基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法，在传统聚焦型全光相机的设计方法基础之上，结合光学系统参数和算法的亚像素识别能力，根据双目立体视觉建立基于多焦距微透镜阵列的全光相机参数设计分析模型，并通过分析各参数之间的制约关系对模型进行简化，从理论上为基于多焦距微透镜阵列的全光相机系统的设计提供指导，使整个聚焦型全光相机设计时实现光学系统与设计算法的权衡，并达到最佳的成像效果。并达到最佳的成像效果。并达到最佳的成像效果。

【技术实现步骤摘要】
基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法


[0001]本专利技术属于计算光学成像领域，尤其涉及一种基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法。

技术介绍

[0002]随着现代武器装备中光电对抗技术的快速发展，多维信息获取越来越迫切。光场三维成像技术能够获取场景三维信息，从而提升武器装备光电系统的识别鲁棒性、导航精度及跟踪精度，在军事领域具备高应用价值。
[0003]1908年美国物理学家弗雷德里克
·
艾夫斯申请了一款带有针孔阵列的照相机专利，这是已知的最早的全光相机，该专利表明全光相机拥有区分不同深度物体的能力。2005年Ren Ng等人设计了一款手持式全光相机，即全光相机1.0，分析了光场傅里叶变换后的形式以及处理过程中遇到的问题，证明了算法的实用性以及全光相机的商业化价，虽然这种相机可以最大化全光相机的角度分辨力，当图像的空间分辨率受到限制。2010年，A.Lumsdaine和T.Georgiev通过权衡相机参数和景深之间的关系，改变微透镜阵列与探测器的平面的相对位置，提出了全光相机2.0大大的提高了重聚焦图像的有效空间分辨率。之后，国内外学者对全光相机展开广泛的研究，公布号为CN 112005150 A的专利公开了用于移动设备的全光相机，公布号为CN 108632506 A的专利公开了一种微透镜阵列成像系统，等等。
[0004]聚焦型全光相机的深度分辨能力与其光学系统结构参数及算法的亚像素识别能力密切相关，此外，聚焦型全光相机各参数之间相互影响相互制约，如何平衡各参数之间的关系，选择合理的结构参数，以最小的设计、加工、装调成本达到最佳的三维成像能力至关重要。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法，以双目立体视觉为基础，能够在满足深度分辨率要求时确定聚焦型全光相机各参数的数值。
[0006]一种基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法，所述聚焦型全光相机包括主物镜、微透镜阵列以及探测器，基于双目立体视觉匹配原理获取聚焦型全光相机的物方深度分辨率与系统参数之间的相互制约关系，且所述系统参数包括微透镜阵列的镜距系数、主物镜的焦距、主物镜的通光孔径、探测器的像元尺寸以及聚焦型全光相机的F数、工作物距、亚像素识别能力、中间像面的虚深度；
[0007]其中，当虚深度为定值时，镜距系数越大，物方深度分辨率越高；当镜距系数为定值时，虚深度越小，物方深度分辨率越高；当F数为定值时，主物镜的焦距越长，物方深度分辨率越高；当主物镜的焦距为定值时，F数越小，物方深度分辨率越高；通光孔径越大，物方深度分辨率越高；工作物距越小，物方深度分辨率越高；像元尺寸越小，物方深度分辨率越
高；亚像素识别能力越高，物方深度分辨率越高。
[0008]进一步地，物方深度分辨率δ(x)的计算方法为：
[0009][0010]其中，k(x)为微透镜阵列的镜距系数，v(x)为中间像面的虚深度，N＝B/d，B为微透镜阵列与探测器之间的距离，d为微透镜阵列中各微透镜的通光孔径，a
L
(x)为聚焦型全光相机的工作物距，f
L
为主物镜的焦距，M为聚焦型全光相机的亚像素识别能力，Δx为设定偏差，x表示成像偏移，且成像偏移的定义为：对于中间像面上的任意一个像点y(x)，获取该像点y(x)经过任意一个微透镜后在探测器上成像的像点位置，然后将该像点位置与当前被选中的微透镜的光轴中心在探测器上的投影点之间的距离作为成像偏移。
[0011]进一步地，物方深度分辨率与镜距系数、虚深度之间的相互制约关系为：
[0012][0013]其中，t(x)为虚深度v(x)与镜距系数k(x)之间的作用函数，且有v(x)＝(t)x(k)；
[0014]物方深度分辨率与主物镜的通光孔径D之间的相互制约关系为：
[0015][0016]其中，f
L
＝ND；
[0017]物方深度分辨率与工作物距之间的相互制约关系为：
[0018][0019]其中，δ
R
(x)为物方深度分辨率δ(x)与工作物距a
L
(x)的比值形成的相对分辨率。
