专利名称：数字成像系统，全光照光学设备及图像数据处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将plenoptic光学设备(例如，plenoptic相机)的图像合成的数字成像系统。进一步地，本发明涉及一种包括数字成像系统的光学设备，如相机设备， 扫描设备，或者显微镜设备。另外，本发明还涉及一种将数字成像系统收集的图像数据进行处理的图像数据处理方法。具体地，本发明涉及一种利用相机进行发光摄影(plenoptic相机)的系统和一种能够产生和显示图片及改变图片清晰度的方法。
背景技术：
plenoptic相机(光场相机)是一种光领域中能够采样光分布和光方向的相机。 基于这些信息，图像能够通过焦点深度的增加而被收集和/或图像能够数字式再聚焦。在标准的plenoptic相机中，在图像平面的前端设有一列显微透镜，例如，感光底片或光电传感器阵列。这种设置不仅拍摄到集中于特殊平面上的光线，还可以拍摄到从透镜散射出来的光线场(光场)。最后的图像能够通过原始数据并使用一种计算算法而生成，这也是为什么plenoptic相机被记录为属于计算图像学领域。存在这样的算法，可以从光场的不同焦平面中形成图像并估算不同位置的场深度。以前公开的两种plenoptic相机设计包括1、首次被Lippmann在1908年公开的标准plenoptic相机，也在国际专利WO 2007/092581 A2中描述及被Ren Ng等人在2005年2月的“斯坦福技术报告”中提及。这种plenoptic相机的有效分辨率如同所使用的多个微透镜。2、首次被 Lumsdaine 和 Georgiev 于 2008 的技术报告中(A. Lumsdaine 和 T. Georgiev,全解析度光场算图，技术报告，奥多比系统，2008年1月)公开及在美国申请专利US 2009/0041448 Al中描述的“聚焦plenoptic相机”。这些公开物中描述的这种设计能够完成更好的有效的分辨率。但是，现有的理论没有一条可以为plenoptic相机的可实现的有效分辨率进行分析计算。另外，传统的绘制算法通过将图像转换成频域而工作。一种改进的plenoptic相机和相关的算法在国际申请专利WO 2006/039486 A2中公开。结合标准的技术，这种plenoptic相机包括一个主透镜、一个微透镜阵列以及一个光电传感器阵列，该光电传感器阵列相对该微透镜阵列具有更好的强度。该微透镜阵列设于主透镜的焦平面内，包括了选择的不同型号的微透镜以使通过一个微透镜的光线不会与通过另一个微透镜的光线重叠。虽然不同的微透镜可以获取局部多样的角分辨率，所有的微透镜的焦点共用一个公共面(光电传感器阵列平面)，即传统plenoptic相机的所有微透镜具有相同的焦距以拍摄无穷远的虚像。因此，国际申请专利WO 2006/039486 A2中公开的 plenoptic相机的成像特性与标准的plenoptic相机的特性在本质上是一样的。所有传统的plenoptic相机具有以下的不足当焦点深度随着标准的提升而增大时，因为所利用微透镜的数量，Plenoptic相机的有效分辨率的任何改进是有限的。发明目的本发明的目的是为了克服现有的plenoptic成像技术的不足，提供一种改进的用于将plenoptic光学设备进行图像合成的数字成像系统。进一步地，本发明的另一个目的是提供一种包括数字成像系统的光学设备。另外，本发明的目的是提供一种改进的以将数字成像系统收集的图像数据进行处理的图像数据处理方法。
发明内容
上述这些发明目的可由包含独立权利要求全部特征的数字成像系统、光学设备和方法去实现。而从属权利要求进一步限定了本发明的优选的实施例和应用。根据本发明上述的一个发明目的，提供了一种用于将plenoptic光学设备进行图像合成的数字成像系统。该数字成像系统包括一个光电传感器阵列和一个微透镜阵列(第一微透镜阵列，主微透镜阵列)，该光电传感器阵列包括多个排列在预定的图像平面内的光电传感器，该微透镜阵列包括多个微透镜以引导物体发射出的光线射向该光电传感器阵列，且该微透镜阵列被设置在相对于该光电传感器阵列的预定的垂直距离处。因此，该数字成像系统组合了光电传感器阵列和微透镜阵列。在本发明中，所述微透镜阵列至少包括两种不同焦距的微透镜，而所述光电传感器件阵列的图像平面的设置，使光电传感器件阵列与微透镜阵列之间的距离不等于微透镜的焦距。