一種基于復(fù)眼透鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)的成像裝置及其成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種成像裝置及其成像方法，特別是一種基于復(fù)眼光學(xué)結(jié)構(gòu)的成像裝置和成像方法，主要應(yīng)用于人工智能、機(jī)器人、移動終端、光電成像、光電檢測、物質(zhì)分析、光學(xué)照明、投影技術(shù)、光學(xué)顯微、光學(xué)操控、光通訊、人工智能、機(jī)器人、移動終端、物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境感知、制導(dǎo)導(dǎo)航、文物保護(hù)等領(lǐng)域中的成像。
【背景技術(shù)】
[0002]成像廣泛存在于移動終端、機(jī)器人、光電系統(tǒng)、光電檢測、物質(zhì)分析、光學(xué)照明、投影技術(shù)、光學(xué)顯微、光學(xué)操控、光通訊、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境感知、制導(dǎo)導(dǎo)航、文物保護(hù)等領(lǐng)域，例如，在移動終端領(lǐng)域更加突顯圖像采集的重要性，智能手機(jī)上設(shè)置有圖像采集處理部件已成為一種廣泛存在的硬件和軟件配置，得到了快速發(fā)展。復(fù)眼是相對于單眼而言的，自然界中的復(fù)眼是昆蟲的主要視覺器官，通常在昆蟲的頭部占有突出的位置，復(fù)眼由多數(shù)小眼組成?；趶?fù)眼工作原理開發(fā)的透鏡成為復(fù)眼透鏡，是由一系列小透鏡組合形成，在本質(zhì)上，復(fù)眼透鏡是微小透鏡陣列，所以在一些光學(xué)系統(tǒng)涉及到的透鏡陣列也屬于復(fù)眼透鏡。
[0003]在先技術(shù)中存在一種復(fù)眼透鏡的成像方法，參見美國授權(quán)專利(United StatesPatent)，專利名稱:Compound lens imaging device，專利號為 US8760558B2，專利日期為2014年6月24日，專利申請人是日本理理光公司，即Ricoh Company，Ltd.，Tokyo (JP)，發(fā)明人為Nobuhiro Morita等六人。此在先技術(shù)雖然具有一定的優(yōu)點，但是仍然存在本質(zhì)不足:1)本方法包含面向物方的復(fù)眼透鏡和面向像方的復(fù)眼透鏡，有兩組復(fù)眼透鏡，并且這兩組復(fù)眼透鏡要同軸，因此制作工藝復(fù)雜、光電結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)難于實現(xiàn)；2)在構(gòu)建過程中，要求復(fù)眼透鏡中的透鏡單元開口直徑一致，并且要求每個透鏡單元的后焦距一致，限制了復(fù)眼透鏡選擇、設(shè)計和優(yōu)化，同時增加了系統(tǒng)的實施難度，影響系統(tǒng)構(gòu)建的靈活性；3)本方法中處理和得到的均是焦平面圖像信息，并且基于物理量是照度，影響采集和處理圖像的效果，獲得圖像信息量有限，影響方法的集成和功能擴(kuò)充靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題提出了一種基于復(fù)眼透鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)的成像裝置和成像方法，具體方案如下:
[0005]一種基于復(fù)眼透鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)的成像裝置，包括圖像光源以及沿光源光束出射方向依次設(shè)置的復(fù)眼透鏡和用于采集經(jīng)過所述復(fù)眼透鏡圖像信息的光電傳感器，所述的復(fù)眼透鏡包括多個子透鏡單元，其特征在于，還包括:
[0006]圖像采集處理模塊:與所述光電傳感器連接，用于對所述光電傳感器上的光電信息進(jìn)行整體米集；
[0007]空間變頻濾波模塊:與所述圖像采集處理模塊連接，用于對所述光電傳感器的光電信息做空間變換濾波處理；
[0008]頻率特征分析模塊:與所述空間變頻濾波模塊連接，用于對經(jīng)所述空間變頻濾波模塊處理后的光電信息進(jìn)行處理從而獲得含頻率特征的圖像信息；
