用于确定场景相关电磁场的复振幅的方法技术

一种用于确定场景相关电磁场的复振幅的方法，包括：a）通过照相机捕获该场景的多个图像，图像聚焦在布置于不同距离的多个焦点平面，其中，所述相机包括焦距F的透镜和布置在图像空间中距透镜一定距离的传感器，从所述多个图像中挑选至少一个图像对并相应于该对中两个图像的焦点平面针对的中间平面测定对象空间中到共轭平面的累积波前。

Method for determining the complex amplitude of a scene related electromagnetic field

A method for determining the complex amplitude of scene electromagnetic field include: a) to capture multiple images of the scene through the camera, the image is focused on the layout in a number of different distance from the plane of focus, which includes the camera lens and the focal length of F layout in the image space from a certain distance from the lens sensor. The plurality of images selected at least one image on the focal plane and corresponding to two of the image in the middle plane for the determination of object space to cumulative wavefront conjugation plane.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定场景相关电磁场的复振幅的方法专利技术目的本专利技术涉及一种用于确定场景相关电磁场复振幅的方法。本专利技术的方法允许场景整体(电磁场的系数和相位)的光学重建，这允许其在各种应用中的后续使用，例如在获得场景的距离图、在3D立体模式或3D整体模式中代表场景、表示完全聚焦、光学随意相差或为光学畸变(由于折射率变化)而校正的场景中。本专利技术可应用在不同的
，包括计算摄影和自适应光学(天文学、眼科、显微镜等)。专利技术背景截至目前为止，为产生三维(立体或整体)场景图像，已经使用了从各种视角捕获场景。Orth(Orth,A.,&Crozier,K.B.(2013),Lightfieldmomentimaging,Opticsletters,38(15),2666-2668)使用光场的时刻成像方法从在变换域中工作的两个散焦图像产生的立体(非整体)图像。Park(Park,J.H.,Lee,S.K.,Jo,N.Y.,Kim,H.J.,Kim,Y.S.,&Lim,H.G.(2014),Lightrayfieldcaptureusingfocalplanesweepinganditsopticalreconstructionusing3Ddisplays,OpticsExpress,22(21),25444-25454)提出应用到光场的滤波反投影算法，使得3D立体和整体图像从场景的散焦图像创建。在这种情况下，散焦图像(强度)是变换空间中光场的不同角度的多个部分。获取少数散焦图像在光线不足的场景中是最适合的。但是，在散焦图像很少的变换域中工作由于在一定的空间频率中缺乏信息，会导致模糊。曲率传感器在光瞳中从两个散焦图像中检索波前相位。由VanDam和Lane(VanDam,M.A.,&Lane,R.G.(2002),Wave-frontsensingfromdefocusedimagesbyuseofwave-frontslopes,Appliedoptics,41(26),5497-5502)提出的几何传感器还在光瞳中从两个散焦图像中检索波前相位。然而，光瞳中波前相位的测量只允许在光轴中校正像差。
技术实现思路
前述问题通过根据权利要求1的方法和根据权利要求10的装置的方式来解决。从属权利要求限定了本专利技术优选的实施方案。本专利技术的第一方面限定了用于确定场景相关电磁场的复振幅的方法，包括以下步骤：a)通过照相机的方式捕获该场景的多个图像，图像在布置在不同距离的多个焦点平面聚焦，其中，所述相机包括焦距F的透镜和布置在图像空间中距透镜一定距离的传感器；b)从所述多个图像中挑选至少一个图像对并相应于该对中两个图像的焦点平面针对的中间平面测定对象空间中到共轭平面的累积波前，按确定波前W(x,y)，其中{Zp(x，y)}是一组预定的多项式，且N是展开式中使用的多项式的个数，其中系数dj通过解方程组的方式确定：其中2z是该对中两个图像的焦点平面之间的距离，其中{(u1X(j)，u1Y(k))，j，k＝1...T}是属于该对中第一图像的点，{(u2X(j)，u2Y(k))，j，k＝1...T}是属于该对中第二图像的点，从而对于每个1≤j，k≤T，下式被验证和其中s(j)是0和1之间的值的实数序列，每个1≤j≤T单调递增，其中fXY是二维密度函数，其考虑光子发生的可能性并在每个情况下通过该对中相应图像的归一化强度I(x,y)确定，即：本专利技术允许不仅从单个视角拍摄的场景的散焦图像产生三维图像，而且产生场景的断层相位分布。这是指不使用不同视角的情况下具有整体地包含在场景中的电磁场，这在全光光场捕获相机中发生，具有在得到的最终光学分辨率上的后续改进，这在全光相机的情况下受限于每个视角相关的子孔径的直径。在本专利技术的上下文中，应当理解的是，多个图像是大于或等于二的若干图像。用于捕获图像的照相机对应传统光学系统，且其包括单个透镜或透镜系统、在固定或可变焦距(隐约地)处工作，和在图象空间中距光学系统一定距离布置的传感器。由摄像机捕获的图像是不同平面内的共轭图像。每个图像包括聚焦元素(那些布置在图像的焦点平面的元素)和散焦元素(那些布置在图像的焦点平面前面和后面的元素)。根据本专利技术的方法，来自多个捕获图像的每个图像对允许确定到与跟随凸透镜经典规则的采集位置共轭的湍流层的积累的波前相位。因此，通过减去在不同共轭距离得到的每对图像对的贡献，发现在波前相位图的该距离处的相位成像方面的湍流值。因此，当多个图像仅包括两个图像时，本专利技术的方法允许从相关散焦图像对的共轭距离处的单个平面上得到波前。在优选的实施方式中，每个选取的图像对的两个图像分别在聚焦的两侧上拍摄。在优选的实施方式中，每个选取的图像对的两个图像从焦点两侧上对称的距离拍摄。然而，本专利技术的方法对任何散焦图像对是有效的。本专利技术的方法是基于使用大型对象的散焦图像而不是使用例如Shack-Hartmann或四棱锥传感器的传统二维相传感器的湍流层取向的多元共轭断层摄影(取向层MCAO)的方法。本专利技术的方法允许确定来自其捕获的散焦图像的场景相关电磁场的复振幅，即使是使用单个透镜和单个视角而无需用于在光路中具有微透镜阵列的捕获的照相机实时(在带有大气湍流的可见范围内工作的情况下小于10ms，在视频情况下每秒24张图像等)获取。在一个实施方式中，波前通过表达式：确定其中每个0≤p，q≤N–1。有利地，在此实施方式中，检索到展开为复指数函数的二维波前，该二维波前允许直接得到波前相位水平和垂直斜率的笛卡尔分布以及因此常规斜率积分方法的使用，例如Hudgin或傅立叶变换过滤。在一个实施方式中，为多个图像对确定累积的波前。在一个实施方式中，该方法还包括确定对象空间的两个平面之间的相移作为积累的波前与所述确定平面的差。优选地，为多个平面确定相移。本专利技术允许通过在测量域(未在变换域中)与散焦图像以及波前相位的断层检索工作来得到整体(系数和相位)电磁场，而不仅是其强度。有利地，定义在测量域中的工作的结果比在变换域中的工作的结果好得多，其中当从很少的散焦图像开始时，在一定空间频率中缺乏信息会导致模糊。在光线不足的情况下最适合的是采集少数散焦图像。与来自仅在光瞳检索波前相位的领域状态的方法相比，本专利技术具有的层析成像地从场景获取的最适合的该组散焦图像检索波前相位的优点。波前相位的断层测量允许在入射光瞳的整个视野中校正像差。在一个实施方式中，该方法还包括从选自多张捕获的图像的P张图像在M值而不是u处确定在距离F聚焦的光场(L)的值，M≤P，该光场的值验证方程组:其中P是考虑用于确定光场的图像数目，F是透镜的焦距，LF是在距离F聚焦的光场的值，αjF是图像j的焦距且Ij(x)是图像j的强度，且其中[x]表示最接近x的整数，对每个图像j且1≤j≤P得到结果，在值uj评估的光场LF(x)由拟合造成，即相应于值uj的光场的视图，其中x和u分别是传感器中和照相机的透镜中确定位置的二维矢量。尽管已经描述结合用于确定根据本专利技术第一方面的波前相位方法确定光场，确定光场的方法可以单独进行。因此，本专利技术的另一个方面提供了用于确定光场的方法，该方法包括：a)通过照相机的方式捕获该场景的多个图像，图像在布置在不同距离的多个焦点平面聚焦，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定场景相关的电磁场的复振幅的方法，包括以下步骤：a)通过照相机捕获场景的多个图像，图像聚焦在布置于不同距离的多个焦点平面，其中，所述相机包括焦距F的透镜和布置在图像空间中距透镜一定距离的传感器，b)从所述多个图像中挑选至少一个图像对并相应于所述对中两个图像的焦点平面针对的中间平面测定对象空间中到共轭平面的累积波前，按

