基于透鏡陣列成像的圖像處理方法、裝置及成像系統(tǒng)制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術公開了基于透鏡陣列成像的圖像處理方法、裝置及成像系統(tǒng)。該圖像處理方法主要包括：S100對各子透鏡生成的像圓，每一距離矩陣的元素集合與相應每一像圓的外接四邊形大小相同；S200基于像圓的距離矩陣,建立一個對各元素賦予權重系數(shù)的中間系數(shù)矩陣；S300將各像圓相應的中間系數(shù)矩陣按照各像圓之間預設的拼接間距依次排列和疊加形成多個呈陣列排列的子塊后,生成圖像拼接矩陣；S400對每一像圓，獲取加權像圓；S500將各加權像圓按照預設的拼接間距,依次排列、疊加生成場景拼接圖像。本發(fā)明專利技術通過對透鏡陣列所成初始圖像的重疊區(qū)域進行處理，在子圖像拼接成最終完整圖像時不會出現(xiàn)失真，提高了透鏡陣列的成像質量。

Image processing method, device and imaging system based on lens array imaging

The invention discloses an image processing method, a device and an imaging system based on a lens array imaging. The image processing method includes: S100 of each lens generated as a circle, each set of elements and the corresponding distance matrix of each circle like external quadrilateral S200 the same size; as the distance matrix based on the circle, the establishment of a given weight coefficient of each element in the middle of the S300 coefficient matrix; as a corresponding intermediate coefficient matrix according to the distance between the preset circle like splicing are arranged and superimposed to form a plurality of sub blocks are arranged in arrays, generating image mosaic S400 matrix; for each round like, like S500 will obtain a weighted round; the weighted round according to the preset splicing space, are respectively arranged, the superimposed image mosaic scene. The invention processes the overlapping area of the initial image of the lens array, and does not distort when the sub image is spliced into the final complete image, thereby improving the imaging quality of the lens array.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
基于透鏡陣列成像的圖像處理方法、裝置及成像系統(tǒng)
本專利技術涉及圖像處理
，尤其涉及一種基于透鏡陣列成像的圖像處理方法、裝置及成像系統(tǒng)。
技術介紹
透鏡陣列是一種包含有多個呈陣列排布的子透鏡的光學器件，現(xiàn)已廣泛應用于光場相機、復眼相機以及大視野的顯微相機中。其子透鏡在透鏡陣列內以有序的、等間隔的方形\矩形陣列形式排布。每個子透鏡都可以對自身視野范圍內的物體成像，每個子透鏡所呈圖像稱作子圖像。因此透鏡陣列在一次成像中得到的像圖(通過透鏡陣列后成像得到的初始圖像)內包含了多個子圖像，且子圖像在像圖內的排布形式對應子透鏡在透鏡陣列內的排布形式。透鏡陣列成像的任務是對包含有多個子圖像的像圖進行處理，最終輸出的結果是由子圖像拼接形成的完整圖像。