本發(fā)明涉及圖像復(fù)原領(lǐng)域，特別涉及一種圖像復(fù)原成像系統(tǒng)及圖像復(fù)原系統(tǒng)、圖像獲得方法及圖像復(fù)原方法。

背景技術(shù)：

在實際光學(xué)系統(tǒng)成像中，光學(xué)系統(tǒng)像差、裝調(diào)誤差、各類噪聲及傳感器非線性畸變及成像鏈路的不確定因素都可能造成圖像的模糊?；謴?fù)清晰圖像是一個反卷積的過程，利用非盲去卷積對圖像進(jìn)行復(fù)原的核心是如何準(zhǔn)確估算點擴(kuò)散函數(shù)(PSF，Point Spread Function)。

目前，PSF的估算可通過CODE V或Zemax等光學(xué)設(shè)計軟件的仿真計算、光程差測量法、靶標(biāo)法等手段獲得，其中現(xiàn)有技術(shù)中的靶標(biāo)法是在出廠前，對指定型號的相機(jī)進(jìn)行不同物距下的點擴(kuò)散函數(shù)標(biāo)校，確定各物距下對應(yīng)的點擴(kuò)散函數(shù)，后續(xù)拍攝圖像時，使用該指定型號相機(jī)拍攝目標(biāo)物體，并對圖像復(fù)原時，依據(jù)物距確定對應(yīng)的點擴(kuò)散函數(shù)，實現(xiàn)圖像復(fù)原。但由于拍攝圖像所使用相機(jī)與進(jìn)行圖像復(fù)原時對應(yīng)的相機(jī)參數(shù)無法保持完全一致，對圖像的復(fù)原產(chǎn)生誤差。

因此，亟需一種提高點擴(kuò)散函數(shù)測量準(zhǔn)確性的圖像復(fù)原成像系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種圖像復(fù)原成像系統(tǒng)及圖像復(fù)原系統(tǒng)、圖像獲得方法及圖像復(fù)原方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的圖像復(fù)原方法中點擴(kuò)散函數(shù)測量不準(zhǔn)確的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種圖像復(fù)原成像系統(tǒng)，包括：

圖像采集設(shè)備(7)、測距儀(6)、旋轉(zhuǎn)鏡架(2)、平面反射鏡(1)、目標(biāo)模擬器和處理器(8)；

所述目標(biāo)模擬器包括成像裝置(3)和靶標(biāo)(4)，所述靶標(biāo)(4)的零點位置位于所述成像裝置(3)的焦點位置，所述成像裝置(3)用于將所述靶標(biāo)匯聚成像；

所述平面反射鏡(1)安裝在所述旋轉(zhuǎn)鏡架(2)上，所述旋轉(zhuǎn)鏡架(2)用于旋轉(zhuǎn)所述平面反射鏡(1)，以切換所述圖像采集設(shè)備(7)采集所述目標(biāo)物體的圖像的光路或采集所述靶標(biāo)(4)的圖像的光路；

所述測距儀(6)用于測量第一距離，所述第一距離為所述圖像采集設(shè)備(7)采集目標(biāo)物體圖像時，所述目標(biāo)物體與所述圖像采集設(shè)備(7)之間的距離；

所述處理器(8)根據(jù)所述測距儀(6)發(fā)送的第一距離，計算得到第二距離，所述第二距離為所述靶標(biāo)(4)由所述零點位置移動的距離，使得所述靶標(biāo)(4)移動所述第二距離后，依次經(jīng)過所述成像裝置(3)、所述平面反射鏡(1)在所述圖像采集設(shè)備(7)中成像時的模擬距離與所述第一距離相等。

優(yōu)選地，所述目標(biāo)模擬器還包括照明光源(9)，所述照明光源(9)用于照明所述靶標(biāo)(4)。

優(yōu)選地，還包括平移臺(5)，用于承載并移動所述靶標(biāo)(4)。

優(yōu)選地，所述靶標(biāo)為多個黑白格相間排列的黑白格靶標(biāo)。

優(yōu)選地，所述目標(biāo)物體正對所述圖像采集設(shè)備(7)，且位于所述圖像采集設(shè)備(7)的光軸上。

優(yōu)選地，所述成像裝置(3)的光軸與所述圖像采集設(shè)備(7)的光軸垂直。

本發(fā)明還提供一種圖像復(fù)原系統(tǒng)，包括上面所述的圖像復(fù)原成像系統(tǒng)和圖像處理裝置。

另外，本發(fā)明還提供一種圖像獲得方法，所述圖像獲得方法基于上面所述的圖像復(fù)原成像系統(tǒng)，所述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)至少包括：圖像采集設(shè)備、測距儀、旋轉(zhuǎn)鏡架、平面反射鏡、成像裝置、靶標(biāo)和處理器；

