本发明专利技术公开了一种基于编码孔径的折反射全聚焦成像方法与装置。该全景成像装置包括光学系统和成像设备，其中光学系统由折反射镜面构成，而成像设备由传统折反射全景图像采集装置加上一个特殊设计过的孔径（编码孔径）构成。本发明专利技术设计是融合了编码孔径技术的光学系统，针对传统折反射摄像机由于曲面成像造成采集到图像散焦模糊的缺点，利用编码孔径技术改造升级传统的折反射成像系统，并提出了折反射散焦图像复原得到全清晰图像的方法。该设计旨在提供一个比传统折反射采集装置成像效果更好，更适用于超高分辨率的视频监控系统。
【技术实现步骤摘要】
：本专利技术主要涉及到光学成像及数字图像处理领域，特指一套应用了编码孔径技术的折反射全向成像装置，以及在此基础上消除折反射所造成的散焦模糊得到全聚焦全向图像的构建方法。
技术介绍
：现在市场上的监控摄像机产品主要是“枪机(即固定安装的摄像机)”和“球机(即带旋转云台的摄像机)”。这种普通摄像机由于视场范围小，只能监控角度较小的空间范围，存在监控盲区和监控死角。在很多例如收费站、码头、银行这样的重要场所，若要求对360度范围内持续的监视目标，则需要安装多个这种普通摄像机。近年来，随着视频监控技术的发展，实现360度总体范围的宏观拍摄功能的监控设备有着越来越迫切的需求。折反射全向成像技术利用曲面反射镜，将来自成像系统周围360度范围的入射光线经反射作用后，进入常规的光学成像系统，生成包含空间360度全方位场景信息的环状全向图（图1），对全向图进行展开可生成适合于人眼直接观察的柱面全景图像（图2）。凭借360度全方位视野、一次性无缝全景成像、系统设计灵活等优点，近年来各种特定结构的折反射全向成像系统陆续地被设计出来，并应用于全向智能视频监控、战场环境全向智能感知以及机器人全向视觉等诸多领域。 然而，由于360度折反射成像系统由于其曲面反射的成像特点，获得的全向图像会不可避免的产生散焦模糊问题。特别是随着近年来图像传感器分辨率的不断提高，这个问题也变得愈加突出，成为超高清折反射成像系统发展的主要瓶颈（图3）。
技术实现思路
：本专利技术提出基于编码孔径的折反射全聚焦成像方法与装置。所指装置是指采用了特殊孔径形状（图4）的折反射成像装置（图5）。所指方法是指通过这套装置采集的图像去散焦算法构建出全聚焦全向图像的方法。本专利技术要解决的技术问题是：折反射因为曲面反射的光学结构造成其全向成像散焦模糊问题。随着近年来感光芯片采集图像分辨率的提高，该问题日益凸显，严重影响了全景图像的成像质量。 为解决上述技术问题，本专利技术利用编码孔径技术（什么样的编码孔径技术）去除折反射全向成像散焦模糊得到全聚焦的全向图像。由于折反射系统是通过曲面镜反射成像，其成像模型已不同于小孔模型，还需要集成考虑反射曲面方程和光线反射性质。由于成像模型不同，导致普通成像设备基于编码孔径消除虚 焦模糊的处理方法和算法不能直接应用到折反射成像系统中。同样是成像模糊问题，普通成像设备和折反射成像设备造成图像模糊的原因却是不一样，本专利技术提出一个编码孔径技术方案来专门处理折反射全景图像的散焦模糊问题。 具体
技术实现思路
包括： (1)对普通折反射成像系统的改造 通过折反射编码孔径设计方案，按照这个方案对传统的折反射成像装置进行改造升级。具体的，按照设计方案做一个遮光板，植入到相机镜头的孔径之中（图4）。 (2)去除散焦模糊算法 折反射成像系统采集到通过编码孔径的“编码图像”之后，通过分析折反射系统中入射光线和图像模糊的关系，建立全向图像散焦数学模型。然后利用这个模型估计出图像中各个位置的模糊程度，最后反卷积得到全聚焦的清晰全向图像。 本专利技术所述基于编码孔径的折反射全景成像装置针对性强，是对传统折反射成像系统的改进。通过全景散焦模糊图像的复原方法得到全聚焦图像效果好。同时，本专利技术装置结构简单，图像复原运算量小，易于实现及推广。 附图说明：图1是本专利技术所述折反射全向成像装置、成像过程及全向图; 图2是本专利技术所述折反射全向图的柱面全景展开; 图3是本专利技术所述折反射系统散焦问题示意图。左图为折反射系统采集到的全向图（750万像素），右图为局部图像(左图方框区域)。 