面向计算成像的旋转编码光圈方法

摘要

在光学成像中，相机透镜组引起的光线变向特性使得位于不同深度的物体在传感器上成像的清晰度存在着很大差异。光学成像中由于散焦而导致的图像模糊是至今仍无法完全解决的难题。作为计算摄像学的一个分支，编码光圈技术是用于解决图像失焦模糊造成的深度估计和景深扩展问题的有效方法之一。
　　本文提出旋转编码光圈的新思路去解决深度估计和全聚焦图像复原问题，在恢复结果的准确度和编码光圈系统集成的友好实现方面，超越现有多编码光圈成像方法。论文的工作成果和创新点如下：
　　1.研究编码光圈模式和深度估计与图像恢复之间的相关特性，提出旋转编码光圈方式。所提的旋转编码光圈模式通过优化编码模式提高过零点的分辨率，并借助多次旋转的频域互补特性扩展了成像系统的频谱带宽，从而同时提升深度估计精度与景深扩展性能。
　　2.提出旋转编码光圈的性能优化评价指标。根据旋转编码光圈深度估计与图像复原的性能需求，以广义维纳反卷积方法为基础，通过最大后验概率提出一个关于衡量编码光圈性能的优化模型。
　　3.提出旋转编码光圈优化模型的数值算法。首先采用遗传算法对旋转角度与编码模式进行联合优化，获得低分辨率的旋转编码光圈；进而采用多尺度的坐标下降法提高旋转编码光圈的分辨率。
　　4.评测本文方法与传统编码光圈的深度和图像恢复能力，合成测试数据集，构建旋转编码光圈系统原型。合成数据上的评测结果表明，与编码光圈对、旋转单编码光圈、旋转圆形光圈相比，旋转编码光圈的深度估计和景深扩展性能都得到明显改善。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文组织结构

第2章 编码光圈成像技术简介

2.1 计算摄像学基础

2.2 失焦模糊成像数学模型及评价标准

2.3 本章小结

第3章 旋转编码光圈的优化模型与方法

3.1 基于空间编码的成像模型

3.2 旋转编码光圈评价指标

3.3 旋转编码光圈码型优化方法

3.4 本章小结

第4章 基于旋转编码光圈的深度估计和景深扩展方法

4.1 基于旋转编码光圈的深度估计方法(DFD)

4.2 基于旋转编码光圈的景深扩展方法(DFE)

4.3 旋转编码光圈的仿真结果

4.4 旋转编码光圈成像原型与结果

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