换句话说，所述微透镜阵列中的多个微透镜具有不同的焦距。所述微透镜阵列具有多组微透镜，每一组微透镜具有同一个焦距，且不同组的微透镜具有不同的焦距。另外，在本发明中，设置所述光电传感器件阵列的图像平面，使光电传感器件阵列与微透镜阵列之间的距离不等于微透镜的焦距。综合上述特征，本发明的数字成像系统还包括以下技术特征。首先，由于任一距离微透镜图像平面的微透镜的焦距的偏差的存在，与现有技术的plenoptic相机形成在有限距离上的虚像相比，可在距离微透镜的有限距离的图像平面上形成一个虚像。用于形象的微透镜具有有限的焦距。这种限制可通过带不同焦距的微透镜来克服，以覆盖更大的焦距范围。另外，由发明者首次公开的，相比现有技术的相机，提供了一种在有限距离的虚像成像的改进的方案。根据本发明的第二个发明目的，提供一种Plenppic光学设备，具体包括光学主透镜和如前述满足第一个发明目的数字成像系统。优选地，所述数字成像系统的微透镜阵列设于所述光学主透镜的聚焦线上，用于将物体发射的并透过光学主透镜的光线引导到所述光电传感器件阵列上；以及为了使一组光线透过所述光学主透镜的聚焦线的特定位置，设置多个光电传感器件以感应区分该组光线中同时以不同辐射角透过所述光学主透镜的聚焦线的特定位置的不同光线。根据本发明的一个特定优选实施例，本发明的Plenppic光学设备为相机设备(Plenppic相机)、扫描设备或显微镜设备。本发明是具体应用时，所述数字成像系统的微透镜阵列为一维或二维的微透镜阵列(线性阵列或矩阵阵列)。由于所述多个微透镜具有不同的焦距，带有本发明的数字成像系统的Plenppic相机也被称为多焦 Plenppic 相机(MFPC)。为了实现本发明的第三个发明目的，提供一种对如前述满足第一个发明目的所述的数字成像系统收集的图像数据进行图像数据处理的方法。该方法包括以下步骤提供光电传感器件阵列收集的原始图像数据；提供一个预先设定的具有多个虚像点的虚像表面； 其中，对于每一所述虚像点，选择一组微透镜，基于该组微透镜的焦距能够获得最大有效分辨率比以在光电传感器件阵列上形成虚像点，将所述虚像点投影到所述微透镜阵列平面上，探测出所选择的微透镜组的微图像，所述微图像影响虚像点的强度值，从原始图像数据中挑选原始图像点，所述原始图像数据影响虚像点的强度值，以及从原始图像点中探测出一个原始图像强度的平均值。最后，生成一个包含每一虚像点的原始图像强度平均值的数字图像。具体地，以下对比指出Yi-Ren Ng和T odor Georgiev的plenoptic相机的不同之处。发明人已经指出，对比使用同种焦距的微透镜阵列，通过改变微透镜阵列中的微透镜焦距，能够在视差量损失的情况下提高整体的有效分辨率。该plenoptic相机的设计方法可以应用到具体的应用领域。本发明的绘制方法允许任意的虚焦表面的重建，并优选使其本身应用到高平行数据处理的执行中。对比传统的plenoptic相机，特别地，本发明的数字成像系统中，因为微透镜与图像平面之间的距离等于微透镜的焦距，以及计算出的图像的最大分辨率与微透镜阵列中的微透镜数量一致，因此本发明的数字成像系统具有以下优点。当本发明的数字成像系统中的多焦ρ 1 enoptic相机相比于标准的ρ 1 enoptic 相机形成更低的角分辨率，该多焦plenoptic相机(MFPC)相比于保留计算潜力的标准 plenoptic相机形成具有更高空间分辨率的图像。例如，在多焦plenoptic相机(MFPC)的一个实施例中，相比于没有微透镜阵列的标准plenoptic相机，能获得70倍高的分辨率和约6倍大的深度域。本发明的与标准的全光相机相比较大的有效分辨率使得MFPC在许多领域可用， 比如，摄影，自动工业检查，3D摄影，3D视频和人脸识别。根据数字成像系统较优的实施方式，每个显微透镜的焦距从两个或三个不通的焦距选择。发明人已经发现，用两个或三个不通的焦距可以达到焦深的很好的提高，然而，角坐标分辨率仍然很好的适应标准相机，扫描机或显微镜应用。替换地，每个显微透镜的焦距可以从超过三个不同的焦距中选择。较优地，数字成像系统可以根据相应的操作条件优化， 如得到焦深范围的已定的扩大。根据数据成像系统的进一步较优的实施方式，每个显微透镜的焦距不同于其每个最近的相邻的显微透镜的焦距。有利地，该实施方式在图像上形成角坐标分辨率的均勻分布。