基于衍射模糊的单视觉全局深度信息获取方法
【专利摘要】一种基于衍射模糊的单视觉全局深度信息获取方法，属于图像处理【技术领域】。同一台摄像机，在焦距、像距、数值孔径、成像波长以及模糊圆半径与模糊度之间的比例系数固定时，采集第一幅图像；在上述条件不变的情况下，再改变摄像机和物体之间的距离，距离变化的大小为Δs，采集第二幅图像；建立衍射模糊模型，用来描述景物深度与图像模糊程度之间的关系；利用衍射模糊模型和两幅模糊图像，确定第二幅图像的全局深度信息；根据得到的全局深度信息，建立第二幅图像的3D图像。本发明把衍射机理融入了传统的几何光学凸透镜模糊成像中，建立了衍射模糊与景物3D深度之间的数学模型，提高了基于传统几何光学的离焦景物深度获取方法的精度。
【专利说明】基于衍射模糊的单视觉全局深度信息获取方法
【技术领域】
[0001]本发明属于图像处理【技术领域】，特别涉及一种基于衍射模糊的单视觉全局深度信息获取方法。
【背景技术】
[0002]由于光学观测具有实时、无损、对环境适应性强等优势，使用二维光学图像重建景物三维深度信息的技术是高精度观测领域研究的热点和前沿问题之一，再在微电子、半导体、新材料、能源、生物医药、精密制造等领域具有广泛的应用前景。典型的三维视觉观测方法主要有聚焦深度获取方法和离焦深度获取方法，前者是运用分层聚焦成像机理来获取景物图像的深度信息，实现三维景物重建。后者是利用离焦测度机理来获取景物图像深度信息，进而实现三维景物重建。相比较而言，基于离焦测度机理的三维显微视觉方法具有采样图像少、计算量小、分辨率高、适应性强等特点，因而对实现基于图像信息的高精度三维观测更具有实际意义。
[0003]离焦深度获取是一种利用景深有限的区域图像的模糊程度来恢复深度信息的方法。传统的离焦深度获取方法采集两幅模糊图像时，需要安放两台摄像机，或者改变摄像机参数。但是，在微纳米观测中，观测空间非常有限，只能安放一台摄像机；而且，由于微纳米操作中使用的是具有高放大倍数的相机，任何摄像机参数的改变都会损坏相机的成像模型。所以，传统的离焦深度获取方法在宏观领域的应用较多，很难在微纳米观测中得到应用。最新的离焦深度恢复获取方法使用一台固定摄像机参数的摄像机采集的两幅模糊图像进行深度获取，并尝试在微纳米观测中使用。然而，图像模糊化主要由两个因素引起:一是视距的变化；二是小尺度的光衍射。当观测条件固定时，图像的模糊化程度是由视距和光衍射变化共同作用的结果。但是，至今为止，在模糊成像过程中，并没有一种光学衍射和图像模糊程度之间的准确数学模型。而且，上述离焦深度获取方法在获取景物深度信息时假设成像过程不存在光学衍射，图像的模糊现象仅仅由景物的深度变化引起的，这必然会带来深度获取的误差。尤其是在微纳米观测中，使用的光学显微镜放大倍数较高，光学衍射现象更加明显，由光学衍射造成的图像模糊不容忽视。因此，研究光学衍射引起的图像模糊测度及建模方法医并基于模糊图像重建微纳米尺度景物深度信息，对于促进微纳米观测技术和相关领域科技的发展具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于衍射模糊的单视觉全局深度信息获取方法，以达到提高传统离焦深度获取方法精度的目的。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:一种基于衍射模糊的单视觉全局深度信息获取方法，包括以下步骤:
[0006]步骤1:同一台摄像机，在焦距、像距、数值孔径、成像波长以及模糊圆半径与模糊度之间的比例系数固定时，采集第一幅图像；在上述条件不变的情况下，再改变摄像机和物体之间的距离，距离变化的大小为A s，采集第二幅图像；
[0007]步骤2:建立衍射模糊模型，用来描述景物深度与图像模糊程度之间的关系；
[0008]步骤2.1:根据菲涅耳衍射原理，建立摄像机成像面上任意点的亮度分布与景物深度之间的关系，公式为:
【权利要求】
1.一种基于衍射模糊的单视觉全局深度信息获取方法，其特征在于:包括以下步骤:步骤1:同一台摄像机，在焦距、像距、数值孔径、成像波长以及模糊圆半径与模糊度之间的比例系数固定时，采集第一幅图像；在上述条件不变的情况下，再改变摄像机和物体之间的距离，距离变化的大小为A s，采集第二幅图像； 步骤2:建立衍射模糊模型，用来描述景物深度与图像模糊程度之间的关系； 步骤2.1:根据菲涅耳衍射原理，建立摄像机成像面上任意点的亮度分布与景物深度之间的关系，公式为:
【文档编号】G06T7/00GK103793909SQ201410028369
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】魏阳杰 申请人:东北大学