专利名称：Method and camera for the real-time acquisition of visual information from ...的制作方法
技术领域：
光学。图像处理。
背景技术：
本发明涉及两种需要完成与图像质量至关重要(例如诊断)的任何光学问题相 关的波前的复振幅的三维测量的需要，以及在从几微米到几千米的大范围体积中获取足够 可靠和精确的深度图的需要，本发明还涉及针对3D电视、3D电影、医疗等三维信息的实时产生。现有技术用于如今具有大直径的望远镜(GRANTECAN，Keck，…)和将来的巨型望远镜(直 径为50或100米)的自适应光学关注于使用一种被称为多共轭光学的层析X射线照相术 来测量大气层相位的三维分布。由于在天空中缺少足够数量的自然点源，因而在望远镜所 观察到的物体的视场中总是存在一个自然点源，从而使得不得不使用人造点源Na星(高 度为90km)为了校正影响来自天空中物体的光束的整个大气层，防止焦距非等晕，必须使用 这些人造星中的一些(至少5个)。为了被产生，每个人造星都需要非常高分辨率的高功 率的脉冲激光，其转换成昂贵的技术。此外，在花费了如此高成本后，多共轭光学器件只能 测量与至多三个水平湍流层相关的大气层相位(使用三个同时测量相位传感器)，也就是 说，它扫描影响图像的三维圆柱中的很小一部分。此外，还需利用这种复杂计算恢复相位的 估计，该复杂计算使得在大气层稳定期间，在可视范围内(IOms)光束的自适应校正极其复
ο然而，本发明的背景没有专门地关注于天体物理学领域。在光学或眼科学领域，执行人眼层析X射线照相术的主要兴趣是，根据医学专家获取和具有的病人的视网膜基底的 清晰图像，以能够更容易的进行诊断。眼睛中的水状体、玻璃状液、以及晶状体表现得象使 视网膜能够获得的图像异常的装置一样。即使对于这种不需要像地球大气层一样频繁测量(每IOms)的情况，由于它是一 种稳定的畸变，因此需要足够的三维分辨率，以不仅获得视网膜基底的好的图像，而且还可 以检测可能的眼病变的空间位置。最后，在例如电视或电影图像等的其它领域，存在有关三维电视的挑战，其中一个 至关重要的问题是内容的实时产生，假定技术是如此的复杂和困难，以至于在产生可以在 现有3D显示器上显示的3D内容的过程中需要人为干预。在这种情况下，这里所提出的技 术在并行计算硬件(GPU和FPGA)上的优化实现可以产生实时的三维内容。在提及领域的现有技术中已知多种方法，其中小透镜已经被安置在会聚透镜的像 平面，产生用于图像参数测量的装置和方法，不过，它们没有使用所谓的组装来进行光学像 差的层析X射线照相测量，或获取场景中的距离。例如，Adelson and Wang ("Single lens stereo with a plenoptic camera (使用 全光照相机的单镜头立体视觉)”，IEEE Transactions on PatternAnalysis and Machine Intelligence, Vol. 14，No. 2，99-106，1992)使用装置结合一种完全不同于本发明的技术来
获得距离。作者 Ren Ng et al. ( "Light field photography with a hand-heIdplenoptic camera (使用手持式全光照相机的光场摄影术)”，StanfordTech Report CTSR 2005-02)在 像平面使用与小透镜相关的傅立叶切片(傅立叶Slice)技术，只为获得在很少立方公尺的 体积范围内的现场聚焦照片，其质量明显好于常规景深技术。在这种情况下，如果再三地申 请可覆盖所需体积的距离，所提出的技术允许计算焦距堆栈，涉及使得实时处理变得不可 能的计算要求。在本说明书的范围内，场景的焦点堆栈将被解释为图像体积，该图像体积由从同 一视角拍摄的、但是改变了焦距的一组传统摄影图片产生。关于信息提取过程，众所周知，可以通过将来自透镜的平面的每个点(U，V)、到达 传感器的每个点(X，y)的所有光线进行积分，从光场或四维全光函数f (U，ν, χ, y)获取摄 影图像。通过所述积分，全光捕获效应得以消除。换句话说，如果光线在被小透镜捕获时已 经被重定向到不同的空间位置，那么为了重现常规图像，必须进行重组，即对来自不同角度 值(U，ν)的位置(x，Y)再次共同积分。由等式EF(x，y) = / / f (u，V，X，y)dudV，或摄影形式积分所获得的图像对摄影图 像进行重新成像，所述摄影图像已经由以距离F聚焦于平面、且与小透镜传感器组件的物 镜共轭的传统传感器获得。如果期望在F之前或之后以距离F' = α ·χ在平面中重新成 像，则Ren Ng证明，通过三角形的相似性，必须求取以下值