[0009]顏色連續(xù)分析模塊:與所述圖像采集處理模塊連接，用于對所述光電傳感器采集的光電信息進(jìn)行顏色連續(xù)分析；
[0010]顏色特征分析模塊:與所述顏色連續(xù)分析模塊連接，用于對經(jīng)所述顏色連續(xù)分析模塊處理后的光電信息進(jìn)行處理從而獲得特征圖像信息；
[0011]圖像信息融合模塊:分別于所述頻率特征分析模塊和所述顏色特征分析模塊連接，用于將所述頻率特征分析模塊和顏色特征分析模塊輸出的圖像信息融合并將所需圖像特征和圖像進(jìn)行輸出。
[0012]上述方案基于仿生學(xué)復(fù)眼透鏡成像原理與變空間頻率特征提取技術(shù)相結(jié)合，物空間的圖像經(jīng)過復(fù)眼透鏡成像在二維光電傳感器平面上，每個透鏡單元將物空間圖像成像于二維光電傳感器平面的子區(qū)域中，復(fù)眼透鏡和二維光電傳感器進(jìn)行機(jī)械整體連接；二維光電傳感器上呈現(xiàn)圖像是存在信息差異的物空間圖像陣列，光電圖像采集模塊對二維光電傳感器上光電信息進(jìn)行整體采集；空間變頻濾波模塊對光電圖像采集模塊采集到的信息進(jìn)行處理，利用空間變頻濾波進(jìn)行處理，然后由頻率特征分析模塊處理獲得含頻率特征的圖像信息；顏色連續(xù)分析模塊對光電圖像采集模塊采集到的信息進(jìn)行處理，然后由顏色特征分析模塊處理獲得特征圖像信息；頻率特征分析模塊和顏色特征分析模塊輸出的圖像信息經(jīng)過圖像信息融合，將所需圖像特征和圖像進(jìn)行輸出，實現(xiàn)高性能光電成像。
[0013]作為優(yōu)選，所述的復(fù)眼透鏡與所述光電傳感器機(jī)械固定。復(fù)眼透鏡和光電傳感器之間機(jī)械固定后兩者之間的間距保持固定，方便成像。
[0014]作為優(yōu)選，所述的復(fù)眼透鏡為玻璃復(fù)眼透鏡、樹脂復(fù)眼透鏡、塑料復(fù)眼透鏡、復(fù)合機(jī)構(gòu)復(fù)眼透鏡的一種。
[0015]作為優(yōu)選，所述的光電傳感器為電荷耦合器件、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體光電傳感器的一種。
[0016]一種基于復(fù)眼透鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)的成像方法，包括以下步驟:
[0017]1.圖像光源將圖像投射到復(fù)眼透鏡上，并經(jīng)復(fù)眼透鏡透射后成像于光電傳感器接收面；
[0018]2.圖像采集處理模塊對光電傳感器接收的光電信息做整體采集；
[0019]3.空間變頻濾波模塊對圖像采集處理模塊采集到的信息進(jìn)行處理，利用空間變頻濾波進(jìn)行處理，然后由頻率特征分析模塊處理獲得含頻率特征的圖像信息；同時，顏色連續(xù)分析模塊對圖像采集處理模塊采集到的信息進(jìn)行處理，然后由顏色特征分析模塊處理獲得特征圖像信息；
[0020]4.頻率特征分析模塊和顏色特征分析模塊輸出的圖像信息經(jīng)圖像信息融合模塊進(jìn)行圖像信息融合，將所需圖像特征和圖像進(jìn)行輸出，實現(xiàn)高性能光電成像。
[0021]本發(fā)明的發(fā)明點在于基于仿生學(xué)復(fù)眼透鏡成像原理與可變空間頻率特征提取技術(shù)相結(jié)合，物空間的圖像經(jīng)過復(fù)眼透鏡成像在二維光電傳感器平面上，通過空間變頻濾波模塊和顏色連續(xù)分析模塊進(jìn)行圖像處理后，進(jìn)行圖像信息融合，將所需圖像特征和圖像進(jìn)行輸出，實現(xiàn)高性能光電成像，給出一種方法簡單、光電結(jié)構(gòu)簡潔、易于實現(xiàn)、對機(jī)械要求低、系統(tǒng)構(gòu)建靈活、特征信息易于提取和分析、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、易于集成和功能擴(kuò)充的基于復(fù)眼光學(xué)結(jié)構(gòu)的成像方法。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的一種基于復(fù)眼透鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)的成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖:
[0023]圖2為本發(fā)明的一種基于復(fù)眼透鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)的成像