一种全焦距无像差图像摄取方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种全焦距无像差图像摄取方法及系统，利用该方法和系统依据线性空变的条件和成像原理，通过摄像装置的镜头获取被摄图像的模糊图像数据后，通过图像分区按物距划分出单一物距的非交融单一物距区域，混合多个物距的交融区域，并对非交融单一物距区域、交融区域带进行全焦距无像差重建、校正，并叠加到一个平面，得到全视野的清晰数字图像，并可得到视野内各点的物距。通过本发明专利技术，应用实现全焦距无像差拍摄，使被拍摄的图像理论上的清晰程度达到和在光学系统聚焦平面图像的清晰程度完全一致的水平，整个图像提供全视野，全焦距的无像差清晰图像，获得最大的信息量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过聚焦特性而实现影像摄取
(如光学，红 外成像等)，尤其涉及一种实现全焦距无像差图像摄取方法及系统。
技术介绍
在现代社会的各个方面，非相干光照相都有着广泛的应用。图像 (照片，录像等)作为 一种重要的现代信息载体是这个时代最重要的 社会要素之一，其基本功能就是以图像的形式记录信息。传统的相机 由于其原理的限制，使得光学成像在景深范围内是清晰的，而对景深 之外的图像信息就失真降质了。图像的清晰度就意味着图像承载的信 息量的多少，具有足够信息量的图像，也就是清晰精确的图像一直是 各个领域的影像专业追求的目标。在很多和光学有相似成像原理的领域，如红外成像等，也有类似 的由于透镜的特性而无法全焦距聚焦的问题。图l所示为光学成像原理示意图，由图l可见，来自某一个平行 于镜头1平面的，透过聚焦照相镜头的光线总能f聚焦在镜头后的共轭平面4内。如果共轭平面和成像平面3重合，则图像会非常清晰， 否则(成像于聚焦平面之前或之后)图像会模糊， 一个点的物象会形 成一个光斑2，整个平面内的图像就是一幅模糊的图像。以上的失焦模糊和像差就是光学照相发展到今天一直都无法解 决的问题。
技术实现思路
为了解决失焦图像模糊和消除像差的问题，利用本专利技术提供一种 全焦距无像差图像摄取系统及方法，使照相视野内的所有图像都能像 在焦平面内的图像一样的清晰。为实现上述目的，本专利技术釆用如下技术方案 一种全焦距无像差图像摄取方法，包括步骤(a) 获取待处理的模糊图像，将其保存在数据存储装置中；(b) 将所述模糊图像进行图像分区，得到非交融单一物距区域和交融区域及与分别与其对应的物距；(c) 依据所述非交融单一物距区域的物距调用点分布函数或光学传递函数库中对应的点分布函数或光学传递函数，对所述非交融单 一物距区域进行重建和校正，得到所述非交融单一物距区域重建分布的清晰像素值；(d) 依据所述交融区域的物距调用所述点分布函数或光学传递函数库中对应的点分布函数或光学传递函数，对所述交融区域对进行重建和校正，得到交融区域重建分布的清晰像素值；(e) 将所述非交融单一物距区域和交融区域的清晰像素值进行叠加并校正，得到重建后的清晰图像数据；(f) 将所述重建后的清晰图像数据进行存储并输出显示。 其中，所述数据存储装置中存储有符合光学特性的点分布函数或光学传递函数库，所述点分布函数或光学传递函数库存储与物距对应 的点分布函数或光学传递函数，所述点分布函数或光学传递函数具有 与物空间坐标一一对应的特征分布，所述物空间坐标包括物距，所述 特征分布包括弥散半径。其中，所述镜头或镜头组包括具有特定透过率分布介质的透镜或 透镜组，包括具有多焦点透镜或透镜组。其中，在步骤(a)中，获取待处理的模糊图像为之前获取的后处理图像，或为通过摄像装置的镜头或镜头组获取被摄场景的原始光 信号在图像传感器上成像时将所述原始光信号转换为电信号，对所述 电信号处理得到获取待处理的模糊图像。其中，在步骤(d)中，利用所述点分布函数或光学传递函数对所述非交融单一物距区域图像进行重建和校正方法为，利用该区域模 糊图像的分布像素值在空域为来自某一物距平面的理想图像中的分 布像素值与对应的点分布函数的卷积关系，在频域为来自某一物距平 面的理想图像频谱与对应的光学传递函数的乘积关系，得到对应所述 非交融单一物距区域中重建分布的清晰像素值。其中，在步骤(e)中，对所述交融区域对进行重建和校正的方 法为依据为，利用所述交融区域的模糊图像分布像素值在空域为对应 不同物距平面的理想图像中的分布像素值与对应的点分布函数卷积 后的叠加的关系，在频域为对应不同物距平面的理想图像频谱与对应 的光学传递函数的乘积后的叠加的关系，得到所述交融区域中对应的 重建分布的清晰像素值。