基于MDLatLRR和KPCA的光场图像全聚焦融合

为了提升光场成像的空间分辨率,结合光场图像数字重聚焦与多聚焦图像融合,提出了一种基于多尺度潜在低秩分解和核主成分分析的光场图像全聚焦融合算法。首先,对光场图像进行数字重聚焦得到重聚焦图像,然后对各重聚焦图像进行多尺度分解提取出基础层和显著层,对基础层、显著层分别采用局部梯度差值加权算法和多尺度梯度域显著性提取算法计算相应的特征系数;其次,联立基础层和各显著层的特征系数矩阵,然后用核主成分分析进行降维融合得到融合特征系数矩阵,使得经融合特征系数生成的聚焦决策图能充分考虑基础层和显著层的特征信息;最后,用聚焦决策图引导重聚焦图像进行全聚焦融合。实验结果表明,该算法与传统方法相比在视觉效果和边缘信息丰富度上具有更优表现,所生成的光场全聚焦图像具有更高的分辨率和更好的视觉效果。

光场成像技术进展

归纳总结了光场成像从理论到实现的发展历程,根据光场数据获取方式对目前典型的光场成像设备进行了分类.在光场相机原理的基础上,重点阐述了基于光场的计算成像原理、数字重聚焦技术、合成孔径成像技术和显微成像技术,并对光场成像技术的应用前景和存在的关键问题进行了讨论.

数字对焦光场成像清晰度评价方法研究

结合光场成像数字对焦空间域算法和频率域算法的区别,分别提出了适用的图像清晰度评价方式,并进行了仿真实验分析.空间域评价方法根据评价区域缩小图像重构数据量,频率域评价方法则将评价函数嵌入到图像重构过程中,改进后的方法相对传统方法提高了速度.

光场相机中微透镜阵列与探测器配准误差分析

为了减少光场相机结构对光场图像数字对焦结果的影响,针对微透镜阵列为矩阵式排列的光场相机结构,定性分析了微透镜阵列与成像探测器之间的耦合距离误差、旋转角度误差和倾角误差这三个主要配准误差来源,分别提出了配准条件,并通过仿真实验加以验证。实验结果表明,当配准超出限制条件时,会导致对焦重构图像出现模糊、混叠等失真,缩小精确对焦的深度范围。

混合式光场相机在聚焦与非聚焦模式下的超分辨重聚焦仿真（英文）

光场描述了光在自由空间传播的全四维信息,光场相机可用来获得光场图像。在传统的光场相机中,最终获得图像的空间分辨率受限于微透镜阵列中透镜的个数。聚焦型光场相机相较于传统光场相机能够获得更高的空间分辨率,但是以牺牲其角度分辨率作为代价。在Zemax中建立了传统光场相机与将聚焦光场相机的成像模型,仿真获得了两种光场相机的光场图像,分析了两种不同类型光场相机采样模式的区别。提出将可变焦液体透镜阵列放置在光场相机中,可以同时获得聚焦和非聚焦两种模式下的光场图像。根据记录的光场信息,讨论了相应的重聚焦方法,计算仿真了在不同景深下的重聚焦图像,并提出了一种基于图像融合和超分辨率重构的方法来提高重聚焦图像的分辨率,最终在相同的景深范围内获得了3倍于传统光场相机分辨率的重聚焦图像。

基于微透镜阵列的光场图像深度估计

针对光场相机同时记录光线位置信息和角度信息,提出估计光场图像深度的新方法。根据光场摄像技术的数字重聚焦原理,产生场景不同焦深的图像序列;采用基于目标区域的可变窗口清晰度评价算子对目标在图像序列中的聚焦度进行测量,通过高斯插值获得最清晰的成像位置作为深度求取结果。以基于微透镜阵列的Lytro光场相机为例,实验结果表明,在降低现有算法时间复杂度的基础上,该方法提取的深度图可靠,证明了该方法的可行性与优越性。

光场深度估计方法的对比研究

为了更有效地利用光场信息实现场景深度的精确估计,文中回顾并深入探讨光场的深度估计问题.通过阐述光场基本理论,将光场深度估计归纳为基于极平面图像、多视角图像及重聚焦的3种方法.在合成数据集上,对比光照变化对不同算法性能的影响,并构建一个更全面且具有挑战性的光场数据集.在该数据集、光场标准数据集及Lytro Dataset上,定性及定量分析不同复杂场景对算法性能的影响,进一步指出该领域的研究方向.

一种用于空间目标捕获的宽视场可见光光学系统的设计

设计了一种对空间目标进行捕获并跟踪的可见光相机的光学系统.该成像系统采用了7组共8片的复杂化双高斯结构,焦距40.65mm,相对孔径为1/1.7,全视场角28°,光谱范围为可见光谱段.该系统可完成对空间目标的捕获和跟踪测量任务,并提供目标图像信息.针对大视场大相对孔径的空间目标探测要求提出了光学系统参量的确定方法,结合设计实例给出一种双高斯向反远距演变的设计思路.

