空分复用高分辨光场智能成像方法

本发明涉及光学成像，特别是涉及空分复用高分辨光场智能成像方法。

背景技术：

1、现有的光学成像系统受到两类像差的严重限制，无法实现宽视场、高分辨的成像：一是系统的光学像差，根据光学衍射理论，成像系统的空间带宽积决定了有效成像像素的上限，一般采用大口径光学镜片来提高系统空间带宽积。然而，大口径光学镜片加工难度大、工艺复杂，带来了严重的系统像差；二是环境像差，高速动态变化的大气湍流导致光线传播过程中光程大幅改变，引起光线的散射，带来了严重的环境像差。

2、针对以上两种像差，现有成像系统一般采用自适应光学技术来解决。自适应光学通过波前传感来检测动态变化的波前误差，并通过可变形镜或者空间光调制器来进行矫正。然而，由于大气湍流像差空间不均匀的特性，这种方法的有效视场被局限在了一个很小的范围内，无法实现全视场的高分辨成像。此外，这种方法所需系统结构复杂，价格高昂，难以实现大规模的应用。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明提出了一种空分复用高分辨光场智能成像方法，通过在前端同时成像多张具有像素级偏移的4d光场图像，并在后端进行基于多图超分辨的逐视角合成和基于数字自适应光学的非相干孔径合成，最终实现在全视场范围内的像差矫正，获得接近光学衍射极限分辨率的成像结果。

3、本发明的另一个目的在于提出一种空分复用高分辨光场智能成像系统。

4、为达上述目的，本发明一方面提出一种空分复用高分辨光场智能成像方法，包括：

5、获取光场分光后的子光路信息；

6、对所述子光路信息进行成像以得到低空间分辨率4d光场图像；

7、对属于光场每个角度的所述低空间分辨率4d光场图像中的低分辨率2d图像进行插值操作以根据插值结果得到高分辨率4d光场图像；

8、根据基于所述高分辨率4d光场图像得到的分块光场图像估计分块点扩散函数，并通过基于所述分块点扩散函数和所述分块光场图像的局部的非相干孔径合成结果得到全局的宽视场高分辨成像结果。

9、本发明实施例的空分复用高分辨光场智能成像方法还可以具有以下附加技术特征：

10、在本发明的一个实施例中，对属于光场每个角度的所述低空间分辨率4d光场图像中的低分辨率2d图像进行插值操作以根据插值结果得到高分辨率4d光场图像，包括：

11、从所述低空间分辨率4d光场图像中抽取出属于光场一个角度下的低分辨率2d图像；

12、将所述低分辨率2d图像按照像素点原来的空间位置在同一平面上进行排列得到图像排列结果；

13、利用双三次插值得到所述图像排列结果中图像的每个待插值点的像素值，以得高分辨率2d图像，并基于光场所有角度下的所述高分辨率2d图像得到高分辨率4d光场图像。

14、在本发明的一个实施例中，根据基于所述高分辨率4d光场图像得到的分块光场图像估计分块点扩散函数，包括：

15、将所述高分辨率4d光场图像分别进行全局像差估计和分块，以对应得到初始全局像差和分块光场图像；

16、基于所述初始全局像差和分块光场图像进行局部像差估计得到分块局部像差，以得到分块点扩散函数。

17、在本发明的一个实施例中，通过基于所述分块点扩散函数和所述分块光场图像的局部的非相干孔径合成结果得到全局的宽视场高分辨成像结果，包括：

18、对所述分块点扩散函数和所述分块光场图像进行局部的非相干孔径合成以得到分块2d图像；

19、对所述分块2d图像进行拼接得到全局的宽视场高分辨成像结果；其中，所述宽视场高分辨成像结果，包括宽视场高分辨的2d图像。

20、为达上述目的，本发明另一方面提出一种空分复用高分辨光场智能成像系统，包括：

21、分光模块，用于输出光场分光后的子光路信息；

22、编码微透镜阵列像感器，用于对所述子光路信息进行成像以得到低空间分辨率4d光场图像；

23、逐视角合成模块，用于对属于光场每个角度的所述低空间分辨率4d光场图像中的低分辨率2d图像进行插值操作以根据插值结果得到高分辨率4d光场图像；

24、自适应的孔径合成模块，用于根据基于所述高分辨率4d光场图像得到的分块光场图像估计分块点扩散函数，并通过基于所述分块点扩散函数和所述分块光场图像的局部的非相干孔径合成结果得到全局的宽视场高分辨成像结果。

25、本发明实施例的空分复用高分辨光场智能成像方法与系统，利用不同低分辨率光场图像对于同一场景的不同空间采样来合成高分辨率光场图像，基于高分辨光场图像的多视角关联性来估计像差波前，并最终通过包含像差矫正的非相干孔径合成技术来实现宽视场高分辨成像。

26、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种空分复用高分辨光场智能成像方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对属于光场每个角度的所述低空间分辨率4d光场图像中的低分辨率2d图像进行插值操作以根据插值结果得到高分辨率4d光场图像，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据基于所述高分辨率4d光场图像得到的分块光场图像估计分块点扩散函数，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过基于所述分块点扩散函数和所述分块光场图像的局部的非相干孔径合成结果得到全局的宽视场高分辨成像结果，包括：

5.一种空分复用高分辨光场智能成像系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述编码微透镜阵列像感器，包括周期性编码掩膜、微透镜阵列和cmos传感器阵列；其中，所述周期性编码掩膜紧贴所述微透镜阵列，并一同放置在成像系统的像平面上，所述cmos传感器阵列放置在所述微透镜阵列的后方焦平面上；

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述逐视角合成模块，用于：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述自适应的孔径合成模块，还用于：

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述自适应的孔径合成模块，还用于：

技术总结本发明公开了空分复用高分辨光场智能成像方法，该方法，包括获取光场分光后的子光路信息；对子光路信息进行成像以得到低空间分辨率4D光场图像；对属于光场每个角度的低空间分辨率4D光场图像中的低分辨率2D图像进行插值操作以根据插值结果得到高分辨率4D光场图像；根据基于高分辨率4D光场图像得到的分块光场图像估计分块点扩散函数，并通过基于分块点扩散函数和分块光场图像的局部的非相干孔径合成结果得到全局的宽视场高分辨成像结果。本发明可以实现在全视场范围内的像差矫正，获得接近光学衍射极限分辨率的成像结果。技术研发人员：方璐,戴琼海,吴嘉敏,唐若凡,郭钰铎受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13