所述圖像獲得方法包括：

旋轉(zhuǎn)所述平面反射鏡，使所述圖像采集設(shè)備采集目標(biāo)物體的圖像；

用所述測距儀測量第一距離，所述第一距離為目標(biāo)物體在所述圖像采集設(shè)備中成像時，所述目標(biāo)物體與所述圖像采集設(shè)備之間的距離；

將所述第一距離發(fā)送至所述處理器，所述處理器計算得到第二距離，所述第二距離為所述靶標(biāo)由零點位置移動的距離；

移動所述靶標(biāo)第二距離；

旋轉(zhuǎn)所述平面反射鏡，使所述圖像采集設(shè)備采集所述靶標(biāo)的圖像。

基于上面所述的圖像獲得方法得到的目標(biāo)物體圖像和靶標(biāo)圖像，本發(fā)明還提供一種圖像復(fù)原方法，包括：

將所述靶標(biāo)圖像分割為多個區(qū)域；

分別計算每個區(qū)域?qū)?yīng)的點擴(kuò)散函數(shù)；

對各個區(qū)域點擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行插值處理，獲得所述靶標(biāo)圖像全視場內(nèi)所述靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)數(shù)據(jù)；

根據(jù)獲得的所述靶標(biāo)圖像全視場內(nèi)的點擴(kuò)散函數(shù)數(shù)據(jù)對目標(biāo)物體圖像進(jìn)行去卷積計算，獲得復(fù)原圖像。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的圖像復(fù)原成像系統(tǒng)包括：圖像采集設(shè)備、測距儀、旋轉(zhuǎn)鏡架、平面反射鏡、目標(biāo)模擬器和處理器，所述目標(biāo)模擬器包括成像裝置和靶標(biāo)；靶標(biāo)通過成像裝置模擬目標(biāo)物體與圖像采集設(shè)備之間的距離，通過旋轉(zhuǎn)鏡架與平面反射鏡切換圖像采集設(shè)備的光路，使得圖像采集設(shè)備能夠?qū)崟r地分別采集目標(biāo)物體圖像與靶標(biāo)圖像，由于兩個光路中圖像采集設(shè)備的物距相同，使得獲得的靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)與目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)的相同，通過對靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行測量，從而能夠得到更加準(zhǔn)確的目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供圖像復(fù)原系統(tǒng)，包括上述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)，能夠獲得與目標(biāo)物體的拍攝距離相同的靶標(biāo)圖像以及圖像處理裝置；本發(fā)明還提供一種圖像獲得方法及圖像復(fù)原方法，基于上述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)得到的與目標(biāo)物體的拍攝距離相同的靶標(biāo)圖像，對所述靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行計算，得到目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)，進(jìn)而對目標(biāo)物體圖像進(jìn)行復(fù)原，由于所述靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)與目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)相同，可以根據(jù)靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)得到目標(biāo)物體圖像的復(fù)原圖像，且，該方法中，靶標(biāo)圖像與目標(biāo)物體圖像采用同一個圖像采集設(shè)備，同樣的物距，相似的拍攝環(huán)境及成像條件，使得目標(biāo)物體圖像點擴(kuò)散函數(shù)的獲得更加準(zhǔn)確，圖像復(fù)原更加清晰。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例提供的一種圖像復(fù)原成像系統(tǒng)采集目標(biāo)物體圖像時的示意圖；