根据数据成像系统的特别较优的实施方式，显微透镜可以调节以使得到连续的焦距范围。第一，选择显微透镜以使每个显微透镜提供取决于各个显微透镜的焦距的有效的分辨率和从显微透镜阵列的深度距离，且，第二，选择显微透镜的焦距以使有效的分辨率在深度距离邻近的范围具有互补的极大值。显微透镜的这个调整(设计)基于如上所述的全光相机的光学性能的说明，其已经被发明人第一次提出。如果显微透镜设置为在不同焦距的显微透镜阵列中的多组具有相等焦距的显微透镜提供规则网格，可以得到数字图像系统的进一步改进。较优地，显微透镜设置为具有相等焦距的显微透镜提供直角的或六边形的网格，其在透镜的几何密度排列方面具有优势。根据数字成像系统的进一步较优的实施方式，所有具有共同的焦距的显微透镜具有相同的透镜直径。尤其较优的是其中所有显微透镜阵列的显微透镜具有相同直径的实施方式。用这些实施方式，形成在2维图像上提供具有相同的图像参数，如分辨率或对比的图像。
典型地，显微透镜阵列固定地附着于光电传感器阵列，以便设定相对于光电传感器阵列的显微透镜阵列的已定的垂直距离。替换地，根据数字成像系统的另一个实施方式， 光电传感器阵列和显微透镜阵列之间的距离可以通过数字成像系统的排列的控制调整。可以提供作为如照相机，扫描机或显微镜的一部分的控制排列包括光电传感器阵列和显微透镜阵列的可变的或固定的连接。本发明的数字成像系统的另一个修改以至少一个补充的显微透镜阵列如第二显微透镜阵列，包括多个为从物体到第一显微透镜阵列的指向光的显微透镜为特征。用该实施方式，可以扩展全光照相机的功能。根据本发明进一步较优的实施方式，数字成像系统提供有在电脑中设定为可编程的处理器，以提供图像数据，具有光在光电传感器阵列的不同光电传感器感应的功能的特征的合成图像，光电传感器相对于显微透镜阵列的位置和感应光的入射角。
下面参考附图进一步描述本发明的特征和优点。在图中图1和图2为传统的不带微透镜阵列的标准相机的示例性示意图。图3和图4为本发明的一种多焦点plenoptic相机的示例性示意图。图5 图10为本发明基于的理论的示例性示意图。图11 图15为对比本发明和传统的相机的有效分辨率的图形表示。图16 图19分别进一步显示了本发明多焦点plenoptic相机的特征。图20 图27为微透镜阵列的示例性示意图。图28为显示了本发明的利用两个沿光轴排列的微透镜的plenoptic相机的示例性例子。图四 图31为本发明图像数据处理方法的示例性示意图。
具体实施例方式下面描述本发明数字成像系统和带数字成像系统的plenoptic相机的具体实施例。需要强调的是，本发明的实施并不局限于这些示例性例子，还可以包括其他的 plenoptic光学设备，例如光学扫描设备或显微镜设备。当为光学扫描设备时，所述光电传感器阵列，通常为线性阵列，可被本发明的数字成像设备代替，尤其被光电传感器阵列和微透镜阵列的组合代替。在这种情况下，下面描述的plenoptic相机所提及到的主透镜可由光扫描器(圆柱形扫描透镜)提供。而应用到显微镜设备时，可将本发明的数字成像设备代替显微镜的光电传感器阵列。在这种情况下，该plenoptic相机里的主透镜所产生的虚像由光学显微镜形成。以下描述的光学设备的结构仅延伸至所涉及的本发明的特征，而光学设备，如相机、扫描设备或显微镜设备等其他的光学上或结构上的特征而由现有技术得知，在此省略描述。以下描述的本发明的优选实施例中优选为二维光电传感器阵列(矩阵阵列)。 但需要强调的是，本发明的实施并不局限于这些结构，还可以实施于一维光电传感器阵列 (线性阵列)的对应方式中。线性传感器包括单行光电传感器或多行光电传感器以收集图像的不同颜色强度，可视为矩阵或线性阵列。1.标准相机的成像在讨论MFPC的概念前，首先介绍标准相机的图像形成过程。图1显示了标准的相机的基本构成。主透镜110将其右边的物体130发射的或反射的光线集中到其左边的一个表面上，该光线可作为虚像131。由于该物体130沿光轴111变化，所述虚像131不是位于与光轴垂直的平面上。相关的图像在给定的时间内通过时空结合经平面120上的光电传感器测量的光照强度而形成，因此该光电传感器平面120垂直光轴。在这些相关的图像中，物体位于或靠近该光电传感器平面120的部分才显示清晰。也就是说，虚像131与光电传感器平面120的交集为光学焦点图像。