光场重聚焦成像的散焦机理及聚焦评价函数

光场成像技术可以通过场景的光场信息实现场景全聚焦图像合成和背景目标的去遮挡重聚焦等应用,其中如何有效评价图像中的聚焦区域是进行上述应用的前提.但是,传统成像系统离焦物体的点扩散特性与光场重聚焦图像中离焦特性存在本质差异,因此基于离焦物点扩散特性的评价标准无法适用光场重聚焦图像的聚焦度评价.针对上述问题,本文从光场成像重聚焦的原理出发,分析离焦目标图像的虚化特征,设计光场重聚焦图像的聚焦度评价函数,在此基础上研究了聚焦区域的精细化分割方法.光场重聚焦实验和去前景遮挡重聚焦实验表明了本文方法在光场重聚焦图像聚焦度评价中的有效性.

基于光场成像数字重聚焦过程的性能分析

数字重聚焦是光场成像的一个重要特性,其性能的分析对光场成像研究具有重要的参考价值。本文基于微透镜阵列型光场成像时域与频域的两种不同重聚焦算法进行推导,分析了数字重聚焦算法中不同域、插值方法、采样半径对图像像质和计算运行速度的影响,得到在图像像质和处理速度之间的最佳值,实验结果表明利用该方案都能在较快的处理速度下实现较好的图像像质。

基于小波域清晰度评价的光场全聚焦图像融合

传统全聚焦图像融合以相机多次曝光拍摄的多聚焦图像为基础,光场相机在单次曝光后可计算空间任意深度的重聚焦图像,为后期全聚焦图像的获取提供便利。提出了一种基于小波变换的光场全聚焦图像获取算法,可有效避免传统空域图像融合算法的块效应,获得较高质量的全聚焦图像。该算法通过对微透镜阵列光场相机获得的4D光场数据进行空间变换与投影,得到用于全聚焦图像融合的重聚焦图像,对各帧重聚焦图像进行小波分解提取高、低频子图像集,提出区域均衡拉普拉斯算子、像素可见度函数分别构建融合图像的高、低频小波系数实现图像融合,其性能优于传统的区域清晰度评价函数。实验验证了所提算法的正确性和有效性,采用Lytro光场相机的原始数据计算了融合全聚焦图像,与传统图像融合算法相比,人眼视觉效果更好,客观图像指标也得到了提高。

基于计算光场成像的虹膜活体检测方法

光场成像相对传统光学成像是一次重大技术革新,高维光场信息为生物特征识别的发展与创新带来了新机遇.虹膜身份识别技术以其唯一性、稳定性、高精度等优势广泛应用于国防、教育、金融等各个领域,但是现有的虹膜识别系统容易被人造假体虹膜样本欺骗导致误识别.因此,虹膜活体检测是当前虹膜识别研究亟待解决的关键问题.本文提出一种基于计算光场成像的虹膜活体检测方法,通过软硬件结合的方式,充分挖掘四维光场数据的信息.本方法使用实验室自主研发的光场相机采集光场虹膜图像,利用光场数字重对焦技术提取眼周区域的立体结构特征和虹膜图像的纹理特征,进行特征融合与虹膜分类.在自主采集的近红外光场虹膜活体检测数据库上进行实验,本方法的平均分类错误率(Average classification error rate,ACER)为3.69%,在现有最佳方法的基础上降低5.94%.实验结果表明本方法可以准确有效地检测并阻止打印虹膜和屏显虹膜对系统的攻击.

太赫兹光场数据采集与数字重聚焦实验研究

本文对太赫兹光场数据采集与数字重聚焦成像进行实验研究。太赫兹成像因其穿透性、无损性等优点,近年来备受国内外研究者关注。太赫兹波段的光场成像技术有望增强图像质量、改善应用效果。本文在分析光场成像基本原理、系统结构、重建方法的基础上,应用太赫兹焦平面阵列相机进行太赫兹光场数据采集和数字重聚焦实验。首先采集太赫兹光场原始数据,然后通过数字重聚焦进行计算成像,最后对重构图像做增强处理,得到了深度、角度及目标物轮廓分辨力强的太赫兹图像。实验证明了太赫兹光场成像技术的可行性及其改善图像质量、丰富复现效果的能力。

水下主动激光扫描系统中光场记录及散射背景分离研究

传统水下主动激光扫描系统采用普通相机对反射光接收记录,反射激光点被掩埋在背景噪声中无法分离,影响成像质量。该文在水下激光主动扫描成像系统中采用光场相机记录了包括激光反射光线和各种散射背景杂光的位置和方向信息,为抑制散射背景杂光提供了可能。在后续光场记录图像处理中,首先,对记录的光场图像进行前后两次重聚焦,第一次是对激光照射到物面激光光点的重聚焦,第二次是对激光光点前景散射光的重聚焦,再对两幅图像进行差分处理;提出一种计算机自动判断流程,使得差分所得图像上激光点的衬度最大,或足够大。实验结果表明,上述方法可以达到较好的散射背景抑制作用,是对现有同步扫描主动激光成像系统空间分离散射背景抑制技术的必要补充。