圖2為本申請實施例提供的一種圖像復(fù)原成像系統(tǒng)采集靶標(biāo)圖像時的示意圖；

圖3為本申請實施例提供的一種圖像獲得方法流程圖；

圖4為本申請實施例提供的一種圖像復(fù)原方法流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

現(xiàn)有技術(shù)中的靶標(biāo)法已應(yīng)用于單反相機(jī)的后期圖像復(fù)原軟件，通過對指定型號的相機(jī)進(jìn)行出廠前的標(biāo)校，確定各物距下的PSF等信息，用戶可選擇對應(yīng)型號的相機(jī)參數(shù)包進(jìn)行事后的復(fù)原處理，但該方法的缺點顯而易見：雖然相機(jī)型號相同，但由于加工裝調(diào)誤差不可能保證每臺相機(jī)參數(shù)完全一致，采用預(yù)設(shè)物距對應(yīng)的點擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行圖像復(fù)原會產(chǎn)生誤差，并且拍攝環(huán)境溫濕度變化、物距的變化也會對PSF的測量造成影響，因此，現(xiàn)有的靶標(biāo)法具有一定的局限性。

本發(fā)明提供一種圖像復(fù)原成像系統(tǒng)，如圖1所示，包括：圖像采集設(shè)備7、測距儀6、旋轉(zhuǎn)鏡架2、平面反射鏡1、目標(biāo)模擬器和處理器8。

圖像采集設(shè)備7用于采集目標(biāo)物體和靶標(biāo)的圖像，本實施例中不限定所述圖像采集設(shè)備與目標(biāo)物體以及靶標(biāo)的位置，優(yōu)選地，所述目標(biāo)物體正對圖像采集設(shè)備7，且位于圖像采集設(shè)備7的光軸上，使得圖像采集設(shè)備能夠直接采集目標(biāo)物體的圖像。本實施例中圖像采集設(shè)備可以是相機(jī)也可以是其他能夠采集得到圖像的裝置，本實施例中對此不做限制，優(yōu)選地，所述圖像采集設(shè)備為相機(jī)。

測距儀6用于測量目標(biāo)物體在圖像采集設(shè)備7中成像時，目標(biāo)物體與圖像采集設(shè)備之間的距離，本實施例中定義所述目標(biāo)物體與圖像采集設(shè)備之間的距離為第一距離；本實施例中優(yōu)選的，所述測距儀為激光測距儀，激光測距儀在工作時向目標(biāo)物體射出一束很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)物體反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，從而計算出從圖像采集設(shè)備到目標(biāo)物體的距離。激光測距儀具有重量輕、體積小、操作簡單、速度快而準(zhǔn)確的優(yōu)點，其誤差僅為其它光學(xué)測距儀的五分之一到數(shù)百分之一，因此，本實施例中優(yōu)選地，所述測距儀為激光測距儀。

平面反射鏡1安裝在旋轉(zhuǎn)鏡架2上，旋轉(zhuǎn)鏡架2用于旋轉(zhuǎn)平面反射鏡1，以切換圖像采集設(shè)備7采集所述目標(biāo)物體的圖像的光路或采集所述靶標(biāo)4的圖像的光路；如圖1所示，旋轉(zhuǎn)鏡架2將平面反射鏡1旋轉(zhuǎn)至平面反射鏡所在平面與圖像采集設(shè)備的光軸平行，且位于所述圖像采集設(shè)備的光軸外，使得圖像采集設(shè)備7能夠直接拍攝目標(biāo)物體的圖像。如圖2所示，旋轉(zhuǎn)鏡架2將平面反射鏡1旋轉(zhuǎn)至遮擋圖像采集設(shè)備的光軸，從而使得所述圖像采集設(shè)備能夠拍攝目標(biāo)模擬器中的靶標(biāo)。

需要說明的是，本實施例中不限定所述平面反射鏡的角度，只要能夠?qū)袠?biāo)成像到圖像采集設(shè)備中即可，不限定其具體角度，優(yōu)選的，如圖2所示，平面反射鏡的法線方向與圖像采集設(shè)備的光軸成45°夾角，此時，旋轉(zhuǎn)鏡架的角度調(diào)節(jié)能夠比較容易調(diào)到相應(yīng)的角度，且所述成像裝置3的光軸與所述圖像采集設(shè)備的光軸垂直，位置容易設(shè)置。另外，在實際操作中，可以將靶標(biāo)成像光路固定，只需要調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)鏡架的角度即可實現(xiàn)目標(biāo)物體與靶標(biāo)的圖像采集的切換。因此，本實施例中優(yōu)選地，所述成像裝置3的光軸與所述圖像采集設(shè)備的光軸垂直。

