頻域瞬態(tài)成像方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種頻域瞬態(tài)成像方法，包括以下步驟：通過調(diào)制成像系統(tǒng)以預(yù)定頻率、預(yù)定相位對被測對象采集一組圖像集；從圖像集中提取基波圖像，并對基波圖像進行校正以得到校正后的圖像集；對校正后的圖像集進行低頻補償；對低頻補償后的校正后圖像集進行傅里葉反變換，以得到瞬態(tài)圖像。本發(fā)明的方法只需要進行線性計算，且算法的空間和時間復(fù)雜度低，可以得到高時間分辨率的瞬態(tài)圖像，并且可以有效去除系統(tǒng)誤差，得到高質(zhì)量的瞬態(tài)圖像。本發(fā)明還提供了一種頻域瞬態(tài)成像系統(tǒng)。
【專利說明】頻域瞬態(tài)成像方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)和計算機視覺【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種頻域瞬態(tài)成像方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]對于一般成像系統(tǒng)來說光速可以認為是無窮大的，因此傳統(tǒng)圖像記錄的是在光照穩(wěn)定的條件下的對象的光響應(yīng)。但是對象的光瞬態(tài)響應(yīng)包含了更多的信息。采集對象的光瞬態(tài)響應(yīng)信息的技術(shù)稱為瞬態(tài)成像。目前，瞬態(tài)成像的一種方法是采用超高速的相機，并且需要超短脈沖光源。這種方法屬于時域采集方案，缺點為所采用的超高速成像系統(tǒng)和光源非常昂貴，而且采集過程復(fù)雜非常耗時。另一種方法是采用調(diào)制成像系統(tǒng)，所需的系統(tǒng)與T0F(飛行時間)深度相機原理相同，區(qū)別在于深度相機采用固定頻率的脈沖進行成像，而瞬態(tài)成像所用的調(diào)制成像系統(tǒng)需要用多個頻率分別進行成像。這種方法屬于頻域采集方案，成像系統(tǒng)在每個工作頻率上采集的數(shù)據(jù)就是瞬態(tài)圖像的在該頻率的頻譜，通過傅里葉變換及相關(guān)去噪算法或采用優(yōu)化方法可以求解出瞬態(tài)圖像。但是，采用優(yōu)化方法求解的計算復(fù)雜度很高，難以得到高時間分辨率的結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0004]為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種頻域瞬態(tài)成像方法，該方法只需要進行線性計算，且算法的空間和時間復(fù)雜度低，可以得到高時間分辨率的瞬態(tài)圖像，并且可以有效去除系統(tǒng)誤差，得到高質(zhì)量的瞬態(tài)圖像。
[0005]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種頻域瞬態(tài)成像系統(tǒng)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的實施例提出了一種頻域瞬態(tài)成像方法，包括以下步驟:通過調(diào)制成像系統(tǒng)以預(yù)定頻率、預(yù)定相位對被測對象采集一組圖像集；從所述圖像集中提取基波圖像，并對所述基波圖像進行校正以得到校正后的圖像集；對所述校正后的圖像集進行低頻補償；對低頻補償后的校正后圖像集進行傅里葉反變換，以得到瞬態(tài)圖像。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實施例的頻域瞬態(tài)成像方法，僅僅需要進行線性計算，且算法的空間和時間復(fù)雜度低，可以得到高時間分辨率的瞬態(tài)圖像，并且可以有效去除系統(tǒng)誤差，得到高質(zhì)量的瞬態(tài)圖像。
[0008]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的頻域瞬態(tài)成像方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0009]在一些示例中，所述調(diào)制成像系統(tǒng)至少包括一個信號發(fā)生器、一個光源及一個成像系統(tǒng)。
[0010]在一些示例中，所述通過調(diào)制成像系統(tǒng)以預(yù)定頻率、預(yù)定相位對被測對象采集一組圖像集，具體包括:所述信號發(fā)生器控制所述光源以預(yù)定頻率發(fā)射方波信號，并控制所述成像系統(tǒng)的快門以相同頻率成像；獲取所述光源的控制信號與所述成像系統(tǒng)的快門的控制信號的相位差為預(yù)定相位時得到的圖像以及在相位差為滯后預(yù)定相位90°時得到的圖像，并據(jù)此組成圖像集，具體為:
toon] I '.'U.4、=廠，(/? +.//.(.,(./?
[0012]其中，Ix，y(f，φ)表示圖像集，釣表示光源的控制信號與成像系統(tǒng)的快門的控制信號的相位差為預(yù)定相位時得到的圖像，/(..,(/，釣表示光源的控制信號與成像系統(tǒng)的快門的控制信號的相位差為滯后預(yù)定相位90°時得到的圖像，j為虛數(shù)符號，f為預(yù)定頻率，Φ為預(yù)定相位。
[0013]在一些示例中，所述從所述圖像集中提取基波圖像，具體包括:

【權(quán)利要求】
1.一種頻域瞬態(tài)成像方法，其特征在于，包括以下步驟: 通過調(diào)制成像系統(tǒng)以預(yù)定頻率、預(yù)定相位對被測對象采集一組圖像集； 從所述圖像集中提取基波圖像，并對所述基波圖像進行校正以得到校正后的圖像集； 對所述校正后的圖像集進行低頻補償； 對低頻補償?shù)男Ｕ髨D像集進行傅里葉反變換，以得到瞬態(tài)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻域瞬態(tài)成像方法，其特征在于，所述調(diào)制成像系統(tǒng)至少包括一個信號發(fā)生器、一個光源及一個成像系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利求2所述的頻域瞬態(tài)成像方法，其特征在于，所述通過調(diào)制成像系統(tǒng)以預(yù)定頻率、預(yù)定相位對被測對象采集一組圖像集，具體包括: 所述信號發(fā)生器控制所述光源以預(yù)定頻率發(fā)射方波信號，并控制所述成像系統(tǒng)的快門以相同頻率成像； 獲取所述光源的控制信號與所述成像系統(tǒng)的快門的控制信號的相位差為預(yù)定相位時得到的圖像以及在相位差為滯后預(yù)定相位90°時得到的圖像，并據(jù)此組成圖像集，具體為:
， 其中，ix，y(f，Φ)表示圖像集，/!_.,.(/肩表示光源的控制信號與成像系統(tǒng)的快門的控制信號的相位差為預(yù)定相位時得到的圖像，<//，妁表示光源的控制信號與成像系統(tǒng)的快門的控制信號的相位差為滯后預(yù)定相位90°時得到的圖像，j為虛數(shù)符號，f為預(yù)定頻率，Φ為預(yù)定相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻域瞬態(tài)成像方法，其特征在于，所述從所述圖像集中提取基波圖像，具體包括:
其中，Ipxy (f)表示基波圖像，Ix y(f，k<i)s)表示采集得到的圖像集，cos 表示余弦
’ ’函數(shù)，K表示采集圖像時確定的相位總數(shù)，k表示相位序號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的頻域瞬態(tài)成像方法，其特征在于，還包括: 在對所述基波圖像進行校正前，對所述調(diào)制成像系統(tǒng)進行標(biāo)定，具體包括: 在所述調(diào)制成像系統(tǒng)前放置一個表面均勻的漫反射板； 對所述漫反射板進行數(shù)據(jù)采集，得到一組圖像，記作Cx，y(f，Φ)； 根據(jù)如下參數(shù)化模型擬合得到參數(shù)An(f)和<(/):
其中，An(f)表示光源信號的基波和η次諧波的幅值，<(/)表示光源信號的基波和η次諧波的相移，η為諧波階次，exp為指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)符號。
6.一種頻域瞬態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，包括:采集模塊，所述采集模塊通過調(diào)制成像系統(tǒng)以預(yù)定頻率、預(yù)定相位對被測對象采集一組圖像集； 校正模塊，所述校正模塊用于從所述圖像集中提取基波圖像，并對所述基波圖像進行校正以得到校正后的圖像集； 補償模塊，所述補償模塊用于對所述校正后的圖像集進行低頻補償； 生成模塊，所述生成模塊用于對低頻補償后的校正后圖像集進行傅里葉反變換，以得到瞬態(tài)圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的頻域瞬態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)制成像系統(tǒng)至少包括一個信號發(fā)生器、一個光源及一個成像系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的頻域瞬態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述采集模塊通過調(diào)制成像系統(tǒng)以預(yù)定頻率、預(yù)定相位對被測對象采集一組圖像集，具體包括: 所述信號發(fā)生器控制所述光源以預(yù)定頻率發(fā)射方波信號，并控制所述成像系統(tǒng)的快門以相同頻率成像； 獲取所述光源的控制信號與所述成像系統(tǒng)的快門的控制信號的相位差為預(yù)定相位時得到的圖像以及在相位差為滯后預(yù)定相位90°時得到的圖像，并據(jù)此組成圖像集，具體為:
其中，Ix，y(f，φ)表示圖像集，&,.(/，妁表示光源的控制信號與成像系統(tǒng)的快門的控制信號的相位差為預(yù)定相位時得到的圖像，<//，釣表示光源的控制信號與成像系統(tǒng)的快門的控制信號的相位差為滯后預(yù)定相位90°時得到的圖像，j為虛數(shù)符號，f為預(yù)定頻率，Φ為預(yù)定相位。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的頻域瞬態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述校正模塊通過以下公式從所述圖像集中提取基波圖像:
其中，IPx，y(f)表示基波圖像，Ix，y(f，kcts)表示采集得到的圖像集，表示余弦函數(shù)，K表示采集圖像時確定的相位總數(shù)，k表示相位序號。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一項所述的頻域瞬態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述校正模塊還用于在對所述基波圖像進行校正前，對所述調(diào)制成像系統(tǒng)進行標(biāo)定，具體包括: 在所述調(diào)制成像系統(tǒng)前放置一個表面均勻的漫反射板； 對所述漫反射板進行數(shù)據(jù)采集，得到一組圖像，記作Cx，y(f，Φ)； 根據(jù)如下參數(shù)化模型擬合得到參數(shù)An(f)和<(/):
= ΣΑ?..ηοχρ\-Αηφ-φ；；(/)]}，

η~\ 其中，An(f)表示光源信號的基波和η次諧波的幅值，<(.0表示光源信號的基波和η次諧波的相移，η為諧波階次，exp為指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)符號。
【文檔編號】H04N13/02GK104168423SQ201410423174
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】戴瓊海, 林靖宇 申請人:清華大學(xué)