一种基于光场成像的数字对焦算法

光场成像在频率域中利用傅里叶切片定理实现数字对焦,得到一组数字对焦数据。针对在景深相同的条件下光场成像与传统成像相比分辨率明显降低这一缺陷,本文采用基于稳健的正则化超分辨率算法将低分辨率图像每一点的像素值分别对应到高分辨率网格中,然后进行插值对所得图像进行重建,实现低分辨率向高分辨率的转换。与其他几种传统超分辨率算法相比,该算法的优势在于取得了更高的识别精度。通过MATLAB平台进行了仿真,实验结果表明该算法与传统的迭代反投影超分辨率算法相比其峰值信噪比有很大的改善,从而验证了本文模型与数值算法的有效性。

不同插值算法的光场重聚焦分析

光场数据重聚焦包括空间域重聚焦和频域重聚焦两种方法,在重聚焦过程中均需要进行插值计算,重聚焦精度与插值精度密切相关,而插值算法的复杂度会影响计算效率。在实际大量图像处理中,在重聚焦效果满足精度要求的前提下选择计算效率最高的方法,其中,插值精度对频域影响远大于空间域。介绍了空间域重聚焦和频域重聚焦的原理,以及传统3种插值方法和sinc函数插值法,分别用不同的插值方法对这两种重聚焦方法进行实验,比较其重聚焦效果并计算其效率。实验结果表明,在实际应用中为了满足计算效率的需求,在满足精度要求情况下,空间域重聚焦采用线性插值法最佳,频域采用采样半径为2像素的sinc插值最佳。对同一幅影像多次重聚焦时,频域方法优于空间域方法。

基于闪烁体3D剂量测量系统中光场重聚焦位置的标定方法

放疗中基于闪烁体光场成像的3D剂量测量方法是,利用光场相机对射线在闪烁体沉积能量所产生的闪烁光进行拍照,给出每一个聚焦层的光分布后进行三维重建,进而得出剂量的三维分布。光场相机所获取图像的重聚焦位置影响闪烁光三维重建的准确性,作者提出利用棋盘格标定板进行重聚焦位置标定的方法。使用Lytro Illum光场相机拍摄置于已知位置的棋盘格标定板,经光场数据处理得到焦点堆栈序列,利用刃边法得到所有重聚焦像的高斯离焦参数σ,经比较后获得最小σ对应的重聚焦参数α,最终给出若干α和重聚焦位置的对应关系,最终完成重聚焦位置标定。与常用的刻度尺标定方法相比,高斯离焦参数减小2%~10%,有利于放疗3D剂量测量精度的提高。

三维场景的光场成像仿真

针对光场数据获取困难的问题,本文根据Levoy的光场渲染理论设计出了一种三维光场信息获取的仿真方式.在物空间构建问题上,以最靠近主透镜的物面为起点向后进行扩展,形成了一个离散的物空间.为了解决近景对远景的遮挡问题,按照金字塔模型,由最靠近主透镜的物面开始逐渐对其后的物面有效区域进行扩展,计算各离散物面的有效区域经过主透镜的积分值.对于离焦物点,通过计算光斑在每个微透镜上的权重,赋予该微透镜下对应像元相应比例的光线强度.最后,通过对仿真实验所得到的光场图像进行不同物距的重聚焦,验证所建三维模型及光场成像仿真的正确性.实验结果表明:本文所提出的三维场景的光场成像方式能够有效地得到该场景的光场数据.

一种应用相机阵列实现图像遮挡物移除的方法

针对光路中前景遮挡物影响感兴趣信息采集的问题,本文对应用相机阵列的遮挡物移除算法进行实验研究。用阵列型光场相机采集四维光场数据,然后用数字重聚焦技术进行不同深度的重聚焦,突出目标物细节特征。利用图像重构技术合成子图像阵列,选择最小误差阈值分割法标记遮挡物区域并复现原图像的细节特征。实验结果证明了应用阵列型光场相机移除遮挡物的可行性,及其改善图像质量、复现遮挡区域图像、提高图像可读性、降低噪声影响的能力。依据无参考的图像质量评价指标,本文算法在重构图像质量上SNR与PSNR分别提升了17.3%与77.6%。

光场成像数字对焦清晰度评价函数的分析与改进

光场成像数字对焦是图像处理中的重要技术。文中分析了数字对焦的基本原理,不同景深对应的对焦结果不同。针对传统的灰度方差评价函数对光场成像系统引入了过多的梯度信息,从而影响评价函数的灵敏性。就这一缺陷,提出一种改进的图像清晰度评价算法。该方法采用对图像局部区域进行评价,首先利用图像灰度梯度能量函数即Tenengrad函数来提取高频信息来评价图像的清晰度,再加入一个阈值区分边缘点和非边缘点来减少图像对比度不明显的区域对评价函数的影响。与其他几种传统梯度评价算法相比,该算法的优势在于取得了更高的识别精度。通过MATLAB平台进行了仿真,实验结果表明,该算法与传统的梯度算法相比,其灵敏度有很大的改善。