轴对称光学成像并行仿真方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及光学成像和图像处理技术领域，特别涉及一种轴对称光学成像并行仿真方法及装置，其中，方法包括：获取多光谱场景的多光谱数据；根据多光谱数据得到光线的辐亮度在不同波长下的分布；基于光线的辐亮度在不同波长下的分布，利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，得到每个波长下的光谱在像面上的照度。由此，解决了相关技术中无法控制得到的像与实际拍摄产生的像的近似度，导致与实际成像不符、参考图像有失真或质量不可控，从而降低了成像的准确性的技术问题。确性的技术问题。确性的技术问题。

Parallel simulation method and device of axisymmetric optical imaging

【技术实现步骤摘要】
轴对称光学成像并行仿真方法及装置


[0001]本申请涉及光学成像和图像处理
，特别涉及一种轴对称光学成像并行仿真方法及装置。

技术介绍

[0002]相关技术中，通过将高质量相机拍摄的图像当作理想参考，并将加模糊的参考图像当作像，从而用户直接得到传感器输出的带有失真和噪声的电压数据的同时，也可以得到无损的场景图像以及光线透过镜头在传感器上呈现的无噪声的像，进而在使高质量图像上加模糊模拟像的方法成为当前的主流。
[0003]然而，相关技术中，由于将高质量图像上加模糊的参考图像当作像，无法控制得到的像与实际拍摄产生的像接近，导致与实际成像不符、参考图像有失真或质量不可控，从而降低了成像的准确性，无法满足轴对称光学成像的需求，亟待解决。

