專利名稱：Method and camera for the real-time acquisition of visual information from ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
光學(xué)。圖像處理。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及兩種需要完成與圖像質(zhì)量至關(guān)重要(例如診斷)的任何光學(xué)問題相 關(guān)的波前的復(fù)振幅的三維測量的需要，以及在從幾微米到幾千米的大范圍體積中獲取足夠 可靠和精確的深度圖的需要，本發(fā)明還涉及針對(duì)3D電視、3D電影、醫(yī)療等三維信息的實(shí)時(shí)產(chǎn)生。現(xiàn)有技術(shù)用于如今具有大直徑的望遠(yuǎn)鏡(GRANTECAN，Keck，…)和將來的巨型望遠(yuǎn)鏡(直 徑為50或100米)的自適應(yīng)光學(xué)關(guān)注于使用一種被稱為多共軛光學(xué)的層析X射線照相術(shù) 來測量大氣層相位的三維分布。由于在天空中缺少足夠數(shù)量的自然點(diǎn)源，因而在望遠(yuǎn)鏡所 觀察到的物體的視場中總是存在一個(gè)自然點(diǎn)源，從而使得不得不使用人造點(diǎn)源Na星(高 度為90km)為了校正影響來自天空中物體的光束的整個(gè)大氣層，防止焦距非等暈，必須使用 這些人造星中的一些(至少5個(gè))。為了被產(chǎn)生，每個(gè)人造星都需要非常高分辨率的高功 率的脈沖激光，其轉(zhuǎn)換成昂貴的技術(shù)。此外，在花費(fèi)了如此高成本后，多共軛光學(xué)器件只能 測量與至多三個(gè)水平湍流層相關(guān)的大氣層相位(使用三個(gè)同時(shí)測量相位傳感器)，也就是 說，它掃描影響圖像的三維圓柱中的很小一部分。此外，還需利用這種復(fù)雜計(jì)算恢復(fù)相位的 估計(jì)，該復(fù)雜計(jì)算使得在大氣層穩(wěn)定期間，在可視范圍內(nèi)(IOms)光束的自適應(yīng)校正極其復(fù)
ο然而，本發(fā)明的背景沒有專門地關(guān)注于天體物理學(xué)領(lǐng)域。在光學(xué)或眼科學(xué)領(lǐng)域，執(zhí)行人眼層析X射線照相術(shù)的主要興趣是，根據(jù)醫(yī)學(xué)專家獲取和具有的病人的視網(wǎng)膜基底的 清晰圖像，以能夠更容易的進(jìn)行診斷。眼睛中的水狀體、玻璃狀液、以及晶狀體表現(xiàn)得象使 視網(wǎng)膜能夠獲得的圖像異常的裝置一樣。即使對(duì)于這種不需要像地球大氣層一樣頻繁測量(每IOms)的情況，由于它是一 種穩(wěn)定的畸變，因此需要足夠的三維分辨率，以不僅獲得視網(wǎng)膜基底的好的圖像，而且還可 以檢測可能的眼病變的空間位置。最后，在例如電視或電影圖像等的其它領(lǐng)域，存在有關(guān)三維電視的挑戰(zhàn)，其中一個(gè) 至關(guān)重要的問題是內(nèi)容的實(shí)時(shí)產(chǎn)生，假定技術(shù)是如此的復(fù)雜和困難，以至于在產(chǎn)生可以在 現(xiàn)有3D顯示器上顯示的3D內(nèi)容的過程中需要人為干預(yù)。在這種情況下，這里所提出的技 術(shù)在并行計(jì)算硬件(GPU和FPGA)上的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)可以產(chǎn)生實(shí)時(shí)的三維內(nèi)容。在提及領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)中已知多種方法，其中小透鏡已經(jīng)被安置在會(huì)聚透鏡的像 平面，產(chǎn)生用于圖像參數(shù)測量的裝置和方法，不過，它們沒有使用所謂的組裝來進(jìn)行光學(xué)像 差的層析X射線照相測量，或獲取場景中的距離。例如，Adelson and Wang ("Single lens stereo with a plenoptic camera (使用 全光照相機(jī)的單鏡頭立體視覺)”，IEEE Transactions on PatternAnalysis and Machine Intelligence, Vol. 14，No. 2，99-106，1992)使用裝置結(jié)合一種完全不同于本發(fā)明的技術(shù)來
獲得距離。作者 Ren Ng et al. ( "Light field photography with a hand-heIdplenoptic camera (使用手持式全光照相機(jī)的光場攝影術(shù))”，StanfordTech Report CTSR 2005-02)在 像平面使用與小透鏡相關(guān)的傅立葉切片(傅立葉Slice)技術(shù)，只為獲得在很少立方公尺的 體積范圍內(nèi)的現(xiàn)場聚焦照片，其質(zhì)量明顯好于常規(guī)景深技術(shù)。在這種情況下，如果再三地申 請(qǐng)可覆蓋所需體積的距離，所提出的技術(shù)允許計(jì)算焦距堆棧，涉及使得實(shí)時(shí)處理變得不可 能的計(jì)算要求。在本說明書的范圍內(nèi)，場景的焦點(diǎn)堆棧將被解釋為圖像體積，該圖像體積由從同 一視角拍攝的、但是改變了焦距的一組傳統(tǒng)攝影圖片產(chǎn)生。關(guān)于信息提取過程，眾所周知，可以通過將來自透鏡的平面的每個(gè)點(diǎn)(U，V)、到達(dá) 傳感器的每個(gè)點(diǎn)(X，y)的所有光線進(jìn)行積分，從光場或四維全光函數(shù)f (U，ν, χ, y)獲取攝 影圖像。通過所述積分，全光捕獲效應(yīng)得以消除。換句話說，如果光線在被小透鏡捕獲時(shí)已 經(jīng)被重定向到不同的空間位置，那么為了重現(xiàn)常規(guī)圖像，必須進(jìn)行重組，即對(duì)來自不同角度 值(U，ν)的位置(x，Y)再次共同積分。由等式EF(x，y) = / / f (u，V，X，y)dudV，或攝影形式積分所獲得的圖像對(duì)攝影圖 像進(jìn)行重新成像，所述攝影圖像已經(jīng)由以距離F聚焦于平面、且與小透鏡傳感器組件的物 鏡共軛的傳統(tǒng)傳感器獲得。如果期望在F之前或之后以距離F' = α ·χ在平面中重新成 像，則Ren Ng證明，通過三角形的相似性，必須求取以下值