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 ES P2014319001.一种用于确定场景相关的电磁场的复振幅的方法，包括以下步骤：a)通过照相机捕获场景的多个图像，图像聚焦在布置于不同距离的多个焦点平面，其中，所述相机包括焦距F的透镜和布置在图像空间中距透镜一定距离的传感器，b)从所述多个图像中挑选至少一个图像对并相应于所述对中两个图像的焦点平面针对的中间平面测定对象空间中到共轭平面的累积波前，按确定波前W(x,y)，其中{Zp(x，y)}是一组预定的多项式，且N是展开式中使用的多项式的个数，其中系数dj通过解方程组的方式确定：其中2z是该对中两个图像的焦点平面之间的距离，其中{(u1X(j)，u1Y(k))，j，k＝1...T}是属于所述对中第一图像的点，{(u2X(j)，u2Y(k))，j，k＝1...T}是属于所述对中第二图像的点，其中每个1≤j，k≤T，下式被验证和其中s(j)是0和1之间的值的实数序列，对于每个1≤j≤T单调递增，其中fXY是二维密度函数，其考虑光子发生的可能性并在每个情况下通过所述对中相应图片的归一化强度I(x,y)确定，即：

【专利技术属性】
技术研发人员：何塞·曼努埃尔·罗德里格斯拉莫斯，霍纳斯·菲利普吕克，胡安·曼努埃尔·特鲁希略塞维利亚，胡安·何塞·费尔南德斯巴尔迪维亚，
申请(专利权)人：拉古纳大学，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES