Статические способы увеличения глубины резкости...
Post on 25-Feb-2016
72 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
1
Статические способы увеличения глубины
резкости оптико-цифровых регистраторов
изображения
Басов И.В., Краснобаев А.А
2
Структура доклада
1. Актуальность2. Понятие глубины резкости, PSF, MTF3. Система с кодирующей апертурой4. Система с кубической фазовой маской5. Система с переносом резкости по
цветовым каналам6. Сравнение систем
3
Наблюдение протяженных объектов, изменяющихся во времени
Объективы для микроскопии
Сканеры штрих-кодов
4
Глубина резкости (DOF)
• Если пара «пятен рассеяния» для интересующих соседних точек объекта может быть различена приемником излучения (ПИ) – объект «в фокусе»
• Интервал в котором объекты попадают «в фокус» - «глубина резкости»• Изменяя диафрагму можно менять пятно рассеяния
A B A’ B’
OO’
5
Функция рассеяния точки (ФРТ, PSF); функция передачи модуляции (ФПМ, MTF)
( ) | { ( )}|MTF u F PSF x
PSF (3D)
PSF – импульсный отклик оптической системы
MTF – зависимость контраста от пространственной частоты
6
Модификация оптики
Обычно: PSF-?
Рассмотренные ниже методы:форма пятна и зависимость от дефокусировки задается специальным образом с помощью доработки объектива
Объект Матрицацифроваяфильтрация
Объектив +
!
Резкое
изображение
7
Системы с кодированной апертурой
y = fk ● x Y = Fk · X,x - резкое изображение,fk – пятно размытия - ядро масштаба k (зависит
от величины дефокусировки),y – изображение в плоскости сенсора, ● - операция свертки.
Fk(un) = 0 → Y(un) = 0 Кодирование:
→ Нулевым значениям полученного изображения в частотной области можно сопоставить масштаб фильтра и глубину расположения предмета на наблюдаемой сцене
8
Восстановление изображения
FFT
Нули спектра
Масштаб ядра M, дистанция L
Восстановление изображения
9
Система с размытием не зависящим от дефокусировки (с кубической фазовой маской)
MTF = const ≠ f (v), MTF ≠ 0
v – величина дефокусировки
Объект МатрицаИнверснаяфильтрация
Объектив + Промежуточноеизображение(нерезкое повсему полю)
Резкое
изображение
10
Кубическая фазовая маска
Трехмерный профиль маски
Кубический профиль фазовой маски
3 3( , ) ( )P x y x y
2 / , характеризует материал маски
11
Ход лучей вблизи плоскости фокусировки
Традиционная оптическая система (IDOF~0.2мм)
Система с применением фазовой маски (IDOF~2мм)
12
Постоянство функции рассеяния точкиа - в плоскости
фокусировки традиционной оптической системы
b – при дефокусировке традиционной оптической системы
c, d – в плоскости фокусировки и при дефокусировке системы с кубической фазовой маской
13
Система с переносом резкости по каналам
, ,
( , ) ( , )
( , )( , ) i RGB
i R G BRGB
I x y I x y
I x yM x y
Карта резкости:
Система с преднамеренно введенной продольной хроматической аберрацией
I(x,y) – яркостное распределение i-го цветового канала изображения
14
Зоны резкости цветовых каналов
Расстояние до объекта
Диа
мет
р пя
тна
расс
еяни
я
синего зеленого красного
Зоны резкого изображения для:
15
Методика сравнения
Характеристики:- MTF = f(d), где d – дефокусировка- v = f(d) – «вырезаемые частоты» в
зависимости от дефокусировки (MTF=0.2)- Отношение С/Ш
Тест-объект – штриховая мира
max min
max min
( )I I
MTF uI I
16
Сравнение методов. MTF = f(d)
Синий – с кубической маскойЖелтый – с кодированной апертуройv – пространствнная частота, пар линий/мм,d - дефокусировка
d = 0.55mm d = 1.1mm
d = 2.2mm
v
MTF
17
Сравнение методов. Области частот для которых MTF<0.2
Синий – с кубической маскойЖелтый – с кодированной апертурой
d = 2.2mm
v
d
18
Сравнение методов. С/Ш
d
SNR
Синий – с кубической маскойЖелтый – с кодированной апертурой
19
Таблица сравнения способовСпособ /
ХарактеристикаАлгоритм
восстановленияОсобенности MAX
расширение глубины
резкости, разПеренос
резкости по цветовым каналам
Основан на априорных данных об оптическом
тракте
Эффективен только для
многоцветных объектов
Зависит от объектива и
спектра объекта
Кубическая маска
Инверсный фильтр
Сложность изготовления
маски
~4; ограничена динамическим
диапазоном (ДД) регистратора
Кодированная апертура
Многоитерационные нелинейные /
основанные на статистических особенностях
изображения сцены
ФРТ объектива как правило
изменяется по полю
~10; ограничена вычислителем и ДД регистратора
20
Список основных источниковСистема с кубической фазовой маской:1) “Extended depth of field through wave-front coding”, W.T.Cathey, E.R.Dowski, APPLIED
OPTICS, выпуск 34, №11, 1995г.2) US7436595 – Оптические системы с расширенной глубиной поля зрения, W.T.Cathey,
E.R.Dowski, 2008г.3) US6842297 – Оптика кодирования волнового фронта, E.R.Dowski, 2005г.4) “New paradigm for imaging systems”, W.T.Cathey, E.R.Dowski, APPLIED OPTICS, выпуск
41, №29, 2002г.5) Сайт www.colorado.edu
Система с кодированной апертурой:1) A.Levin, R.Fergus, F. Durand, W. T. Freeman «Image and Depth from a Conventional
Camera with a Coded Aperture», Massachusetts Institute of Technology, Computer Science and Articial Intelligence Laboratory.
2) US6737652 – Получение изображений с помощью кодированной апертуры, R.C.Lanza, R.Accorsi, F.Gasparini, 2004г.
3) “Coded Aperture Projection”, M. Grosse, O. Bimber, Bauhaus-University Weimar (www.uni-weimar.de/)
4) “Coded Aperture”, Computational Photography, выпуск 07, 2008г., Thai Hoa
Система с переносом резкости по каналам:1) F. Guichard, Hoang Phi Nguyen, R. Tessières, M. Pyanet, I. Tarchouna, F. Cao
”Extended depth-of-field using sharpness transport across color channels” DxO Labs, 3 Rue Nationale, 92100 Boulogne, France.
21
Конец
счастливый
top related