在透鏡陣列成像后進行圖像拼接時，常常從子圖像中選取一個適當大小的圓形區(qū)域也叫作像圓來完成拼接，相鄰的像圓會產(chǎn)生部分重疊區(qū)域，如何處理重疊區(qū)域內的圖像，使之在相鄰的像圓間自然過渡、無失真感，這也是影響微透鏡陣列成像質量的一個關鍵步驟。現(xiàn)有技術中，一種處理重疊區(qū)域內圖像的方法是在重疊區(qū)域內，每個像素點的取值為該像素點在相鄰的像圓內的取值的平均值(下文中將把這種方法稱為“重疊區(qū)域平均加權融合”)。具體舉例來說，在一種情況下，若重疊區(qū)域為相鄰兩個像圓重疊形成(此時重疊區(qū)域形狀為葉形)，則該重疊區(qū)域內的像素點的取值為相鄰兩個像圓內該像素點的對應點的取值的平均值。在另一種情況下，若重疊區(qū)域為相鄰四個像圓重疊形成(此時重疊區(qū)域形狀為凸邊正方形)，則該重疊區(qū)域內的像素點的取值為相鄰四個像圓內該像素點的對應點的取值的平均值。這種方法具有計算簡便的優(yōu)點，但當像圓內光照不均勻、或像圓邊緣圖像畸變較大、成像質量不佳時，重疊區(qū)域平均加權融合的效果將存在較大失真，導致最終成像質量較差。
技術實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術提供一種基于透鏡陣列成像的圖像處理方法、圖像處理裝置以及成像系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術中在子圖像拼接成最終完整圖像時出現(xiàn)失真，而導致成像質量不佳的問題。本專利技術提供一種基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，所述透鏡陣列包括多個呈陣列排布的子透鏡，其中，所述圖像處理方法包括以下步驟：S100建立距離矩陣步驟：對各子透鏡生成的像圓，每一所述距離矩陣的元素集合與相應每一所述像圓的外接四邊形大小相同,所述距離矩陣內的各元素的值為該元素對應的像素至所述像圓圓心的距離；S200基于所述像圓的所述距離矩陣,建立一個對各元素賦予權重系數(shù)的中間系數(shù)矩陣，每一像圓的所述距離矩陣對應一中間系數(shù)矩陣；S300將各像圓相應的所述中間系數(shù)矩陣按照各像圓之間預設的拼接間距依次排列和疊加形成多個呈陣列排列的子塊后,生成圖像拼接矩陣，所述圖像拼接矩陣中的每一子塊對應一像圓；S400對每一像圓，利用所述像圓所對應的中間系數(shù)矩陣中各元素的值與從所述圖像拼接矩陣中取出對應各像圓位置的子塊之間的關系獲取加權像圓；S500將各所述加權像圓按照所述預設的拼接間距,依次排列、疊加生成場景拼接圖像。本專利技術還提供一種基于透鏡陣列成像的圖像處理裝置，所述透鏡陣列包括多個呈陣列排布的子透鏡，其特征在于，所述圖像處理裝置包括：距離矩陣建立模塊，用于對各子透鏡生成的像圓，每一所述距離矩陣的元素集合與相應每一所述像圓的外接四邊形大小相同,所述距離矩陣內的各元素的值為該元素對應的像素至所述像圓圓心的距離；中間系數(shù)矩陣建立模塊，用于基于所述像圓的所述距離矩陣,建立一個對各元素賦予權重系數(shù)的中間系數(shù)矩陣，每一像圓的所述距離矩陣對應一中間系數(shù)矩陣；圖像拼接矩陣生成模塊，用于將各像圓相應的所述中間系數(shù)矩陣按照各像圓之間預設的拼接間距依次排列和疊加形成多個呈陣列排列的子塊后,生成圖像拼接矩陣，所述圖像拼接矩陣中的每一子塊對應一像圓；加權像圓獲取模塊，用于對每一像圓，利用所述像圓所對應的中間系數(shù)矩陣中各元素的值與從所述圖像拼接矩陣中取出對應各像圓位置的子塊之間的關系獲取加權像圓；場景拼接圖像生成模塊，用于將各所述加權像圓按照所述預設的拼接間距,依次排列、疊加生成場景拼接圖像。本專利技術還提供一種基于透鏡陣列成像的圖像處理裝置，所述透鏡陣列包括多個呈陣列排布的子透鏡，所述圖像處理裝置包括：圖像處理器以及存儲器；其中，所述圖像處理器調用所述存儲器中存儲的一段程序指令以執(zhí)行如前面所述的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法。本專利技術還提供一種成像系統(tǒng)，包括主透鏡、透鏡陣列和圖像處理裝置，所述透鏡陣列包括多個呈陣列排布的子透鏡，其特征在于，所述圖像處理裝置用于處理所述主透鏡、所述透鏡陣列獲取的場景圖像，所述圖像處理裝置為前面所述的基于透鏡陣列成像的圖像處理裝置。