权利要求
一种根据物空间的离散全光函数f(s，t，j，k)计算与物空间相关的焦点堆栈的方法，所述方法包括求取摄影形式积分作为沿着四维超立方体中平面的长度的和，所述摄影形式积分的求取依次包括以下步骤计算开始时，使捕获的数据f(s，t，j，k)等于达到步骤0的转换数据即以及然后应用n＝log2N次下面的部分变换FPA00001183526800011.tif,FPA00001183526800012.tif,FPA00001183526800013.tif,FPA00001183526800014.tif,FPA00001183526800015.tif,FPA00001183526800016.tif,FPA00001183526800017.tif
2.一种用于提高利用如权利要求1所述的方法获得的焦点堆栈的图像分辨率的方法， 包括以下步骤考虑到在确定的距离处所述焦点堆栈的图像，对光场的0(Ν4)光线进行后投影，根据这 些光线的微小的位置构建高分辨率的图像，确定由假设场景的元素具有朗伯型反射而导致的冗余，以及在不存在冗余的具有超高分辨率的焦点堆栈的位置，放置经后投影的光线的值，以及 在存在冗余的位置，放置冗余光线的代表值，例如平均值。
3.一种用于实时测量三维场景中的距离的方法，所述方法包括以下步骤 使用相位照相机获得物空间的图像，根据权利要求1所述的方法计算焦点堆栈， 在所述焦点堆栈中应用焦点质量测量算子，以及 计算随机马尔可夫域上的最佳状态。
4.如权利要求3所述的用于实时测量三维场景中的距离的方法，还包括利用权利要求 2所述的方法提高焦点堆栈的图像的分辨率。
5.一种用于对与波前相关的电磁场的复振幅进行实时断层X射线摄影测量的方法，所 述方法包括以下步骤使用相位照相机获得物空间的图像，利用权利要求1所述的方法计算焦点堆栈，其中在所述物空间的体积的任意点处，所 述焦点堆栈的平方根直接提供所述电磁场的复振幅的模，应用算子以在所述物空间的体积的任意点处产生波前相位的梯度，以及 恢复与所述电磁场相关的所述波前的相位。
6.如权利要求5所述的用于对与波前相关的电磁场的复振幅进行实时断层X射线摄影 测量的方法，还包括利用权利要求2所述的方法提高焦点堆栈的图像的分辨率。
7.一种用于实时获取三维场景的视觉信息的相位照相机，包括 会聚透镜，小透镜阵列，位于所述会聚透镜的像空间中，并且在用于检测足够分辨率的检测表面 上形成图像，以及并行计算处理装置，适用于_利用权利要求1所述的方法，计算与照相机所测量的物空间相关的焦点堆栈， -获得电磁场的复振幅(模和相位)以及 -获得所感测的物空间中任意位置的距离。
8.如权利要求7所述的用于实时获取三维场景的视觉信息的相位照相机，其中处理装 置适于利用权利要求2所述的方法，提高所述焦点堆栈的图像的分辨率。
9.如权利要求7所述的用于实时获取三维场景的视觉信息的相位照相机，其中处理装 置适于利用权利要求3所述的方法，获得物空间中任意位置的距离。
10.如权利要求7所述的用于实时获取三维场景的视觉信息的相位照相机，其中处理 装置适于利用权利要求5所述的方法，获得电磁场的复振幅。
全文摘要
文档编号G01C3/00GK101952855SQ20098010231
公开日2011年1月19日 申请日期2009年1月15日 优先权日2008年1月15日
发明者Rodriguez Ramos Jose Manuel, Marichal Hernandez Jose Gil, Rosa Gonzalez Fernando, Perez Nava Fernando 申请人:Univ La Laguna