一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種三維圖像重構(gòu)方法，特別是一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法，主要應(yīng)用于光學(xué)成像、光電成像、光電檢測(cè)、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、機(jī)器人、移動(dòng)終端、物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境感知、制導(dǎo)導(dǎo)航、文物保護(hù)等領(lǐng)域中的超分辨三維圖像重構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]超分辨三維圖像重構(gòu)是根據(jù)現(xiàn)有非三維超分辨圖像信息進(jìn)行處理得到超分辨三維圖像的過(guò)程，超分辨三維圖像重構(gòu)方法是在三維圖像重構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高圖形質(zhì)量的方法。對(duì)超分辨三維圖像重構(gòu)方法的需求廣泛存在于光學(xué)成像、光電成像、光電檢測(cè)、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、機(jī)器人、移動(dòng)終端、物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境感知、制導(dǎo)導(dǎo)航、文物保護(hù)等領(lǐng)域中，例如，在光學(xué)成像領(lǐng)域中，由于現(xiàn)有條件限制從現(xiàn)實(shí)中采集到的二維圖像分辨率低，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三維圖像重構(gòu)，同樣不能得到高分辨率的三維圖像，但是通常希望得到的圖像要清晰可見，此時(shí)就需要采用超分辨三維圖像重構(gòu)方法對(duì)原來(lái)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；在環(huán)境感知領(lǐng)域更加突顯超分辨三維圖像重構(gòu)方法的重要性，環(huán)境感知在現(xiàn)在的智能領(lǐng)域中具有重要的作用，是其他動(dòng)作前的先決條件，而環(huán)境感知中的重點(diǎn)就是三維空間位置信息，其技術(shù)核心包括超分辨三維圖像重構(gòu)技術(shù)。因此，超分辨三維圖像重構(gòu)方法得到了廣泛的關(guān)注，并逐步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域和價(jià)值。
[0003]在先技術(shù)中存在一種超分辨三維圖像重構(gòu)裝置和方法，參見美國(guó)正在申請(qǐng)專利(United States Patent Applicat1n Publicat1n)，專利利名稱:Apparatus andmethod for reconstructing super-resolut1n three-dimens1nal image from depthimage (翻譯成中文為:基于深度圖像進(jìn)行超分辨三維圖像重構(gòu)的裝置和方法)，專利申請(qǐng)公開號(hào)(Patent Applicat1n Pulicat1n Number)為US2014/0105484A1，專利公開日期為2014年4月19日，專利申請(qǐng)人:Sumsung Electronics C0.，LIT (中文為:三星電子有限公司)，發(fā)明人:Seung Kyu Lee, Hyun Jung Shim和Do Kyoon Kim，此在先技術(shù)雖然具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然存在本質(zhì)不足:1)本方法直接基于深度圖像作為處理的輸入，包括圖像壞點(diǎn)重新定位處理單元和超分辨處理單元，圖像壞點(diǎn)重新定位處理單元用于處理深度圖像的壞點(diǎn)，這樣對(duì)輸入圖像存在限制，限制了前端圖像采集處理系統(tǒng)構(gòu)架，影響應(yīng)用范圍；2)利用超分辨處理單元處理圖像壞點(diǎn)重新定位處理單元輸出信息，限制了超分辨處理使用方法的選擇，使得此超分辨三維圖像重構(gòu)裝置和方法在性能上無(wú)法進(jìn)一步優(yōu)化；3)此技術(shù)對(duì)于基于圖像壞點(diǎn)重新定位處理單元和超分辨處理單元串聯(lián)構(gòu)建進(jìn)行工作，輸出超分辨三維圖像，系統(tǒng)構(gòu)建靈活性差，不易于集成、功能擴(kuò)充。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題提出了一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法，具體方案如下:
[0005]4.一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法，其特征在于，
[0006]包括以下步驟:
[0007]I)將已知標(biāo)準(zhǔn)三維物空間圖像投射至復(fù)眼透鏡并在二維光電傳感器平面成像，圖像重構(gòu)處理模塊采集光電傳感器圖像信息，處理后得到已知標(biāo)準(zhǔn)圖像特性與復(fù)眼透鏡初始條件之間的關(guān)系并存儲(chǔ)；
[0008]2)目標(biāo)三維物空間圖像的成像方向依次設(shè)置有復(fù)眼透鏡和二維光電傳感器，目標(biāo)三維物空間圖像經(jīng)過(guò)復(fù)眼透鏡成像在二維光電傳感器平面上；
[0009]3)在二維光電傳感器信號(hào)輸出端設(shè)置有圖像重構(gòu)處理模塊，由于復(fù)眼透鏡中的每個(gè)透鏡單元相互空間位置固定，根據(jù)第I)步中得出的結(jié)論，基于圖像三維重構(gòu)技術(shù)，通過(guò)圖像重構(gòu)處理模塊得到與三維物空間圖像相對(duì)應(yīng)的重構(gòu)三維圖像信息；
[0010]4)在圖像重構(gòu)處理模塊的信息輸出端設(shè)置有超分辨重構(gòu)模塊，基于圖像超分辨處理方法，超分辨重構(gòu)模塊進(jìn)一步對(duì)重構(gòu)三維圖像信息進(jìn)行處理，得到超分辨重構(gòu)三維圖像信息。
[0011]上述方案基于仿生學(xué)復(fù)眼透鏡成像原理與三維圖像重構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，三維物空間圖像經(jīng)過(guò)復(fù)眼透鏡成像在二維光電傳感器平面上，由于復(fù)眼透鏡每個(gè)透鏡單元具有獨(dú)立成像功能，每個(gè)透鏡單元將三維物空間圖像成像成像于二維光電傳感器平面的子區(qū)域中，所以在二維光電傳感器平面上呈現(xiàn)存在信息差異并與三維物空間圖像相對(duì)應(yīng)的像陣列；由于復(fù)眼透鏡中的每個(gè)透鏡單元相互空間位置固定，根據(jù)二維光電傳感器平面上的像陣列和復(fù)眼透鏡物理參數(shù)，基于圖像三維重構(gòu)技術(shù)得到與三維物空間圖像相對(duì)應(yīng)的重構(gòu)三維圖像信息；基于圖像超分辨處理方法，進(jìn)一步對(duì)重構(gòu)三維圖像信息進(jìn)行處理，得到超分辨重構(gòu)三維圖像信息，按需要進(jìn)行顯示后向后端設(shè)備進(jìn)行輸出。將已知標(biāo)準(zhǔn)三維物空間圖像投射至復(fù)眼透鏡并在二維光電傳感器平面成像，圖像重構(gòu)處理模塊采集光電傳感器圖像信息，處理后得到已知標(biāo)準(zhǔn)圖像特性與復(fù)眼透鏡初始條件之間的關(guān)系并存儲(chǔ)。經(jīng)過(guò)上述步驟，后續(xù)圖像重構(gòu)處理模塊和超分辨重構(gòu)模塊可利用復(fù)眼透鏡的光學(xué)特性以及對(duì)圖像的變換特性。
[0012]作為優(yōu)選，所述的圖像重構(gòu)處理模塊為基于幾何重構(gòu)原理的圖像重構(gòu)處理模塊、基于多光譜原理的圖像重構(gòu)處理模塊、基于光信息融合的圖像重構(gòu)處理模塊的一種。
[0013]作為優(yōu)選，所述的超分辨重構(gòu)模塊為差分原理超分辨重構(gòu)模塊、外延式超分辨重構(gòu)模塊、內(nèi)延推斷式超分辨重構(gòu)模塊的一種。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0015]I)在先技術(shù)直接基于深度圖像作為處理的輸入，包括圖像壞點(diǎn)重新定位處理單元和超分辨處理單元，圖像壞點(diǎn)重新定位處理單元用于處理深度圖像的壞點(diǎn)，這樣對(duì)輸入圖像存在限制，限制了前端圖像采集處理系統(tǒng)構(gòu)架，影響應(yīng)用范圍。本發(fā)明基于仿生學(xué)復(fù)眼透鏡成像原理與三維圖像重構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，三維物空間圖像經(jīng)過(guò)復(fù)眼透鏡成像在二維光電傳感器平面上，在二維光電傳感器平面上呈現(xiàn)存在信息差異并與三維物空間圖像相對(duì)應(yīng)的像陣列，本發(fā)明在硬件上對(duì)三維圖像重構(gòu)和超分辨處理提供足夠多的信息，具有信息處理能力強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、構(gòu)建靈活等特點(diǎn)。
[0016]2)利用超分辨處理單元處理圖像壞點(diǎn)重新定位處理單元輸出信息，限制了超分辨處理使用方法的選擇，使得此超分辨三維圖像重構(gòu)裝置和方法在性能上無(wú)法進(jìn)一步優(yōu)化，基于圖像壞點(diǎn)重新定位處理單元和超分辨處理單元串聯(lián)構(gòu)建進(jìn)行工作，輸出超分辨三維圖像，系統(tǒng)構(gòu)建靈活性差，不易于集成、功能擴(kuò)充。本發(fā)明通過(guò)復(fù)眼透鏡成像，以及圖像重構(gòu)處理模塊和超分辨重構(gòu)模塊，在硬件上提供足夠多信息的同時(shí)，在處理方法上摒棄了在先技術(shù)中的壞點(diǎn)重新定位處理單元，使得本發(fā)明具有構(gòu)建靈活、對(duì)算法要求低、易于集成、功能易于擴(kuò)充等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于差異性復(fù)眼透鏡的成像方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法流程示意圖，具體實(shí)施例如下:一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法，包括以下步驟:
[0020]I)將已知標(biāo)準(zhǔn)三維物空間圖像投射至復(fù)眼透鏡并在二維光電傳感器平面成像，圖像重構(gòu)處理模塊采集光電傳感器圖像信息，處理后得到已知標(biāo)準(zhǔn)圖像特性與復(fù)眼透鏡初始條件之間的關(guān)系并存儲(chǔ)；
[0021]2)目標(biāo)三維物空間圖像的成像方向依次設(shè)置有復(fù)眼透鏡和二維光電傳感器，目標(biāo)三維物空間圖像經(jīng)過(guò)復(fù)眼透鏡成像在二維光電傳感器平面上；
[0022]3)在二維光電傳感器信號(hào)輸出端設(shè)置有圖像重構(gòu)處理模塊，由于復(fù)眼透鏡中的每個(gè)透鏡單元相互空間位置固定，根據(jù)第I)步中得出的結(jié)論，基于圖像三維重構(gòu)技術(shù)，通過(guò)圖像重構(gòu)處理模塊得到與三維物空間圖像相對(duì)應(yīng)的重構(gòu)三維圖像信息；
[0023]4)在圖像重構(gòu)處理模塊的信息輸出端設(shè)置有超分辨重構(gòu)模塊，基于圖像超分辨處理方法，超分辨重構(gòu)模塊進(jìn)一步對(duì)重構(gòu)三維圖像信息進(jìn)行處理，得到超分辨重構(gòu)三維圖像信息。
[0024]本實(shí)施例成功實(shí)現(xiàn)了三維箱式物理的超分辨圖像輸出，具有信息處理能力強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、構(gòu)建靈活、對(duì)算法要求低、易于集成、功能易于擴(kuò)充等特點(diǎn)。
[0025]以上所述的【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將已知標(biāo)準(zhǔn)三維物空間圖像投射至復(fù)眼透鏡并在二維光電傳感器平面成像，圖像重構(gòu)處理模塊采集光電傳感器圖像信息，處理后得到已知標(biāo)準(zhǔn)圖像特性與復(fù)眼透鏡初始條件之間的關(guān)系并存儲(chǔ)； 2)目標(biāo)三維物空間圖像的成像方向依次設(shè)置有復(fù)眼透鏡和二維光電傳感器，目標(biāo)三維物空間圖像經(jīng)過(guò)復(fù)眼透鏡成像在二維光電傳感器平面上； 3)在二維光電傳感器信號(hào)輸出端設(shè)置有圖像重構(gòu)處理模塊，由于復(fù)眼透鏡中的每個(gè)透鏡單元相互空間位置固定，根據(jù)第I)步中得出的結(jié)論，基于圖像三維重構(gòu)技術(shù)，通過(guò)圖像重構(gòu)處理模塊得到與三維物空間圖像相對(duì)應(yīng)的重構(gòu)三維圖像信息； 4)在圖像重構(gòu)處理模塊的信息輸出端設(shè)置有超分辨重構(gòu)模塊，基于圖像超分辨處理方法，超分辨重構(gòu)模塊進(jìn)一步對(duì)重構(gòu)三維圖像信息進(jìn)行處理，得到超分辨重構(gòu)三維圖像信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法，其特征在于，所述的圖像重構(gòu)處理模塊為基于幾何重構(gòu)原理的圖像重構(gòu)處理模塊、基于多光譜原理的圖像重構(gòu)處理模塊、基于光信息融合的圖像重構(gòu)處理模塊的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法，其特征在于，所述的超分辨重構(gòu)模塊為差分原理超分辨重構(gòu)模塊、外延式超分辨重構(gòu)模塊、內(nèi)延推斷式超分辨重構(gòu)模塊的一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法，基于仿生學(xué)復(fù)眼透鏡成像原理與三維圖像重構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)復(fù)眼透鏡成像，以及圖像重構(gòu)處理模塊和超分辨重構(gòu)模塊，給出一種基于復(fù)眼透鏡的超分辨三維圖像重構(gòu)方法。本發(fā)明具有構(gòu)建靈活、對(duì)算法要求低、易于集成、功能易于擴(kuò)充等特點(diǎn)。
【IPC分類】G06T17-00
【公開號(hào)】CN104599322
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510087560
【發(fā)明人】樊兆華, 黃灝, 高秀敏
【申請(qǐng)人】杭州清渠科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月16日