本專利技術還提供一種計算機存儲介質，包括與具有透鏡陣列結合使用的計算機程序，所述透鏡陣列包括呈陣列排布的子透鏡，所述計算機程序可被圖像處理器執(zhí)行以完成以下步驟：S100建立距離矩陣步驟：對各子透鏡生成的像圓，每一所述距離矩陣的元素集合與相應每一所述像圓的外接四邊形大小相同,所述距離矩陣內的各元素的值為該元素對應的像素至所述像圓圓心的距離；S200基于所述像圓的所述距離矩陣,建立一個對各元素賦予權重系數(shù)的中間系數(shù)矩陣，每一像圓的所述距離矩陣對應一中間系數(shù)矩陣；S300將各像圓相應的所述中間系數(shù)矩陣按照各像圓之間預設的拼接間距依次排列和疊加形成多個呈陣列排列的子塊后,生成圖像拼接矩陣，所述圖像拼接矩陣中的每一子塊對應一像圓；S400對每一像圓，利用所述像圓所對應的中間系數(shù)矩陣中各元素的值與從所述圖像拼接矩陣中取出對應各像圓位置的子塊之間的關系獲取加權像圓；S500將各所述加權像圓按照所述預設的拼接間距,依次排列、疊加生成場景拼接圖像。為達成上述目的，本專利技術提出的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法、裝置及成像系統(tǒng)，通過對透鏡陣列所成初始圖像的重疊區(qū)域進行處理，在子圖像拼接成最終完整圖像時不會出現(xiàn)失真，提高了透鏡陣列的成像質量。附圖說明圖1為本專利技術實施方式一的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法的流程示意圖。圖2為圖1中步驟S100的流程示意圖。圖3為圖1中步驟S200的流程示意圖。圖4為圖1中步驟S300的流程示意圖。圖4(a)為圖像拼接矩陣的圖像化表達示意圖。圖5為圖1中步驟S400的流程示意圖。圖5(a)為疊加矩陣的圖像化表達示意圖。圖5(b)為權重矩陣的圖像化表達示意圖。圖5(c)為左上角像圓初始圖與其加權像圓圖在圖像化表達下的對比示意圖。圖5(d)為中心處像圓初始圖與其加權像圓圖在圖像化表達下的對比示意圖。圖5(e)為右下角像圓初始圖與其加權像圓圖在圖像化表達下的對比示意圖。圖6為圖1中步驟S500的流程示意圖。圖6(a)為場景拼接圖像的示意圖。圖7為本專利技術實施方式二的基于透鏡陣列成像的圖像處理裝置的結構示意圖。圖8為本專利技術實施方式三的基于透鏡陣列成像的圖像處理裝置的結構示意圖。圖9為本專利技術實施方式四的成像系統(tǒng)的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細說明。需要說明的是，如果不沖突，本專利技術實施例以及實施例中的各個特征可以相互結合，均在本專利技術的保護范圍之內。請參見圖1，圖1為本專利技術較佳實施方式的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法的流程示意圖。如圖1所示，本專利技術較佳實施方式的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，其中，透鏡陣列包括多個本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，所述透鏡陣列包括多個呈陣列排布的子透鏡，其特征在于，所述圖像處理方法包括以下步驟：S100建立距離矩陣步驟：對各所述子透鏡生成的像圓，每一所述距離矩陣的元素集合與相應每一所述像圓的外接四邊形大小相同,所述距離矩陣內的各元素的值為該元素對應的像素至所述像圓圓心的距離；S200基于所述像圓的所述距離矩陣,建立一個對各元素賦予權重系數(shù)的中間系數(shù)矩陣，每一像圓的所述距離矩陣對應一中間系數(shù)矩陣；S300將各像圓相應的所述中間系數(shù)矩陣按照各像圓之間預設的拼接間距依次排列和疊加形成多個呈陣列排列的子塊后,生成圖像拼接矩陣，所述圖像拼接矩陣中的每一子塊對應一像圓；S400對每一像圓，利用所述像圓所對應的中間系數(shù)矩陣中各元素的值與從所述圖像拼接矩陣中取出對應各像圓位置的所述子塊之間的關系獲取加權像圓；S500將各所述加權像圓按照所述預設的拼接間距,依次排列、疊加生成場景拼接圖像。

【技術特征摘要】
1.一種基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，所述透鏡陣列包括多個呈陣列排布的子透鏡，其特征在于，所述圖像處理方法包括以下步驟：S100建立距離矩陣步驟：對各所述子透鏡生成的像圓，每一所述距離矩陣的元素集合與相應每一所述像圓的外接四邊形大小相同,所述距離矩陣內的各元素的值為該元素對應的像素至所述像圓圓心的距離；S200基于所述像圓的所述距離矩陣,建立一個對各元素賦予權重系數(shù)的中間系數(shù)矩陣，每一像圓的所述距離矩陣對應一中間系數(shù)矩陣；S300將各像圓相應的所述中間系數(shù)矩陣按照各像圓之間預設的拼接間距依次排列和疊加形成多個呈陣列排列的子塊后,生成圖像拼接矩陣，所述圖像拼接矩陣中的每一子塊對應一像圓；S400對每一像圓，利用所述像圓所對應的中間系數(shù)矩陣中各元素的值與從所述圖像拼接矩陣中取出對應各像圓位置的所述子塊之間的關系獲取加權像圓；S500將各所述加權像圓按照所述預設的拼接間距,依次排列、疊加生成場景拼接圖像。2.