光场相机调焦方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光场相机调焦方法和装置，其中，方法包括：根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路；对于微透镜阵列处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所有中心微透镜宏像素总能量值，以将所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。该方法便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且基于该方法判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断方法更有可信度。

Focusing method and device of optical field camera

【技术实现步骤摘要】
光场相机调焦方法和装置
本专利技术涉及仪器装置调试
，特别涉及一种光场相机调焦方法和装置。
技术介绍
仪器设备安装是将呈分散状态的部件按照要求组装及安置，而调试则是在安装的基础上将设备调试成最佳状态，保证设备在投入使用之后发挥正常的功效。做好仪器设备的正确调试工作是保证仪器设备正常稳定运行的前提和基础，具有重要意义。光场成像技术作为一种计算成像的方式，通过光场相机获取目标的光场信息，继而将光场信息参数化，通过后续算法实现目标成像。1992年首先出现了基于微透镜阵列的单相机成像的光场相机，相比于普通相机，光场相机不仅能够记录目标的空间信息及辐射强度信息，还能够记录目标辐射光波的方向信息，使得获取的光场信息达到了四维，增加了的图像信息的可计算性，使得成像结果具有更大的应用价值。进一步地，2005年出现了光场相机系统的简化版，将微透镜阵列置于光场相机前置成像系统像面位置，在微透镜阵列面获得空间图像，将微透镜阵列及探测器面进行耦合，探测器面位于微透镜阵列的后焦面处，探测器对微透镜面图像二次采样获得光场图像，称之为光场相机1.0结构，也称为非聚焦型光场结构，其原理已经在光场显微镜、多模式光场相机等仪器上实现。光场相机1.0系统中的微透镜阵列及探测器耦合在一起形成光场相机探测单元，探测单元中每一个微透镜代表一个空间位置，此微透镜下所有像素组成此微透镜的宏像素，宏像素中每个像素代表一个角度方向信息。光场相机1.0系统要求微透镜阵列面与光场相机前置系统像面位置重合，此时光场数据中单个微透镜宏像素能量均匀分布，参与此微透镜宏像素中任意像素点成像的物面范围一致。当微透镜阵列面与光场相机前置系统像面位置不重合时，光场数据中微透镜宏像素能量分布不均匀，参与此微透镜宏像素中任意像素点成像的物面范围不一致，导致光场相机获取的光场信息出现空间信息混叠。当能准确地调整微透镜阵列面与光场相机前置系统一次像面位置重合时，以此为基础准确地获取像面离焦量等参数，将更有利于实现数字重聚焦、光场图像超分辨率重建等功能。因此，光场相机1.0系统的安装调试过程中，寻找适当的方法准确地将微透镜阵列面调试至与前置系统一次像面重合非常重要。传统相机的调焦方式有测距法、聚焦检测法和基于图像处理的自动调焦技术等。但由于光场相机1.0系统中在传统相机的焦平面位置加入光场相机探测单元，探测单元中的微透镜阵列结构使光场相机1.0系统的成像原理与传统相机相比产生了本质变化，也导致传统相机的调焦方法不再适用于光场相机1.0系统。相关技术提出了一种光场相机1.0系统安装参数确定方法，该方法只是通过计算筛选确定了安装距离，没有涉及具体安装调试的方法。在光场相机1.0系统实际安装调试过程中，由于实际仪器元件加工误差和安装误差等因素的影响，完全按照系统参数计算值加工、安装仪器元件定性判断微透镜阵列安装位置的方法不准确，无法保证安装调试的系统满足原理要求，因此需要寻找适当的方法判断调试结果中微透镜阵列面是否与前置系统一次像面重合。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种光场相机调焦方法，该方法便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且基于该方法判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断方法更有可信度。本专利技术的另一个目的在于提出一种光场相机调焦装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种光场相机调焦方法，包括以下步骤：根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路；对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，将所述所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。本专利技术实施例的光场相机调焦方法，针对光场相机中微透镜阵列安装调试过程中无法定量判断微透镜阵列面是否与前置成像系统一次像面重合的问题，根据系统参数设计了专门的平行光管十字叉丝靶标方案，并基于一系列数字图像处理过程处理光场图像得到的中心微透镜宏像素总能量值指标作为定量判断依据，从而便于分析光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果，且基于中心微透镜宏像素总能量值指标判断光场相机1.0结构中微透镜阵列安装调试结果相对于传统定性判断结果更有可信度。另外，根据本专利技术上述实施例的光场相机调焦方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，进一步包括：使十字叉丝成像于探测器面中心视场，得到所述微透镜阵列面处于前置成像系统焦前到焦后不同位置的一系列光场图像。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线宽设计公式为：其中，dlines为十字叉丝线宽；fG为平行光管焦距；fs为前置成像系统焦距；dml为微透镜直径；a为前置成像系统后焦面衍射斑尺寸；所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线长设计公式为：其中，(2M+1)为十字叉丝靶标横线或竖线成像所占微透镜的个数，M为正整数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，提取计算过程包括：提取十字叉丝成像区域图像，并高频滤波锐化边缘；对滤波后的十字叉丝成像区域图像进行阈值分割，并进行微透镜宏像素提取；利用凹点法对粘连的微透镜宏像素边缘图像进行分割，并计算每个微透镜宏像素确定区域内的原始像素值的质心，以所述质心就近取整值作为此微透镜宏像素中心坐标值；根据微透镜宏像素中心坐标值提取所有中心微透镜宏像素，计算所有中心微透镜宏像素值之和作为所有中心微透镜宏像素总能量值。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据中心微透镜宏像素总能量随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到前置成像系统后焦面重合包括：获取所述微透镜阵列面处于不同离焦位置时中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线；寻找所述中心微透镜宏像素总能量值取最大值时的微透镜阵列面位置，此时所述微透镜阵列面与所述前置成像系统后焦面重合。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种光场相机调焦装置，包括：生成模块，用于根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路；提取模块，用于对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，将所述所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；调焦模块，用于根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光场相机调焦方法，其特征在于，包括以下步骤：/n根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路；/n对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，将所述所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；/n根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。/n