其中，在步骤(C)中，对所述模糊图像数据进行图像分区利用下述方法中的任一种或组合(c-l)测距法利用测距硬件辅助工具,对所述模糊图像数据视 场内的光源的每一点或主要点进行测距，由所得物距确定所述非交融 单一物距区域的边界从而推算出非交融单一物距区域及交融区域；(c-2)色差特性分区法利用同源异色传输存在位置差，通过 所述模糊图像数据不同物距的不同颜色图像间的位置差来判别物距， 由所述物距确定所述非交融单一物距区域和交融区域，其中所述位置 差通过所述模糊图像数据不同色位置突变的边界差判定；(c-3)频谱过零点分区法将所述模糊图像数据转换到频域得 到频谱，依据所述频谱的过零点间距得到点分布函数或光学传递函数 的特征值，依据所述点分布函数或光学传递函数库求出与点分布函数 或光学传递函数对应的物距，确定非交融单一物距区域和交融区域；(c-4 )利用小波分析法确定所述模糊图像数据属于同 一频谱特 征的区域，确定所述非交融单一物距区域和交融区域；(c-5)拟和求解分区法对所述点分布函数或光学传递函数的特征量进行假设后进行图像重建，根据重建后再模糊图像的误差进行 判断所述特征量的选择正确性并重新选择，直至找到满足系统要求的 误差，判断得出正确的特征量及其对应的物距，确定所述非交融单一物距区域和交融区域；(c-6)人工分区法对所述模糊图像数据利用视觉进行划分区 域，确定所述非交融单一物距区域和交融区域；其中，在步骤(d)中，非交融单一物距区域图像重建的方法为 下述任一种或其组合(d-l)频域逆滤波图像重建方法及校正在频域通过逆滤波对 非交融单一物距区域的图像进行重建和校正；(d-2)非线性图像重建法及校正在空域中应用非线性的迭代 算法，对非交融单一物距区域的图像进行重建和校正；(d-3)反卷积法图像重建及校正在空域应用反卷积的算法对 非交融单一物距区域和交融区域进行图像重建和校正；(d-4)拟合求解法重建及校正对点分布函数或光学传递函数 的特征值进行假设后进行图像恢复求解，根据求解的后的误差进行判 断特征值的选择正确性并重新选择，直至找到满足系统要求的误差， 判断得出正确的点分布函数或光学传递函数及其对应的物距，并完成 图像重建和校正；(d-5)用小波分析的方法进行图像重建和校正通过对模糊图 像的各频段小波分析，结合点分布函数或光学传递函数库分频段对图 像进行处理，结合能量守恒的关系，搬移频谱各段的能量，得到重建 的图像；(d-6)递推迭代法进行图像重建及校正根据边缘数据或者已 求出的数据，通过模糊图像和清晰图像的映射数学关系，用迭代递推 的方式求解出相邻的像素值，得到重建的图像。(d-7)对于后处理图像的人工参与重建及校正对于后处理图像，对分区后的模糊图像进行弥散特征值判断，根据(d-4)的方法 进行图像非交融单一物距区域的重建，并根据经验参数对该区域的图 像进行校正。其中，在步骤(e)中交融区域图像重建及校正的方法为下述任一种或其组合(e-l)边缘递推法重建交融区域图像重建及校正根据分区求 出的来自周边非交融单一物距区域的各个传递函数和重建的图像数 据，通过交融区域模糊图像和清晰图像的空域卷积和频域乘积的数学 关系，用迭代递推的方式求解出相邻的像素值，得到交融区域的重建 后的清晰图像数据。(e-2)小波分析复原法重建及校正通过对模糊图像的各频段 小波分析，结合点分布函数或光学传递函数库分频段对图像进行处 理，结合能量守恒的关系，搬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全焦距无像差图像摄取方法，其特征在于，包括步骤：（ａ）获取待处理的模糊图像，将其保存在数据存储装置中；（ｂ）将所述模糊图像进行图像分区，得到非交融单一物距区域和交融区域及与分别与其对应的物距；（ｃ）依据所述非交融单一物距区域的物距调用点分布函数或光学传递函数库中对应的点分布函数或光学传递函数，对所述非交融单一物距区域进行重建和校正，得到所述非交融单一物距区域重建分布的清晰像素值；（ｄ）依据所述交融区域的物距调用所述点分布函数或光学传递函数库中对应的点分布函数或光学传递函数，对所述交融区域对进行重建和校正，得到交融区域重建分布的清晰像素值；（ｅ）将所述非交融单一物距区域和交融区域的清晰像素值进行叠加并校正，得到重建后的清晰图像数据；（ｆ）将所述重建后的清晰图像数据进行存储并输出显示。

【技术特征摘要】