目標(biāo)模擬器包括成像裝置3和靶標(biāo)4，靶標(biāo)4位于成像裝置3的焦點位置，此時靶標(biāo)的位置為零點位置。由于所述靶標(biāo)位于所述成像裝置的焦點位置，在成像裝置另一側(cè)以平行光出射，模擬無窮遠(yuǎn)處物體成像，當(dāng)移動靶標(biāo)位置時，即可模擬有限遠(yuǎn)處的物體成像，因此，本實施例提供的目標(biāo)模擬器能夠連續(xù)仿真無窮遠(yuǎn)至近距離的目標(biāo)，設(shè)置無窮遠(yuǎn)位置為靶標(biāo)零位，靠近成像裝置方向移動即可仿真有限遠(yuǎn)目標(biāo)。

本實施例中靶標(biāo)可以為LED點光源組成的點陣靶標(biāo)，也可以是黑白格相間形成的黑白格靶標(biāo)板，本實施例中對此不做限定，優(yōu)選地，所述靶標(biāo)為多個黑白格相間排列的黑白格靶標(biāo)，采用黑白格間隔排列的圖案作為靶標(biāo)，能夠更加接近理想刀刃，以便于后續(xù)采用刀刃法獲得更加精確的點擴(kuò)散函數(shù)。

需要說明的是，本實施例中不限定所述成像裝置的具體結(jié)構(gòu)及組成部分，可以是由多個凹凸透鏡組合形成的成像裝置也可以為單個透鏡形成的成像裝置，還可以為包括其他光學(xué)元件的成像裝置，本實施例中對此不做限定。為減小圖像復(fù)原成像系統(tǒng)的體積，本實施例中優(yōu)選的，所述成像裝置為1個凸透鏡形成的成像裝置，即靶標(biāo)通過凸透鏡成像在平面反射鏡中。平面反射鏡通過改變光路的方向，將靶標(biāo)成像在圖像采集設(shè)備中，從而實現(xiàn)模擬目標(biāo)物體的目的。

處理器8根據(jù)測距儀6發(fā)送的第一距離，計算得到靶標(biāo)4由零點位置移動的第二距離，以使靶標(biāo)4經(jīng)過成像裝置3成像，再經(jīng)過平面反射鏡1成像后，靶標(biāo)4在圖像采集設(shè)備7中成像時的模擬距離與第一距離相等。

具體原理為：

測距儀6測得目標(biāo)物體在圖像采集設(shè)備中成像時的第一距離L，依據(jù)牛頓公式：

$L=\frac{f^2}{d}-f$

其中，f為成像裝置的焦距，d為靶標(biāo)相對于零點位置向成像裝置移動的距離。

處理器計算得到調(diào)焦量d：

$d=\frac{f^2}{L+f}$

從而把靶標(biāo)4由零點位置朝向成像裝置移動d距離，使得靶標(biāo)經(jīng)過成像裝置成像后，再經(jīng)過平面反射鏡的成像，在圖像采集設(shè)備中成像時的模擬距離與第一距離相等。

通過上述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)后，在平面反射鏡不遮擋圖像采集設(shè)備與目標(biāo)物體之間的光路時，圖像采集設(shè)備對目標(biāo)物體采集圖像，形成目標(biāo)物體圖像，當(dāng)平面反射鏡旋轉(zhuǎn)，切換圖像采集設(shè)備的光路至圖像采集設(shè)備對靶標(biāo)進(jìn)行圖像采集時，生成靶標(biāo)圖像。

圖像復(fù)原成像系統(tǒng)在封裝完成后，其內(nèi)部是暗室環(huán)境，為了獲得較好的靶標(biāo)圖像，所述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)中的目標(biāo)模擬器還可以包括照明光源9，如圖1和圖2所示，照明光源9用于照明所述靶標(biāo)4。

需要說明的是，所述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)還可以包括平移臺5，用于承載并移動所述靶標(biāo)4，所述平移臺與所述處理器相連，根據(jù)處理器計算并發(fā)送的調(diào)焦量d(也即第二距離)，移動所述靶標(biāo)，使得靶標(biāo)的模擬物距與圖像采集設(shè)備采集目標(biāo)物體圖像時的第一距離相同，從而使得圖像采集設(shè)備采集靶標(biāo)的圖像。