[0020]进一步地，微透镜阵列与探测器之间的距离B满足如下关系：
[0021]B≈F#
L
(1
‑
B/a)d
[0022]其中，F#
L
为主物镜的F数，a为中间像与微透镜阵列之间的距离，d为微透镜阵列中各微透镜的通光孔径。
[0023]进一步地，所述聚焦型全光相机为开普勒结构的聚焦型全光相机；
[0024]其中，微透镜阵列中的各类微透镜的焦距为：
[0025][0026]其中，f
i
为微透镜阵列中的第i类微透镜的焦距，B为微透镜阵列与探测器之间的距离，d为微透镜阵列中各微透镜的通光孔径，p为可分辨光斑尺寸；
[0027]微透镜阵列中的各类微透镜的近景深为：
[0028][0029]微透镜阵列中的各类微透镜的远景深为：
[0030][0031]开普勒结构的聚焦型全光相机的近景深a
Lmin
为：
[0032][0033]其中，K为微透镜阵列中微透镜的焦距种类数；
[0034]开普勒结构的聚焦型全光相机的远景深a
Lmax
为：
[0035][0036]其中，
[0037]进一步地，所述聚焦型全光相机为伽利略结构的聚焦型全光相机；
[0038]其中，微透镜阵列中的各类微透镜的焦距为：
[0039][0040]其中，f
i
为微透镜阵列中的第i类微透镜的焦距，B为微透镜阵列与探测器之间的距离，d为微透镜阵列中各微透镜的通光孔径，p为可分辨光斑尺寸；
[0041]微透镜阵列中的各类微透镜的近景深为：
[0042][0043]微透镜阵列中的各类微透镜的远景深为：
[0044][0045]伽利略结构的聚焦型全光相机的近景深a
Lmin
为：
[0046][0047]其中，K为微透镜阵列中微透镜的焦距种类数；
[0048]伽利略结构的聚焦型全光相机的远景深为a
Lmax
：
[0049][0050]其中，
[0051]有益效果：
[0052]1、本专利技术提供一种基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法，在传统聚焦型全光相机的设计方法基础之上，结合光学系统参数和算法的亚像素识别能力，根据双目立体视觉建立基于多焦距微透镜阵列的全光相机参数设计分析模型，并通过分析各参数之间的制约关系对模型进行简化，从理论上为基于多焦距微透镜阵列的全光相机系统的设计提供指导，使整个聚焦型全光相机设计时实现光学系统与设计算法的权衡，并达到最佳的成像效果。
[0053]2、本专利技术提供一种基于多焦距本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法，所述聚焦型全光相机包括主物镜、微透镜阵列以及探测器，其特征在于，基于双目立体视觉匹配原理获取聚焦型全光相机的物方深度分辨率与系统参数之间的相互制约关系，且所述系统参数包括微透镜阵列的镜距系数、主物镜的焦距、主物镜的通光孔径、探测器的像元尺寸以及聚焦型全光相机的F数、工作物距、亚像素识别能力、中间像面的虚深度；其中，当虚深度为定值时，镜距系数越大，物方深度分辨率越高；当镜距系数为定值时，虚深度越小，物方深度分辨率越高；当F数为定值时，主物镜的焦距越长，物方深度分辨率越高；当主物镜的焦距为定值时，F数越小，物方深度分辨率越高；通光孔径越大，物方深度分辨率越高；工作物距越小，物方深度分辨率越高；像元尺寸越小，物方深度分辨率越高；亚像素识别能力越高，物方深度分辨率越高。2.如权利要求1所述的一种基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法，其特征在于，物方深度分辨率δ(x)的计算方法为：其中，k(x)为微透镜阵列的镜距系数，v(x)为中间像面的虚深度，N＝B/d，B为微透镜阵列与探测器之间的距离，d为微透镜阵列中各微透镜的通光孔径，a
L
(x)为聚焦型全光相机的工作物距，f
L
为主物镜的焦距，M为聚焦型全光相机的亚像素识别能力，Δx为设定偏差，x表示成像偏移，且成像偏移的定义为：对于中间像面上的任意一个像点y(x)，获取该像点y(x)经过任意一个微透镜后在探测器上成像的像点位置，然后将该像点位置与当前被选中的微透镜的光轴中心在探测器上的投影点之间的距离作为成像偏移。3.如权利要求2所述的一种基于多焦距微透镜阵列的聚焦型全光相机参数设计方法，其特征在于，物方深度分辨率与镜距系数、虚深度之间的相互制约关系为：其中，t(x)为虚深度v(x)与镜距系数k(x)之间的作用函数，且有v(x)＝t(x)k(x)；物方深度分辨率与主物镜的通光孔径D之间的相互制约关系为：其中，f
L
＝ND；物方深度分辨率与工作物距之间的相互制约关系为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：常军，穆郁，黄翼，谢冰清，陈蔚霖，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：