图4是本专利技术所述普通孔径（左）简单改造成编码孔径（右）示意图； 图5是本专利技术所述基于编码孔径的折反射全景成像装置； 图6是本专利技术所述折反射成像系统散焦模糊光学原理示意图； 图7是本专利技术所述编码孔径技术图像复原效果图； 具体实施方式：以下将结合实例和附图对本专利技术做进一步详细说明。 折反射成像装置上： 如图5所示，本实施例提供一种基于编码孔径的折反射全景成像装置，包括起装配固定作用的底盘（5）， 抛物曲面反射镜（2），支架（1），固定在最下方底盘上的成像设备（3,4）。其中成像设备的孔径部分应用了编码孔径技术进行了特殊的设计。 在图像处理的算法上： 首先针对折反射全景系统的虚焦原理，建立散焦模糊数学模型是本专利技术的最重要基础。本专利技术采取的技术方案是利用编码孔径技术做全向图像的散焦复原，后续的图像处理需要一个简要概括的散焦数学函数。它既要把造成散焦的所有要素包括进来，又要能够准确的表述全向图像散焦的内因和相互联系，最重要的，由于编码孔径的图像复原算法需要在不同的卷积尺度下进行比较计算，全向图像处理的卷积核的表达方式也需要通过这个模型来体现。所以，为全聚焦图像的复原方法提供一个“特殊定制”的散焦数学模型是本专利技术研究的基石。通过分析折反射散焦原理（图6）。由于折反射中散焦是由于虚像和像平面之间的距离产生的，所以我们分析虚像位置就可以得到其模糊程度，通过推到虚像的“深度”可表示为： Sd＝(dc+m0p0)sinμ (1) 有了“深度”，这里可以得到折反射全向成像散焦模型： Y＝X*FS+η （2） 其中，Y是得到的模糊图像，X是全聚焦的清晰图像，FS是由卷积核形状F和卷积尺度S构成的卷积矩阵，卷积尺度S和“物点”深度Sd是一一对应的，η为图像的噪声。有了这个散焦模型之后，就可以根据后面编码孔径的设计形式F，建立一套在这种设计形式下的各个卷积尺度S的模糊标准，本专利称为卷积核尺度标准。有了这个标准就可以分析模糊图像的模糊程度，找到相匹配的卷积尺度进行反卷积做图像复原。 假设自然图像X的梯度值符合高斯分布，则清晰图像的概率模型可以表示为： P(X)∝N(0，σ) (3) 即: P(X)∝e-12XTσ-1X---(4)]]>其中: σ-1＝λdiag(|Gx(v，w)|2+|Gy(v，w)|2) (5) GX(v,w)，GY(v,w)表示在X，Y方向上的梯度。v，w是频域坐标。简单推导可知，其模糊图像Y也符合高斯分布： PS(Y)∝N(0，∑S) (6) 通过之前的散焦数学模型可知： ΣS=CFsσCFsT+η2I---(7)]]>其中，CFS是在编码孔径F形式下S尺度的卷积核。那么，在尺度S下得到模糊图像的概率可以表示为： PS(Y)∝exp(-12Σv,w|Y(v,w)|2/diagΣ(v,w))---(8)]]>其中： diag∑(v，w)＝|F本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于编码孔径的折反射全聚焦成像方法，其特征在于：利用编码孔径技术改造和升级传统的折反射成像装置，并提出一种通过这种装置实现折反射散焦图像复原得到全聚焦图像的方法。
【技术特征摘要】
1.一种基于编码孔径的折反射全聚焦成像方法，其特征在于：利用编码孔径技术改造和升级传统的
折反射成像装置，并提出一种通过这种装置实现折反射散焦图像复原得到全聚焦图像的方法。
2.根据权利要求1所述折反射全聚焦成像装置，其特征在于，所述的传统的折反射成像装置包括光学
系统和成像设备，其中光学系统由折反射镜面构成，成像设备折反射全景图像采集装置构成。
3.根据权利要求1所述基于编码孔径的折反射全聚焦成像方法，其特征在于：所述的编码孔径技...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘煜，谭树人，王炜，熊志辉，张茂军，徐玮，包卫东，彭杨，李永乐，左承林，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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