權(quán)利要求
一種根據(jù)物空間的離散全光函數(shù)f(s，t，j，k)計(jì)算與物空間相關(guān)的焦點(diǎn)堆棧的方法，所述方法包括求取攝影形式積分作為沿著四維超立方體中平面的長度的和，所述攝影形式積分的求取依次包括以下步驟計(jì)算開始時(shí)，使捕獲的數(shù)據(jù)f(s，t，j，k)等于達(dá)到步驟0的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)即以及然后應(yīng)用n＝log2N次下面的部分變換FPA00001183526800011.tif,FPA00001183526800012.tif,FPA00001183526800013.tif,FPA00001183526800014.tif,FPA00001183526800015.tif,FPA00001183526800016.tif,FPA00001183526800017.tif
2.一種用于提高利用如權(quán)利要求1所述的方法獲得的焦點(diǎn)堆棧的圖像分辨率的方法， 包括以下步驟考慮到在確定的距離處所述焦點(diǎn)堆棧的圖像，對(duì)光場的0(Ν4)光線進(jìn)行后投影，根據(jù)這 些光線的微小的位置構(gòu)建高分辨率的圖像，確定由假設(shè)場景的元素具有朗伯型反射而導(dǎo)致的冗余，以及在不存在冗余的具有超高分辨率的焦點(diǎn)堆棧的位置，放置經(jīng)后投影的光線的值，以及 在存在冗余的位置，放置冗余光線的代表值，例如平均值。
3.一種用于實(shí)時(shí)測量三維場景中的距離的方法，所述方法包括以下步驟 使用相位照相機(jī)獲得物空間的圖像，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法計(jì)算焦點(diǎn)堆棧， 在所述焦點(diǎn)堆棧中應(yīng)用焦點(diǎn)質(zhì)量測量算子，以及 計(jì)算隨機(jī)馬爾可夫域上的最佳狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的用于實(shí)時(shí)測量三維場景中的距離的方法，還包括利用權(quán)利要求 2所述的方法提高焦點(diǎn)堆棧的圖像的分辨率。
5.一種用于對(duì)與波前相關(guān)的電磁場的復(fù)振幅進(jìn)行實(shí)時(shí)斷層X射線攝影測量的方法，所 述方法包括以下步驟使用相位照相機(jī)獲得物空間的圖像，利用權(quán)利要求1所述的方法計(jì)算焦點(diǎn)堆棧，其中在所述物空間的體積的任意點(diǎn)處，所 述焦點(diǎn)堆棧的平方根直接提供所述電磁場的復(fù)振幅的模，應(yīng)用算子以在所述物空間的體積的任意點(diǎn)處產(chǎn)生波前相位的梯度，以及 恢復(fù)與所述電磁場相關(guān)的所述波前的相位。
6.如權(quán)利要求5所述的用于對(duì)與波前相關(guān)的電磁場的復(fù)振幅進(jìn)行實(shí)時(shí)斷層X射線攝影 測量的方法，還包括利用權(quán)利要求2所述的方法提高焦點(diǎn)堆棧的圖像的分辨率。
7.一種用于實(shí)時(shí)獲取三維場景的視覺信息的相位照相機(jī)，包括 會(huì)聚透鏡，小透鏡陣列，位于所述會(huì)聚透鏡的像空間中，并且在用于檢測足夠分辨率的檢測表面 上形成圖像，以及并行計(jì)算處理裝置，適用于_利用權(quán)利要求1所述的方法，計(jì)算與照相機(jī)所測量的物空間相關(guān)的焦點(diǎn)堆棧， -獲得電磁場的復(fù)振幅(模和相位)以及 -獲得所感測的物空間中任意位置的距離。
8.如權(quán)利要求7所述的用于實(shí)時(shí)獲取三維場景的視覺信息的相位照相機(jī)，其中處理裝 置適于利用權(quán)利要求2所述的方法，提高所述焦點(diǎn)堆棧的圖像的分辨率。
9.如權(quán)利要求7所述的用于實(shí)時(shí)獲取三維場景的視覺信息的相位照相機(jī)，其中處理裝 置適于利用權(quán)利要求3所述的方法，獲得物空間中任意位置的距離。
10.如權(quán)利要求7所述的用于實(shí)時(shí)獲取三維場景的視覺信息的相位照相機(jī)，其中處理 裝置適于利用權(quán)利要求5所述的方法，獲得電磁場的復(fù)振幅。
全文摘要
文檔編號(hào)G01C3/00GK101952855SQ20098010231
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者Rodriguez Ramos Jose Manuel, Marichal Hernandez Jose Gil, Rosa Gonzalez Fernando, Perez Nava Fernando 申請(qǐng)人:Univ La Laguna