一種應(yīng)用于高感光微偏陣列成像的去馬賽克方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于偏振光學(xué)成像及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于高感光微偏陣列成像的去馬賽克方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于高感光微偏陣列直接獲取的圖像中每個(gè)像素位置只對(duì)應(yīng)一個(gè)偏振角度或者無偏的強(qiáng)度值，而為了獲得場(chǎng)景的偏振信息，必須同時(shí)獲得0°、45°、90°和135°四個(gè)偏振角度的圖像，因此必須根據(jù)已經(jīng)獲得的像素強(qiáng)度信息通過去馬賽克方法恢復(fù)出高分辨率的四幅偏振角度圖像，而現(xiàn)有的去馬賽克方法只適用于傳統(tǒng)排布模式的微偏陣列，不能直接應(yīng)用于高感光微偏陣列上面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于高感光微偏陣列成像的去馬賽克方法，以解決高感光微偏陣列的去馬賽克問題。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種應(yīng)用于高感光微偏陣列的去馬賽克方法，其特征在于，將高感光微偏陣列固定設(shè)置于圖像傳感器靠近入射光的一側(cè)，圖像傳感器將得到的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)字信號(hào)處理器，并按照以下步驟進(jìn)行對(duì)圖像數(shù)據(jù)去馬賽克處理:
[0005]步驟1、對(duì)于通過高感光微偏陣列和圖像傳感器采集到的圖像數(shù)據(jù)，將其中各個(gè)偏振角度單元的偏振角度數(shù)據(jù)分別融合成一個(gè)值，得到一幅低分辨率部分偏振角度圖像；
[0006]步驟2、估計(jì)高感光微偏陣列中偏振角度位置處像素的無偏強(qiáng)度數(shù)據(jù)，得到高分辨率無偏圖像；
[0007]再將高分辨率無偏圖像的各個(gè)偏振角度單元中，通過估計(jì)出來的無偏強(qiáng)度數(shù)據(jù)求平均得到一個(gè)值，作為對(duì)應(yīng)偏振角度單元的無偏強(qiáng)度數(shù)值，對(duì)整個(gè)陣列范圍內(nèi)進(jìn)行同樣的處理，即得到一幅低分辨率無偏圖像；
[0008]步驟3、將經(jīng)步驟I得到的低分辨率部分偏振角度圖像，在經(jīng)步驟2處理得到的低分辨率無偏圖像的指導(dǎo)下，通過插值得到四幅不同偏振角度的中間圖像，然后再在得到的四個(gè)低分辨率部分偏振角度圖中減去低分辨率無偏圖像，即得到四副低分辨率偏振角度差圖像；
[0009]步驟4、將經(jīng)步驟3得到的四副低分辨率偏振角度差圖像，經(jīng)過雙線性插值、上采樣的處理方法，得到一幅高分辨率角度差圖像；
[0010]步驟5、對(duì)經(jīng)步驟4得到的高分辨率角度差圖像與經(jīng)步驟2得到的高分辨率無偏圖像求和，最終得到四副不同偏振角度的高分辨率圖像，即完成原始圖像的去馬賽克處理；
[0011]其中，高感光微偏陣列包括依次緊密排列的若干個(gè)最小周期單元，每個(gè)最小周期單元均包括四個(gè)不同偏振角度的偏振單元，四個(gè)不同偏振角度分別為0°、45°、90°或135°，各個(gè)偏振單7Π的鏡片包括若干個(gè)偏振片和無偏鏡片。
[0012]進(jìn)一步的，在每個(gè)偏振單元內(nèi)的無偏鏡片和偏振片為交錯(cuò)排列設(shè)置。
[0013]進(jìn)一步的，無偏鏡片或偏振片，分別沿水平、豎直或?qū)蔷€的方向連續(xù)排列。
[0014]進(jìn)一步的，步驟I中，將各個(gè)偏振角度單元的偏振角度數(shù)據(jù)，分別通過求平均值的方法融合成一個(gè)值。
[0015]進(jìn)一步的，步驟2中，低分辨率無偏圖像與通過步驟I得到的低分辨率部分偏振角度圖像的大小相同。