本實施例中提供的圖像復(fù)原成像系統(tǒng)，包括圖像采集設(shè)備、測距儀、旋轉(zhuǎn)鏡架、平面反射鏡、目標(biāo)模擬器和處理器，目標(biāo)模擬器包括成像裝置和靶標(biāo)；靶標(biāo)通過成像裝置模擬目標(biāo)物體與圖像采集設(shè)備之間的距離，通過旋轉(zhuǎn)鏡架與平面反射鏡切換圖像采集設(shè)備的光路，使得圖像采集設(shè)備能夠?qū)崟r地分別采集目標(biāo)物體圖像與靶標(biāo)圖像，由于兩個光路中圖像采集設(shè)備的物距相同，使得獲得的靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)與目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)的相同，通過對靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行測量，從而能夠得到更加準(zhǔn)確的目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)。

本發(fā)明另一實施例提供一種圖像復(fù)原系統(tǒng)，包括上面實施例提到的圖像復(fù)原成像系統(tǒng)和圖像處理裝置。

所述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)用于獲得目標(biāo)物體圖像以及靶標(biāo)圖像，獲得所述靶標(biāo)圖像時的模擬物距與獲得所述目標(biāo)物體圖像時的拍攝距離(即上一實施例中所述的第一距離)相同。

所述圖像處理裝置根據(jù)圖像復(fù)原成像系統(tǒng)獲得的目標(biāo)物體圖像以及靶標(biāo)圖像，測量得到靶標(biāo)圖像的PSF，進(jìn)而再根據(jù)全視場內(nèi)的靶標(biāo)圖像PSF，對目標(biāo)物體圖像進(jìn)行去卷積，得到復(fù)原圖像。

由于本實施例中獲得目標(biāo)物體圖像和靶標(biāo)圖像時，采用同一圖像采集設(shè)備采集圖像，且靶標(biāo)模擬物距與目標(biāo)物體圖像形成時的第一距離相等，兩者光路所在位置環(huán)境相似，目標(biāo)物體與靶標(biāo)距離較近的情況下，可以忽略大氣湍流的影響，可以認(rèn)為靶標(biāo)圖像的PSF與目標(biāo)物體圖像的PSF相同，通過對靶標(biāo)圖像的PSF進(jìn)行測量，得到目標(biāo)物體圖像的PSF。采用本實施例提供的圖像復(fù)原系統(tǒng)，能夠?qū)崟r獲得目標(biāo)物體的點擴(kuò)散函數(shù)，從而提高了得到的目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)的準(zhǔn)確性，為后續(xù)圖像復(fù)原提供了精確的基礎(chǔ)，使得后續(xù)圖像復(fù)原能夠更加清楚。

本發(fā)明實施例還提供一種圖像獲得方法，所述圖像獲得方法基于圖1和圖2所示的圖像復(fù)原成像系統(tǒng)，所述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)至少包括：圖像采集設(shè)備、測距儀、旋轉(zhuǎn)鏡架、平面反射鏡、成像裝置、靶標(biāo)和處理器；本實施例中，所述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)還可以包括平移臺等裝置，所述平移臺用于移動靶標(biāo)的位置，模擬不同的目標(biāo)物體與圖像采集設(shè)備之間的距離。

所述圖像獲得方法，如圖3所示，包括：

步驟S101：旋轉(zhuǎn)所述平面反射鏡，使所述圖像采集設(shè)備采集目標(biāo)物體的圖像。

本實施例中，不限定所述圖像采集設(shè)備與目標(biāo)物體的位置關(guān)系，因此，只要旋轉(zhuǎn)所述平面反射鏡，使得所述圖像采集設(shè)備采集目標(biāo)物體的圖像即可。當(dāng)目標(biāo)物體正對所述圖像采集設(shè)備，且位于所述圖像采集設(shè)備的光軸上時，可以將所述平面反射鏡旋轉(zhuǎn)至其所在平面與所述圖像采集設(shè)備的光軸平行的位置。

步驟S102：用所述測距儀測量第一距離，所述第一距離為目標(biāo)物體在所述圖像采集設(shè)備中成像時，所述目標(biāo)物體與所述圖像采集設(shè)備之間的距離。

需要說明的是，上述兩個步驟可以同時進(jìn)行，即在進(jìn)行圖像采集的同時，使用測距儀測量第一距離，也可以分步進(jìn)行，即測量第一距離與目標(biāo)物體圖像的采集分步進(jìn)行，本實施例中對此不做限定。