1、一种全焦距无像差图像摄取方法，其特征在于，包括步骤(a)获取待处理的模糊图像，将其保存在数据存储装置中；(b)将所述模糊图像进行图像分区，得到非交融单一物距区域和交融区域及与分别与其对应的物距；(c)依据所述非交融单一物距区域的物距调用点分布函数或光学传递函数库中对应的点分布函数或光学传递函数，对所述非交融单一物距区域进行重建和校正，得到所述非交融单一物距区域重建分布的清晰像素值；(d)依据所述交融区域的物距调用所述点分布函数或光学传递函数库中对应的点分布函数或光学传递函数，对所述交融区域对进行重建和校正，得到交融区域重建分布的清晰像素值；(e)将所述非交融单一物距区域和交融区域的清晰像素值进行叠加并校正，得到重建后的清晰图像数据；(f)将所述重建后的清晰图像数据进行存储并输出显示。2、 如权利要求l所述的全焦距无像差图像摄取方法，其特征在于，所述数据存储装置中存储有符合光学特性的点分布函数或光学传递 函数库，所述点分布函数或光学传递函数库存储与物距对应的点分布 函数或光学传递函数，所述点分布函数或光学传递函数具有与物空间 坐标一一对应的特征分布，所述物空间坐标包括物距，所述特征分布 包括弥散半径。 '3 、如权利要求1所述的全焦距无像差图像摄取方法，其特征在于，所述镜头或镜头组包括具有特定透过率分布介质的透镜或透镜组，包 括具有多焦点透镜或透镜组。4、如权利要求1或2所述的全焦距无像差图像摄取方法，其特征 在于，在步骤(a)中，获取待处理的模糊图像为之前获取的后处理 图像，或为通过摄像装置的镜头或镜头组获取被摄场景的原始光信号在图像传感器上成像时将所述原始光信号转换为电信号，对所述电信 号处理得到获取待处理的模糊图像。5、 如权利要求1或2所述的全焦距无像差图像摄取方法，其特征 在于，在步骤(d)中，利用所述点分布函数或光学传递函数对所述 非交融单一物距区域图像进行重建和校正方法为，利用该区域模糊图 像的分布像素值在空域为来自某一物距平面的理想图像中的分布像 素值与对应的点分布函数的卷积关系，在频域为来自某一物距平面的 理想图像频谱与对应的光学传递函数的乘积关系，得到对应所述非交 融单一物距区域中重建分布的清晰像素值。6、 如权利要求1或2所述的全焦距无像差图像摄取方法，其特征 在于，在步骤(e)中，对所述交融区域对进行重建和校正的方法为 依据为，利用所述交融区域的模糊图像分布像素值在空域为对应不同 物距平面的理想图像中的分布像素值与对应的点分布函数巻积后的 叠加的关系，在频域为对应不同物距平面的理想图像频谱与对应的光 学传递函数的乘积后的叠加的关系，得到所述交融区域中对应的重建 分布的清晰像素值。7、 如权利要求4所述的全焦距无像差图像摄取方法，其特征在于，在步骤(c)中，对所述模糊图像数据进行图像分区利用下述方法中 的任一种或组合(c-l)测距法利用测距硬件辅助工具,对所述模糊图像数据视 场内的光源的每一点或主要点进行测距，由所得物距确定所述非交融 单一物距区域的边界从而推算出非交融单一物距区域及交融区域；(c-2)色差特性分区法利用同源异色传输存在位置差，通过 所述模糊图像数据不同物距的不同颜色图像间的位置差来判别物距， 由所述物距确定所述非交融单一物距区域和交融区域，其中所述位置 差通过所述模糊图像数据不同色位置突变的边界差判定；(c-3)频谱过零点分区法将所述模糊图像数据转换到频域得到频谱，依据所述频谱的过零点间距得到点分布函数或光学传递函数 的特征值，依据所述点分布函数或光学传递函数库求出与点分布函数 或光学传递函数对应的物距，确定非交融单一物距区域和交融区域； (C-4)利用小波分析法确定所述模糊图像数据属于同一频谱特征的区域，确定所述非交融单一物距区域和交融区域；(c-5)拟和求解分区法对所述点分布函数或光学传递函数的特征量进行假设后进行图像重建，根据重建后再模糊图像的误差进行 判断所述特征量的选择正确性并重新选择，直至找到满足系统要求的 误差，判断得出正确的特征量及其对应的物距，确定所述非交融单一物距区域和交融区域；(c-6)人工分区法对所述模糊图像数据利用视觉进行划分区 域，确定所述非交融单一物距区域和交融区域；。8 、如权利要求4所述的全焦距无像差图像摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾伟，
申请(专利权)人：北京泰邦天地科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]