[0016]進(jìn)一步的，步驟3中，中間圖像中某一待求像素的估計(jì)方法為:根據(jù)待求像素的鄰域中四個(gè)與之對(duì)應(yīng)相同角度偏振片的已知像素值，來估計(jì)待求像素的數(shù)值，其中，四個(gè)待求像素分為兩類，第一類待求像素，其對(duì)應(yīng)的偏振角度與其主副對(duì)角線相鄰像素相同，第二類待求像素，其對(duì)應(yīng)的偏振角度與其水平或者垂直方向的相鄰像素相同。
[0017]進(jìn)一步的，第二類待求像素的估計(jì)方法為，首先估計(jì)第一類像素位置處像素的值，將第一類像素位置處像素的估計(jì)值作為該位置的已知值，來估計(jì)第二類像素位置處像素的值。
[0018]進(jìn)一步的，步驟4中，高分辨率角度差圖像與通過步驟2中得到的高分辨率無偏圖像的大小相同。
[0019]本發(fā)明的有益效果是，針對(duì)高感光微偏陣列微偏陣列設(shè)計(jì)的去馬賽克方法，解決了現(xiàn)有去馬賽克方法只適用于傳統(tǒng)排布模式的微偏陣列，不能直接應(yīng)用于高感光微偏陣列的問題;充分利用了高感光偏振陣列的特性，利用無偏鏡片采集到的數(shù)據(jù)來估計(jì)恢復(fù)偏振數(shù)據(jù)時(shí)的所需要的梯度信息，同時(shí)又具備傳統(tǒng)微偏陣列去馬賽克的優(yōu)點(diǎn)，即利用鄰域內(nèi)盡可能多的信息來估計(jì)缺失的數(shù)據(jù)。聯(lián)合以上兩種手段以盡可能地保證最終獲得偏振信息的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明設(shè)有高感光微偏陣列的數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)；
[0021 ] 其中，1.入射光，2.鏡頭，3.高感光微偏陣列，4.圖像傳感器，5.模擬信號(hào)處理器，
6.D/A轉(zhuǎn)換器，7.數(shù)字信號(hào)處理器，8.圖像顯示器；
[0022]圖2為數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)處理器的功能模塊示意圖；
[0023]圖中，11.低分辨率部分偏振角度模塊，12.高分辨率無偏模塊，13.低分辨率無偏模塊，14.低分辨率偏振角度差模塊，15.高分辨率偏振角度差模塊，16.高分辨率最終圖像模塊；
[0024]圖3為高感光微偏陣列的最小周期單元；
[0025]圖3中，A.0°偏振單元，B.45°偏振單元，C.90°偏振單元，D.135°偏振單元，E.0°偏振單兀中的偏振片組；
[0026]圖4為輸入低分辨率偏振角度差模塊的圖像已知信息的部分示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于高感光微偏陣列的去馬賽克方法，將高感光微偏陣列固定設(shè)置于圖像傳感器靠近入射光的一側(cè)，圖像傳感器將得到的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)字信號(hào)處理器7，并按照以下步驟進(jìn)行對(duì)圖像數(shù)據(jù)去馬賽克處理:
[0029]步驟1、對(duì)于圖像傳感器采集到的圖像數(shù)據(jù)，將其中各個(gè)偏振角度單元的偏振角度數(shù)據(jù)分別融合成一個(gè)值，得到一幅低分辨率部分偏振角度圖像。
[0030]步驟2、估計(jì)高感光微偏陣列中偏振角度位置處像素的無偏強(qiáng)度數(shù)據(jù)，得到一幅大小與原始圖像相同的高分辨率無偏圖像；
[0031]再將各個(gè)偏振角度單元中通過估計(jì)出來的無偏強(qiáng)度數(shù)據(jù)求平均得到一個(gè)值，作為對(duì)應(yīng)偏振角度單元的無偏強(qiáng)度數(shù)值，對(duì)整個(gè)陣列范圍內(nèi)進(jìn)行同樣的處理，即得到一幅低分辨率無偏圖像;所述低分辨率無偏圖像與通過步驟I得到的低分辨率部分偏振角度圖像的大小相同。
[0032]步驟3、將經(jīng)步驟I得到的低分辨率部分偏振角度圖像，在經(jīng)步驟2處理得到的低分辨率無偏圖像的指導(dǎo)下，通過插值得到四幅不同偏振角度的中間圖像，然后再在得到的四個(gè)角度圖中減去低分辨率無偏圖像，即得到低分辨率偏振角度差圖像；