當(dāng)圖像采集設(shè)備采集目標(biāo)物體的圖像時，保持圖像采集設(shè)備與目標(biāo)物體位于同一直線，且目標(biāo)物體位于所述圖像采集設(shè)備的光軸上。而所述平面反射鏡所在平面與所述圖像采集設(shè)備的光軸平行，且位于所述圖像采集設(shè)備光軸之外，不遮擋目標(biāo)物體與圖像采集設(shè)備之間的光路。

步驟S103：將所述第一距離發(fā)送至所述處理器，所述處理器計算得到第二距離，所述第二距離為所述靶標(biāo)由零點位置移動的距離。

需要說明的是，本實施例中，靶標(biāo)的初始位置為成像裝置的焦點位置，定義該位置為零點位置，靶標(biāo)光線經(jīng)成像裝置后變?yōu)槠叫泄?，此時即為靶標(biāo)模擬無窮遠(yuǎn)目標(biāo)的情況，當(dāng)需要模擬有限遠(yuǎn)的目標(biāo)成像時，處理器依據(jù)第一距離計算得到第二距離，從而將靶標(biāo)從零點位置移動到對應(yīng)的位置上，以模擬目標(biāo)物體成像時的第一距離。

步驟S104：移動所述靶標(biāo)第二距離。

依據(jù)第二距離，向靠近所述成像裝置的方向移動所述靶標(biāo)，使得所述靶標(biāo)距離所述圖像采集設(shè)備的距離模擬出目標(biāo)物體成像時的第一距離。

步驟S105：旋轉(zhuǎn)所述平面反射鏡，使所述圖像采集設(shè)備采集所述靶標(biāo)的圖像。

根據(jù)靶標(biāo)成像光路的位置，將平面反射鏡旋轉(zhuǎn)至其平面與圖像采集設(shè)備的光軸交叉，并成一定角度，從而使得所述圖像采集設(shè)備能夠采集所述靶標(biāo)的圖像。

本實施例中，不限定所述平面反射鏡所在平面與圖像采集設(shè)備的光軸交叉形成的角度大小，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，只要能將靶標(biāo)形成的像，經(jīng)過平面反射鏡對稱到圖像采集設(shè)備的光軸上，即可實現(xiàn)模擬目標(biāo)的物距，本實施例中對此不再進(jìn)行贅述。優(yōu)選地，本實施例中，所述平面反射鏡所在平面與圖像采集設(shè)備的光軸交叉形成的角度為45°，從而靶標(biāo)成像光路的光軸與圖像采集設(shè)備的光軸相互垂直。

本實施例中采用平面反射鏡旋轉(zhuǎn)，切換圖像采集設(shè)備采集所述目標(biāo)物體的圖像的光路或采集所述靶標(biāo)的圖像的光路，實現(xiàn)目標(biāo)物體成像光路與靶標(biāo)成像光路的切換，兩光路共用一套光學(xué)系統(tǒng)和圖像采集設(shè)備，只是拍攝的目標(biāo)不同。在近距離可忽略大氣湍流的良好天氣下，由于兩光路的光學(xué)系統(tǒng)和圖像采集設(shè)備均一致，保證靶標(biāo)的模擬距離與目標(biāo)物體距離所述圖像采集設(shè)備的第一距離相同，則可認(rèn)為靶標(biāo)圖像的PSF與目標(biāo)物體圖像的PSF相同，通過對靶標(biāo)圖像的PSF進(jìn)行測量，即可獲得目標(biāo)圖像的PSF。

本實施例提供一種圖像獲得方法，采用同一光學(xué)系統(tǒng)和同一圖像采集設(shè)備實時地分別獲得目標(biāo)物體圖像和靶標(biāo)圖像，所述靶標(biāo)圖像的PSF可以替代目標(biāo)物體圖像的PSF，從而能夠?qū)崟r獲得不同拍攝距離下的目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)，提高了獲得目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)的準(zhǔn)確性。

基于上面實施例中所述圖像獲得方法，本發(fā)明實施例還提供一種圖像復(fù)原方法，如圖4所示，包括：

步驟S201：將所述靶標(biāo)圖像分割為多個區(qū)域。

本實施例中對靶標(biāo)圖像分割成多個區(qū)域的分割方法不做限定，可以從實際操作方便的角度考慮，采用不同的分割方法。

步驟S202：分別計算每個區(qū)域?qū)?yīng)的點擴(kuò)散函數(shù)。

需要說明的是，本實施中不限定所述靶標(biāo)的具體形式，所述靶標(biāo)可以是LED點光源組成的點陣靶標(biāo)，也可以是黑白格相間形成的黑白格靶標(biāo)板，本實施例中優(yōu)選地，所述靶標(biāo)為黑白格相間排列的黑白格靶標(biāo)。