【技术特征摘要】
1.一种光场相机调焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，并安装调试光路；
对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，将所述所有中心微透镜宏像素总能量值作为调焦判据；
根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到与光场相机前置成像系统后焦面重合。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据平行光管参数和光场相机参数生成十字叉丝靶标，进一步包括：
使十字叉丝成像于探测器面中心视场，得到所述微透镜阵列面处于前置成像系统焦前到焦后不同位置的一系列光场图像。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线宽设计公式为：



其中，dlines为十字叉丝线宽；fG为平行光管焦距；fs为前置成像系统焦距；dml为微透镜直径；a为前置成像系统后焦面衍射斑尺寸；
所述十字叉丝靶标的十字叉丝的线长设计公式为：



其中，(2M+1)为十字叉丝横线或竖线成像所占微透镜个数，M为正整数。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于微透镜阵列面处于距离光场相机前置成像系统后焦面任意离焦量的光场图像，提取分割所有中心微透镜宏像素，得到所述所有中心微透镜宏像素总能量值，提取计算过程包括：
提取十字叉丝成像区域图像，并高频滤波锐化边缘；
对滤波后的十字叉丝成像区域图像进行阈值分割，并进行微透镜宏像素提取；
利用凹点法对粘连的微透镜宏像素边缘图像进行分割，并计算每个微透镜宏像素确定区域内的原始像素值的质心，以所述质心就近取整值作为此微透镜宏像素中心坐标值；
根据微透镜宏像素中心坐标值提取所有中心微透镜宏像素，计算所有中心微透镜宏像素值之和作为所有中心微透镜宏像素总能量值。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据中心微透镜宏像素总能量值随离焦量的变化曲线，判断所述中心微透镜宏像素总能量值最大时，所述微透镜阵列面调整到前置成像系统后焦面重合，包括：
获取所述微透镜阵列面处于不同离焦位置时中心微透镜宏像...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁艳，苏丽娟，王继超，朱聪慧，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11