如權利要求1所述的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，其特征在于，所述步驟S100具體包括：S110獲取各子透鏡生成的像圓，包括各像圓的圓心、半徑和各像圓的外接四邊形的大小；S120計算所述外接四邊形內各像素至所述像圓圓心的距離作為所述距離矩陣的各對應元素的值。3.如權利要求2所述的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，其特征在于，所述步驟S200具體包括：S210判斷所述距離矩陣中各元素對應的像素位于所在像圓內還是所在像圓外；S220分別對對應所述像圓外像素的元素賦值和所述像圓內像素的元素賦予權重值，建立所述中間系數(shù)矩陣。4.如權利要求3所述的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，其特征在于，所述步驟S220具體包括：S221構造一個單調遞減函數(shù)f(x)＝y(tǒng)或常值函數(shù)f(x)＝c，其中，y＞0，c為大于0的恒定常數(shù)，r為所述像圓半徑，所述單調遞減函數(shù)表征各元素對應的像素與對應像圓圓心距離x與該元素的權重值y之間的關系，x越小，表明距離對應像圓圓心越近，則權重值y越大；S222依據(jù)所述單調遞減函數(shù)f(x)＝y(tǒng)或常值函數(shù)f(x)＝c，確定所述中間系數(shù)矩陣的各元素值mij＝f(dij)*δij，其中，dij表示各元素對應的像素距離像圓圓心的距離，δij為一個符號函數(shù)，用于表征各元素對應像素位于對應像圓內還是像圓外，在像圓外取值為0，在像圓內取值為1；S230依次排列對應所述距離矩陣的中間系數(shù)矩陣的各元素值，生成所述中間系數(shù)矩陣。5.如權利要求1所述的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，其特征在于，所述步驟S300具體包括：S310將全部中間系數(shù)矩陣按照各像圓之間的預設拼接間距依次排列；S320獲取相鄰中間系數(shù)矩陣的重疊區(qū)域，所述重疊區(qū)域內的元素的取值為所述相鄰兩個中間系數(shù)矩陣的各自對應位置處的元素值疊加后的總值；S330生成所述圖像拼接矩陣。6.如權利要求5所述的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，其特征在于，所述步驟S400具體包括：S410對每一像圓，從所述圖像拼接矩陣中取出對應所述像圓的子塊，記為所述像圓的疊加矩陣；S420依據(jù)各所述中間系數(shù)矩陣中各元素的值與相應所述疊加矩陣中對應元素的值之間的比值獲取生成的權重矩陣中各元素的權重值；S430獲取各所述像圓中的各元素值與對應的權重矩陣中各對應元素的權重值的乘積，之后生成所述加權像圓。7.如權利要求6所述的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，其特征在于，所述步驟S500具體包括：S510將所述加權像圓按照所述預設的拼接間距依次排列；S520在相鄰兩個所述加權像圓的重疊區(qū)域內，各像素點的取值為所述像素點在相鄰兩個所述加權像圓內的對應處取值疊加后的和值；S530生成所述場景拼接圖像。8.如權利要求4所述的基于透鏡陣列成像的圖像處理方法，其特征在于，所述單調遞減函數(shù)f(x)＝y(tǒng)可以是以下幾種中的任意一種：(1)f(x)＝r-x+ε，其中r為像圓半徑，ε為接近0的正數(shù)；(2)f(x)＝exp(-x/σ)，其中σ為正數(shù)，σ取值為0.15*r；(3)f(x)＝exp(-(x/σ)m)，其中σ、m均為正數(shù)，m小于1；(4)f(x)＝2/(1+exp(k*x))，其中k為正數(shù)，k取值為10/r。9.一種基于透鏡陣列成像的圖像處理裝置，所述透鏡陣列包括多個呈陣列排布的子透鏡，其特征在于，所述圖像處理裝置包括：距離矩陣建立模塊，用于對各子透鏡生成的像圓，每一所述距離矩陣的元素集合與相應每一所述像圓的外接四邊形大小相同,所述距離矩陣內的各元素的值為該元素對應的像素至所述像圓圓心的距離；中間系數(shù)矩陣建立模塊，用于基于所述像圓的所述距離矩陣,建立一個對各元素賦予權重系數(shù)的中間系數(shù)矩陣，每一像圓的所述距離矩陣對應一中間系數(shù)矩陣；圖像拼接矩陣生成模塊，用于將各像圓相...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李其昌，
申請(專利權)人：成都微晶景泰科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51