當(dāng)所述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)中的靶標(biāo)為黑白格靶標(biāo)時，所述分別計算每個區(qū)域?qū)?yīng)的點擴(kuò)散函數(shù)的具體過程為：利用刀刃法分別計算每個區(qū)域?qū)?yīng)的點擴(kuò)散函數(shù)。

將靶標(biāo)圖像相鄰的黑白格交界區(qū)域作為刀刃，即刀刃邊緣近似垂直或平行于采樣方向，可以更精確測量空間變化點擴(kuò)散函數(shù)，并且可根據(jù)選取網(wǎng)格數(shù)量平衡處理速度與精度的關(guān)系，使系統(tǒng)滿足不同的工作需要。根據(jù)刀刃法計算該區(qū)域的點擴(kuò)散函數(shù)，具體過程如下：

步驟S202a：根據(jù)刀刃邊緣獲得邊緣擴(kuò)散函數(shù)曲線；

步驟S202b：對邊緣擴(kuò)散函數(shù)求導(dǎo)獲得線擴(kuò)散函數(shù)；

步驟S202c：對線擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換得到一維MTF(光學(xué)傳遞函數(shù))，然后矢量運算得到二維MTF；

步驟S202d：進(jìn)行傅里葉反變換得到靶標(biāo)圖像的PSF。

對應(yīng)靶標(biāo)為LED點光源點陣的靶標(biāo)，采用與其對應(yīng)的點擴(kuò)散函數(shù)獲得方法，如點光源方法，本實施例中對此不做限定。優(yōu)選采用刀刃法實現(xiàn)黑白格靶標(biāo)的點擴(kuò)散函數(shù)計算。

步驟S203：對各個區(qū)域點擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行插值處理，獲得所述靶標(biāo)圖像全視場內(nèi)所述靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)數(shù)據(jù)。

所述對各個區(qū)域點擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行插值處理，獲得全視場內(nèi)的點擴(kuò)散函數(shù)數(shù)據(jù)中的所述插值處理為埃爾米特(Hermite)插值處理方法。本實施例中采取三次Hermite插值的方法以獲得更多位置得到點擴(kuò)散函數(shù)，最終獲得全視場內(nèi)靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)。

步驟S204：根據(jù)獲得的所述靶標(biāo)圖像全視場內(nèi)的點擴(kuò)散函數(shù)數(shù)據(jù)對目標(biāo)物體圖像進(jìn)行去卷積計算，獲得復(fù)原圖像。

由于靶標(biāo)拍攝時的模擬距離與目標(biāo)物體被拍攝時的第一距離相同，可以將所述靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)認(rèn)為是目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)，因此，本實施例中依據(jù)靶標(biāo)圖像的點擴(kuò)散函數(shù)對目標(biāo)物體圖像進(jìn)行去卷積計算，得到目標(biāo)物體圖像的復(fù)原圖像。

維納(wiener)是用來解決從噪聲中提取信號的一種過濾(或濾波)方法。維納濾波是比較高效的圖像復(fù)原技術(shù)之一。本實施例中根據(jù)獲得的所述靶標(biāo)圖像全視場內(nèi)的點擴(kuò)散函數(shù)數(shù)據(jù)，將所述全視場內(nèi)的點擴(kuò)散函數(shù)數(shù)據(jù)作為初始參數(shù)，使用維納濾波對目標(biāo)物體圖像進(jìn)行去卷積的得到復(fù)原圖像。其中，去卷積過程包含在維納濾波步驟中，從而實現(xiàn)圖像復(fù)原。

維納濾波性能好且沒有迭代過程，其頻域表達(dá)式可以簡化為：

$\hat{F}(u,v)=\[\frac{1}{H(u,v)}\frac{{\left|H(u,v)\right|}^2}{{\left|H(u,v)\right|}^2+S_{\mathrm{\η}}(u,v)/S_f(u,v)}\]G(u,v)$

其中，H(u,v)表示退化函數(shù)，S_η(u,v)表示噪聲的功率譜，S_f(u,v)表示未退化圖像的功率譜，G(u,v)表示未退化圖像的頻域表達(dá)式。