技术实现思路

[0004]本申请是基于专利技术人对以下问题和认识作出的：
[0005]如图1所示，轴对称光学成像系统通常由光学镜头、传感器和图像处理三个主要模块组成，光学镜头将场景中的光谱信息映射到像面，传感器位于像面并将像面上的光信号转换成电压信号，图像处理模块将电压转换成适于人眼观看的图像。由于光线透过镜头会引入失真，且经过传感器转换的电压信号中也包含大量噪声，图像处理模块对最终图像的质量有重要影响。
[0006]在设计去噪、增强等图像处理算法的过程中，一种较为理想的情况是已知理想图像和失真图像，尤其是深度学习等由数据驱动的方法，良好的对照数据能够极大的提高算法的性能。然而，在实际的拍照过程中光学镜头和成像传感器是不可分离的，且场景的光谱数据无法直接采集，用户只能直接得到传感器输出的带有失真和噪声的电压数据，而无法得到无损的场景图像以及光线透过镜头在传感器上呈现的无噪声的像。
[0007]基于此，本申请提供一种轴对称光学成像并行仿真方法、装置、电子设备及存储介质，以解决相关技术中无法控制得到的像与实际拍摄产生的像的近似度，导致与实际成像不符、参考图像有失真或质量不可控，从而降低了成像的准确性的技术问题。
[0008]本申请第一方面实施例提供一种轴对称光学成像并行仿真方法，包括以下步骤：获取多光谱场景的多光谱数据；根据所述多光谱数据得到光线的辐亮度在不同波长下的分布；基于所述光线的辐亮度在不同波长下的分布，利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，得到每个波长下的光谱在像面上的照度。
[0009]可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，包括：导出所述轴对称镜头在目标波长下的放大倍数，一个半径方向上理想像高对应的实际像高；以所述理想像高作为自变量、所述实际像高为因变量进行9阶多项式拟合，得到第一拟合结果；根据所述第一拟合结果计算所述
目标波长的单光谱中像素点的辐亮度。
[0010]可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，包括：导出所述轴对称镜头一个半径方向上实际像高的相对亮度；以所述实际像高作为自变量、所述相对亮度为因变量进行4阶多项式拟合，得到第二拟合结果；根据所述第二拟合结果计算目标波长的单光谱中像素点的照度。
[0011]可选地，在本申请的一个实施例中，所述照度的计算公式可以为：
[0012][0013]其中，(i,j)表示像素点在直角坐标系下的坐标，ρ(i,j)表示该点在极坐标系下的半径，L'
λ
(i,j)表示畸变光谱在(i,j)点的辐亮度，T
λ
表示波长λ的透过率，f/#是镜头的fnumber，m
λ
表示镜头在波长λ下的放大倍数，R
λ
(ρ)表示4阶多项式拟合。
[0014]可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，包括：导出像面上所述目标波长的离散点的点扩散函数或者一个半径上的点扩散函数；将所述多光谱场景中的所有点经点扩散函数作用后在同一位置的散落点作为像面上的一个子图；逐个计算每个子图中每个像素点的像面照度，得到所述目标波长的光线在像面上的像。
[0015]本申请第二方面实施例提供一种轴对称光学成像并行仿真装置，包括：获取模块，用于获取多光谱场景的多光谱数据；处理模块，用于根据所述多光谱数据得到光线的辐亮度在不同波长下的分布；仿真模块，用于基于所述光线的辐亮度在不同波长下的分布，利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，得到每个波长下的光谱在像面上的照度。
[0016]可选地，在本申请的一个实施例中，所述仿真模块包括：第一导出单元，用于导出所述轴对称镜头在目标波长下的放大倍数，一个半径方向上理想像高对应的实际像高；第一拟合单元，用于以所述理想像高作为自变量、所述实际像高为因变量进行9阶多项式拟合，得到第一拟合结果；第一计算单元，用于根据所述第一拟合结果计算所述目标波长的单光谱中像素点的辐亮度。
[0017]可选地，在本申请的一个实施例中，所述仿真模块还包括：第二导出单元，用于导出所述轴对称镜头一个半径方向上实际像高的相对亮度；第二拟合单元，用于以所述实际像高作为自变量、所述相对亮度为因变量进行4阶多项式拟合，得到第二拟合结果；第二计算单元，用于根据所述第二拟合结果计算目标波长的单光谱中像素点的照度。
[0018]可选地，在本申请的一个实施例中，所述照度的计算公式可以为：
[0019][0020]其中，(i,j)表示像素点在直角坐标系下的坐标，ρ(i,j)表示该点在极坐标系下的半径，L'
λ
(i,j)表示畸变光谱在(i,j)点的辐亮度，T
λ
表示波长λ的透过率，f/#是镜头的fnumber，m
λ
表示镜头在波长λ下的放大倍数，R
λ
(ρ)表示4阶多项式拟合。
[0021]可选地，在本申请的一个实施例中，所述仿真模块还包括：第三导出单元，用于导出像面上所述目标波长的离散点的点扩散函数或者一个半径上的点扩散函数；处理单元，
用于将所述多光谱场景中的所有点经点扩散函数作用后在同一位置的散落点作为像面上的一个子图；仿真单元，用于逐个计算每个子图中每个像素点的像面照度，得到所述目标波长的光线在像面上的像。
[0022]本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的轴对称光学成像并行仿真方法。
[0023]本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的轴对称光学成像并行仿真方法。
[0024]本申请实施例可以根据多光谱场景的多光谱数据得到相机的光线的辐亮度在不同波长下的分布，并利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴对称光学成像并行仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：获取多光谱场景的多光谱数据；根据所述多光谱数据得到光线的辐亮度在不同波长下的分布；以及基于所述光线的辐亮度在不同波长下的分布，利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，得到每个波长下的光谱在像面上的照度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，包括：导出所述轴对称镜头在目标波长下的放大倍数，一个半径方向上理想像高对应的实际像高；以所述理想像高作为自变量、所述实际像高为因变量进行9阶多项式拟合，得到第一拟合结果；根据所述第一拟合结果计算所述目标波长的单光谱中像素点的辐亮度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，包括：导出所述轴对称镜头一个半径方向上实际像高的相对亮度；以所述实际像高作为自变量、所述相对亮度为因变量进行4阶多项式拟合，得到第二拟合结果；根据所述第二拟合结果计算目标波长的单光谱中像素点的照度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述照度的计算公式为：其中，(i,j)表示像素点在直角坐标系下的坐标，ρ(i,j)表示该点在极坐标系下的半径，L'
λ
(i,j)表示畸变光谱在(i,j)点的辐亮度，T
λ
表示波长λ的透过率，f/#是镜头的fnumber，m
λ
表示镜头在波长λ下的放大倍数，R
λ
(ρ)表示4阶多项式拟合。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用目标波长的辐亮度、照度和/或像根据轴对称镜头对光线的作用仿真像面上的像，包括：导出像面上所述目标波长的离散点的点扩散函数或者一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：季向阳，魏恒璐，杨楚皙，连晓聪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：