反演超高速成像方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种反演超高速成像方法。所述方法包括：根据微透镜阵列中的微透镜与子像素之间的对应关系，将探测器采集到的二维图像转换为四维光场数据；通过所述四维光场数据中每个像素点的时间信息反演，得到分别具有不同时间信息的子图像；对各个子图像分别进行数字重聚焦，以得到最为清晰的子图像；按照各自的时间信息的先后顺序将所述最为清晰的子图像进行排列，得到时间顺序的子图像序列。本发明专利技术实施例提供的反演超高速成像方法实现了具有较高空间分辨率的超高速成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及超高速摄影
，尤其涉及一种反演超高速成像方法。
技术介绍
高速成像技术在国防，航空和制造等领域的应用及其广泛。随着应用对摄影频率的要求越来越高，高速成像技术难度也越来越大。目前在新型的超高速成像领域上采用的技术主要有全光式高速成像和扫描高速成像等。如日本一位教授研制的全光式高速设备，先利用空间光调制器把啁啾脉冲调制成系列子脉冲，再用啁啾脉冲的啁啾特性对时间进行编码，然后利用台阶式潜望镜解码，把不同时刻的图像成像在探测器的不同位置，从而实现高速摄影。再如华盛顿大学研发的压缩超快摄影技术，根据压缩传感原理，用数字微镜(DMD)对瞬态事件的时空信息进行编码，通过狭缝一次扫描成像后再用TwIST法对记录的信息进行解码得到不同时刻的图像，实现高速成像。日本的全光式高速摄影技术在瞬态信息编码和解编码的过程中用到不同的光学元件，光学结构复杂，操作困难，抗干扰能力比较低，只能在实验室实现。华盛顿大学的压缩传感高速摄影技术得到的图像的空间分辨很低，信噪比低，得到的图像信息误差大。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种反演超高速成像方法，以实现高空间分辨率的超高速成像。本专利技术实施例提供了一种反演超高速成像方法，所述方法包括：根据微透镜阵列中的微透镜与子像素之间的对应关系，将探测器采集到的二维图像转换为四维光场数据，其中，所述微透镜阵列位于所述探测器及主透镜之间；通过所述四维光场数据中每个像素点的时间信息反演，得到分别具有不同时间信息的子图像；对各个子图像分别进行数字重聚焦，以得到最为清晰的子图像；按照各自的时间信息的先后顺序将所述最为清晰的子图像进行排列，得到时间顺序的子图像序列。进一步的，根据微透镜阵列中的微透镜与子像素之间的对应关系，将探测器采集到的二维图像转换为四维光场数据包括：通过两平面参数化，将所述探测器采集到的二维图像转换为四维光场数据。进一步的，通过所述四维光场数据中每个像素点的时间信息反演，得到分别具有不同时间信息的子图像包括：通过对所述四维光场数据的切片，获取一组外极面图像EPI；通过检测所述EPI中直线的斜率，获取所述四维光场数据中不同瞬态的分布信息；根据所述四维光场数据中不同瞬态的分布信息，划分具有不同时间信息的子图像。进一步的，通过检测所述EPI中直线的斜率，获取所述四维光场数据中不同瞬态的分布信息包括：利用多尺度高斯卷积检测法检测所述直线的斜率，以获取所述四维光场数据中不同瞬态的分布信息。进一步的，利用多尺度高斯卷积检测法检测所述直线的斜率，以获取所述四维光场数据中不同瞬态的分布信息包括：利用改进型的高斯内核的二阶导对所述EPI进行一维卷积处理，得到光场尺度和深度空间数据；从所述光场尺度和所述深度空间数据的极值点中得到所述EPI中每条直线的斜率；根据直线的斜率，计算出所述EPI中对应点的时间信息；重复执行上述步骤，直至所有EPI中的数据点均具有了自身的时间信息。进一步的，所述改进型的高斯内核为：其中，σ为所述光场尺度数据，为所述深度空间数据，为所述改进型的高斯内核，x为所述高斯内核的横坐标，u为所述高斯内核的纵坐标。进一步的，所述一维卷积处理为：(I*N)(x,u)|u＝0＝∫∫I(x-x',-u')·N(x',u')dx'du'其中，I为所述EPI，x为所述EPI中的像素横坐标，u为所述EPI中的像素纵坐标，N为所述改进型的高斯内核的二阶导。进一步的，所述一维卷积处理的目标函数为：其中，σ为所述光场尺度数据，为所述深度空间数据，x为所述高斯内核的横坐标，u为所述高斯内核的纵坐标，为所述改进型的高斯内核。进一步的，所述时间信息根据如下公式计算得到： T = F · f [ f - F ( 1 - t a n φ · n · d D ) ] · c ]]>其中，F为主镜头焦距，f为探测器与主镜头之间的距离，为所述EPI中直线的斜率，n为子像素的个数，d为所述微透镜的直径，D为所述主透镜的孔径，c为光速。本专利技术实施例提供的反演超高速成像方法，通过根据微透镜阵列中的微透镜与子像素之间的对应关系，将探测器采集到的二维图像转换为四维光场数据，通过所述四维光场数据中每个像素点的时间信息反演，得到分别具有不同时间信息的子图像，对各个子图像分别进行数字重聚焦，以得到最为清晰的子图像，按照各自的时间信息的先后顺序将所述最为清晰的子图像进行排列，得到时间顺序的子图像序列，实现了高空间分辨率的超高速成像。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术第一实施例提供的光场记录系统的光路图；图2是本专利技术第一实施例提供的反演超高速成像方法的流程图；图3是本专利技术第一实施例提供的数字重聚焦的原理示意图；图4是本专利技术第二实施例提供的反演超高速成像方法中时间信息反演的流程图；图5是本专利技术第二实施例提供的反演过程的原理示意图；图6是本专利技术第三实施例提供的时间信息反演中瞬态检测的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。第一实施例本实施例提供了反演超高速成像方法的一种技术方案。所述反演超高速成像方法由具有特定结构的光场记录系统执行。图1示出了所述光场记录系统。参见图1，所述光场记本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反演超高速成像方法，其特征在于，包括：根据微透镜阵列中的微透镜与子像素之间的对应关系，将探测器采集到的二维图像转换为四维光场数据，其中，所述微透镜阵列位于所述探测器及主透镜之间；通过所述四维光场数据中每个像素点的时间信息反演，得到分别具有不同时间信息的子图像；对各个子图像分别进行数字重聚焦，以得到最为清晰的子图像；按照各自的时间信息的先后顺序将所述最为清晰的子图像进行排列，得到时间顺序的子图像序列。

【技术特征摘要】
1.一种反演超高速成像方法，其特征在于，包括：
根据微透镜阵列中的微透镜与子像素之间的对应关系，将探测器采集到的
二维图像转换为四维光场数据，其中，所述微透镜阵列位于所述探测器及主透
镜之间；
通过所述四维光场数据中每个像素点的时间信息反演，得到分别具有不同
时间信息的子图像；
对各个子图像分别进行数字重聚焦，以得到最为清晰的子图像；
按照各自的时间信息的先后顺序将所述最为清晰的子图像进行排列，得到
时间顺序的子图像序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据微透镜阵列中的微透镜
与子像素之间的对应关系，将探测器采集到的二维图像转换为四维光场数据包
括：
通过两平面参数化，将所述探测器采集到的二维图像转换为四维光场数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述四维光场数据中每
个像素点的时间信息反演，得到分别具有不同时间信息的子图像包括：
通过对所述四维光场数据的切片，获取一组外极面图像EPI；
通过检测所述EPI中直线的斜率，获取所述四维光场数据中不同瞬态的分
布信息；
根据所述四维光场数据中不同瞬态的分布信息，划分具有不同时间信息的
子图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过检测所述EPI中直线的
斜率，获取所述四维光场数据中不同瞬态的分布信息包括：
利用多尺度高斯卷积检测法检测所述直线的斜率，以获取所述四维光场数
据中不同瞬态的分布信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用多尺度高斯卷积检测法
检测所述直线的斜率，以获取所述四维光场数据中不同瞬态的分布信息包括：
利用改进型的高斯内核的二阶导对所述EPI进行一维卷积处理，得到光场
尺度和深度空间数据；
从所述光场尺度和所述深度空间数据的极值点中得到所述EPI中每条直线
的斜率；
根据直线的斜率，计算出所述EPI中对应点的时间信息；
重复执行上述步骤，直至所有EPI中的数据点均具有了自身的时间信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景镇，黄德波，蔡懿，陆小微，吴庆阳，惠彬，艾月霞，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44