本發(fā)明實施例提供一種圖像復(fù)原方法，基于上面實施例提到的圖像獲得方法，所述圖像獲得方法基于上面實施例中的圖像復(fù)原成像系統(tǒng)，所述圖像復(fù)原成像系統(tǒng)采用平面反射鏡旋入或旋出圖像采集設(shè)備的光軸，實現(xiàn)目標(biāo)物體成像光路與靶標(biāo)成像光路的切換，兩光路共用一套光學(xué)系統(tǒng)和圖像采集設(shè)備，只是拍攝的目標(biāo)不同，當(dāng)所述平面反射鏡旋入圖像采集設(shè)備的光軸時，對靶標(biāo)進(jìn)行成像，旋出圖像采集設(shè)備的光軸時，則對目標(biāo)物體進(jìn)行成像。在近距離可忽略大氣湍流的良好天氣下，由于兩光路的光學(xué)系統(tǒng)和圖像采集設(shè)備均一致，若保證靶標(biāo)物距與目標(biāo)物體的物距相同，則可認(rèn)為靶標(biāo)圖像的PSF與目標(biāo)物體圖像的PSF相同，通過對靶標(biāo)圖像的PSF進(jìn)行測量，即可獲得目標(biāo)圖像的PSF。

照明光源、靶標(biāo)、成像裝置組成目標(biāo)模擬器，可通過調(diào)節(jié)靶標(biāo)與成像裝置之間的距離來連續(xù)仿真無窮遠(yuǎn)至近距離的目標(biāo)，設(shè)置無窮遠(yuǎn)位置為靶標(biāo)零位，靠近物鏡方向移動即可仿真有限遠(yuǎn)目標(biāo)，從而實現(xiàn)模擬不同拍攝距離下的目標(biāo)物體。

光學(xué)系統(tǒng)受像差等因素的影響并非是嚴(yán)格的線性空間不變系統(tǒng)，系統(tǒng)的PSF會隨著視場的變化而改變，為解決空間變化點擴(kuò)散函數(shù)的測量，本實施例提供的圖像復(fù)原方法中，優(yōu)選地，靶標(biāo)圖像采用黑白格板，將視場分為若干區(qū)域，對每個區(qū)域用刀刃法測量PSF，再利用三次Hermite插值進(jìn)行處理，獲得整幅靶標(biāo)圖像空間變化的PSF，最后將該PSF作為初始參數(shù)，使用維納濾波對目標(biāo)圖像進(jìn)行去卷積得到復(fù)原圖像。

進(jìn)一步地，本實施例中提供的圖像復(fù)原方法，基于圖像復(fù)原成像系統(tǒng)實時測量各物距下目標(biāo)物體圖像，以及獲得的目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)，能夠及時準(zhǔn)確地反映圖像采集設(shè)備的光學(xué)、采樣等模糊，進(jìn)而使得與現(xiàn)有技術(shù)中采用的事后圖像復(fù)原軟件相比，本發(fā)明實施例提供的圖像復(fù)原方法，能夠使得復(fù)原圖像更接近真實結(jié)果，復(fù)原效果更好。

另外，本申請?zhí)峁┑膱D像復(fù)原方法在一定程度上可以解決景深與分辨率的矛盾。在光學(xué)檢測等特定應(yīng)用場合，要求實現(xiàn)大景深范圍全聚焦成像，現(xiàn)有技術(shù)多采用減小光學(xué)口徑或者多次聚焦圖像合成的方法，勢必以犧牲極限分辨率和提高成本為代價，而本申請?zhí)峁┑膱D像復(fù)原方法可通過PSF去卷積方法對衍射極限模糊圖像進(jìn)行復(fù)原，更加簡單高效。

更進(jìn)一步地，本申請中提供的圖像復(fù)原成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，只需要通過改變平面反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度，即可實現(xiàn)目標(biāo)物體成像光路和靶標(biāo)成像光路的切換，且目標(biāo)模擬器只需要微調(diào)靶標(biāo)的位置就能實現(xiàn)不同物距下的目標(biāo)仿真，能夠?qū)崟r獲得靶標(biāo)圖像和目標(biāo)物體圖像，進(jìn)而提高了獲得的目標(biāo)物體圖像的點擴(kuò)散函數(shù)的準(zhǔn)確性。

需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。