng)過成像區(qū)域分割后，進行傳遞函數(shù)處理模塊和信息差異處理模塊進行處理；輸出信息由圖像融合模塊進行超分辨率圖像信息處理和三維信息提取，實現(xiàn)所需關(guān)注圖像特征信息成像和信息輸出。
[0011]作為優(yōu)選，所述的復(fù)眼透鏡為玻璃復(fù)眼透鏡、樹脂復(fù)眼透鏡、塑料復(fù)眼透鏡、復(fù)合機構(gòu)復(fù)眼透鏡的一種。
[0012]作為優(yōu)選，所述的光電傳感器為電荷耦合器件、互補金屬氧化物半導(dǎo)體光電傳感器的一種。
[0013]作為優(yōu)選，每個所述的子透鏡單元的開口直徑唯一。即不要求每個子透鏡單元的開口直徑保持一致，同樣也不要求每個子透鏡單元的焦距保持一致，因此，系統(tǒng)構(gòu)建靈活并且對機械要求低。
[0014]一種基于差異性復(fù)眼透鏡的成像方法，包括以下步驟:
[0015](I)圖像光源將圖像投射于復(fù)眼透鏡，圖像光束經(jīng)復(fù)眼透鏡后入射至光電傳感器并被光電傳感器采集；其中，復(fù)眼透鏡的每個子透鏡具有不同焦距值，并分別對圖像光束在光電傳感器的不同區(qū)域進行成像；
[0016](2)圖像采集處理模塊對光電傳感器采集的圖像整體采集并進行成像區(qū)域分割；
[0017](3)傳遞函數(shù)處理模塊對經(jīng)區(qū)域分割處理后的每個子成像區(qū)域圖像信息進行傳遞函數(shù)處理和傳遞函數(shù)特征提?。恍畔⒉町愄幚砟K對經(jīng)分割處理后的每個子成像區(qū)域圖像?目息進行?目息差異處理；
[0018](4)圖像融合模塊對經(jīng)所述傳遞函數(shù)處理模塊和所述信息差異處理模塊處理后的圖像信息進行超分辨率圖像信息處理和三維信息提取，實現(xiàn)所需關(guān)注的圖像信息進行信息輸出。
[0019]上述成像方法基于仿生學(xué)復(fù)眼透鏡成像原理，同時結(jié)合傳播函數(shù)特征提取技術(shù)和差異圖像處理技術(shù)，物空間的圖像經(jīng)過復(fù)眼透鏡成像在光電傳感器平面上，復(fù)眼透鏡中每一個透鏡單元具有不同的焦距，二維光電傳感器上呈現(xiàn)圖像是存在信息差異的物空間圖像陣列，經(jīng)過成像區(qū)域分割后，進行傳遞函數(shù)處理模塊和信息差異處理模塊進行處理；輸出信息由圖像融合模塊進行超分辨率圖像信息處理和三維信息提取，實現(xiàn)所需成像和信息輸出。
[0020]作為優(yōu)選，在第(I)步之前還包括以下步驟:圖像光源出射寬場平行入射光束將已知標準圖像投射至復(fù)眼透鏡，圖像采集處理模塊采集光電傳感器圖像信息，處理后得到已知標準圖像特性與復(fù)眼透鏡初始條件之間的關(guān)系并存儲。
[0021]在進行具體圖像的成像之前，先測定標準圖形和復(fù)眼透鏡的初始條件之間的關(guān)系，然后將此對應(yīng)關(guān)系存儲起來，在此后的成像中就可以直接利用此對應(yīng)關(guān)系，從復(fù)眼透鏡成像情況中推出物的信息。
[0022]本發(fā)明的一種基于差異性復(fù)眼透鏡的成像裝置及其成像方法，基于復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)及成像原理以及結(jié)合了傳播函數(shù)特征提取技術(shù)和差異圖像處理技術(shù)將圖像經(jīng)復(fù)眼透鏡成像在光電傳感器上，并經(jīng)圖