[0033]步驟4、將經(jīng)步驟3得到的低分辨率偏振角度差圖像，經(jīng)過雙線性插值、上采樣的處理方法，得到一幅高分辨率角度差圖像，所述高分辨率角度差圖像與通過步驟2中得到的高分辨率無偏圖像的大小相同。
[0034]步驟5、對(duì)經(jīng)步驟4得到的高分辨率角度差圖像與經(jīng)步驟2得到的高分辨率無偏圖像求和，最終得到四副不同偏振角度的高分辨率圖像，即完成原始圖像的去馬賽克處理。
[0035]實(shí)施例:
[0036]將高感光偏振陣列3設(shè)置于圖像傳感器4靠近入射光的一側(cè)，圖像傳感器4將得到的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)字信號(hào)處理器7，并按照以下步驟進(jìn)行對(duì)圖像數(shù)據(jù)去馬賽克處理:
[0037]I)假設(shè)高感光偏振陣列3的最小周期單元如圖3所示，那么通過最小單元中的0°偏振角度單元A和圖像傳感器4后，采集到的數(shù)據(jù)包含八個(gè)無偏數(shù)據(jù)，同時(shí)還包含一個(gè)或者多個(gè)0°偏振角度數(shù)據(jù)。其中，0°偏振角度數(shù)據(jù)的采集數(shù)量是由采集原始數(shù)據(jù)的圖像傳感器4所選擇的操作模式確定的。
[0038]根據(jù)圖1所示的相機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，上述采集到的無偏數(shù)據(jù)和偏振角度數(shù)據(jù)，會(huì)經(jīng)過模擬信號(hào)處理器5和D/A轉(zhuǎn)換器6處理后傳送到數(shù)字信號(hào)處理器7中，記為信號(hào)a，整個(gè)去馬賽克算法是在數(shù)字信號(hào)處理器7中進(jìn)行的，數(shù)字信號(hào)處理器7中內(nèi)部包含的功能模塊如圖2所不O
[0039]如圖2所示，處理過的信號(hào)a，同時(shí)傳送給低分辨率部分偏振角度模塊11和高分辨率無偏模塊12中，低分辨率部分偏振角度模塊11將每個(gè)偏振角度單7Π中所包含的η個(gè)偏振角度數(shù)據(jù)融合為一個(gè)值，可以通過求和取平均來得到。這樣一來，如圖3所示的最小周期單元中，每個(gè)偏振角度單元就只對(duì)應(yīng)一個(gè)偏振角度值，而非八個(gè)偏振角度值，因此稱經(jīng)過低分辨率部分偏振角度模塊11的得到基于偏振角度單元而非像素級(jí)別的圖像為低分辨率部分偏振角度圖像。
[0040]2)在圖2中，數(shù)字信號(hào)處理器7中的高分辨率無偏模塊12，用來估計(jì)高感光微偏陣列中偏振片位置處像素的無偏強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
[0041 ]以圖3中O度偏振角度單元A為例，高分辨率無偏模塊2能夠估計(jì)出0°偏振單元中偏振片組E中各個(gè)像素位置的無偏數(shù)據(jù)值，以估計(jì)偏振片組E中第二行第二列，編號(hào)為22位置處的像素強(qiáng)度值I22為例，I22 = ( 112+132)/2 ;其他位置的估計(jì)方法與之類似。當(dāng)高分辨率無偏模塊12處理完畢后，可得到一幅大小與高感光微偏陣列大小相同的高分辨率無偏圖像。
[0042]低分辨率無偏模塊13，用于獲得高分辨率無偏模塊12中輸出的高分辨率無偏圖像，然后分別將圖像中各個(gè)偏振角度單元位置內(nèi)估計(jì)出來的無偏數(shù)據(jù)求和取平均得到一個(gè)值，作為對(duì)應(yīng)偏振角度單元的無偏強(qiáng)度數(shù)據(jù)，這樣每個(gè)偏振角度單元對(duì)應(yīng)一個(gè)無偏強(qiáng)度數(shù)據(jù)，因此稱處理后得到的圖像為低分辨率無偏圖像。該低分辨率無偏圖像與通過低分辨率部分偏振角度模塊11得到的低分辨率部分偏振角度圖像的大小相同。
[0043]3)低分辨率偏振角度差模塊14，用于接收低分辨率部分偏振角度模塊11和低分辨率無偏模塊13的輸出圖像，然后，低分辨率部分偏振角度圖像在低分辨率無偏圖像的指導(dǎo)下通過插值得到四幅不同偏振角度