为了最佳地将物体130的不同部分(发射的或反射的光线)集中到光电传感器平面120上，主透镜110必须沿着如图中所示的箭头112方向的光轴方向进行移动。图2显示了上述标准相机的光学原理。在讨论带显微透镜的相机结构前，参考如图2所示的简单的标准相机结构是有帮助的。主透镜110通过将其右边的物体130上的一点发射出的不同光线集中到其左边的单个点上，从而形成其右边的物体130上的该点的图像。实际上，所述光纤并非集中到一个点上，但具有光强分布，且该光强分布依据整个图像系统。这个光强分布通常被称为点扩散函数(PSF)。点扩散函数的空间程度的最佳近似值可由以下公式获得Sa:=XF， (1)其中，λ为光的波长，F为能够进入图像系统的光线数量的计算单位。F被称为焦距比数，可限定为F·=^·(2)
ijI物体与预设的透镜平面的距离为A，而距离该物体且沿着光轴的位置k可根据薄
透镜等式计算出
111·— =--1--,(3)
h aI bI‘如果，如图2所示，最佳像面I1与图像平面Itl不一致，只要发散的投射光线到图像平面上分散成多个像素，物体会变得模糊。这意味着标准的相机只能最佳地集中物体空间的单个平面到其图像平面上。一种提高物体空间范围以形成聚焦图像的方法，是减少照相机光圈的尺寸，其后投射的光线从最佳焦距平面更慢地发散。限定将照相机光圈的尺寸减少到单个点，这样整个物体空间可以准确对焦，但也仍有大量进入相机的光线是极微弱的。 在标准的摄像机中，需要在域深度和相机速度之间建立一个合适的中间物，即适当尺寸的照相机光圈。2.本发明多焦点plenoptic相机的成像图3显示了一种具有本发明数字成像设备200的多焦点plenoptic相机100的基本结构。一个由多个微透镜222构成的微透镜阵列221设于光电传感器阵列的平面220 的前方。所选择的微透镜的直径大于一个光电传感器的直径，这样每一微透镜能够在多个光电传感器上形成一个图像。该光电传感器阵列为CXD矩阵或包括如12，000, 000个光电传感器的线性阵列。该微透镜阵列221包括如47，604个微透镜，且每一个微透镜的直径为 153 μ m以及焦距选择为，例如M6 μ m，567 μ m和616 μ m。所有的显微镜具有相同的直径，例如153 μ m。微透镜阵列221与光电传感器阵列为，例如765 μ m。由显微镜在光电传感器平面上形成的图像为微图像。每一个微图像由，如17个光电传感器构成。邻近的微透镜形成的微图像会重叠。该微透镜可以由透明玻璃或塑料制成并固定贴在光电传感器上，这可从传统的plenoptic相机中得知。例如机械框架的厚度构成微透镜阵列221与光电传感器阵列之间的距离。主透镜210形成物体230的虚像231。微透镜阵列221的微透镜作为小相机以记录虚像的不同视图。该多个不同的微图像可用于计算模拟一个虚像平面232，以使聚焦成部分所述虚像的相关图像与该虚像平面相交。为了将物体230的不同部分实现聚焦，只有使该虚像平面沿着如图指示的光轴方向211移动。一旦完成计算，图像被记录后会被再聚焦。另外，该虚像平面232的形式并没限制，也可模拟出一个任意形状的虚像表面以代替该虚像平面232。这样，就可以，例如用于将物体的所有部分都聚焦到相关图像中。由于微透镜具有一个有限的深度域，只有有限范围的虚像空间能够聚焦到光电传感器平面上。因此需要使用不同焦距的微透镜以扩展整个成像系统的深度域。每一组具有特定焦距的微透镜将不同深度范围的虚像聚焦到光电传感器平面上。在一个实施例中，与使用带同种微透镜的微透镜阵列相比，使用带三种不同焦距类型的微透镜的微透镜阵列， 可获得6倍大的深度域。虽然图3显示的虚像位于微透镜阵列和主透镜之间，该虚像也可以位于微透镜阵列上或其左边。部分虚像空间被微透镜聚焦，依赖于其本身的焦距以及沿着光轴上的微透镜阵列的位置。这种设计决策依赖于应用本身。图4显示出本发明plenoptic相机的光学原理。主透镜311形成物体340的虚像 341。该虚像形成于主透镜311左边的某位置上。该图像为虚拟的，因此不会在光感应器件平面上成形。该虚像需用通过微透镜阵列322的微透镜而被放映在光感应器件平面330(图像平面)上。请注意，微透镜阵列322与光感应器件平面330之间的距离并不等于微透镜的焦距。另外，只有显示出主要的发射光线穿过透镜中心。实际上受透镜影响的还有大量的光线。还要注意的是，一般来说要使用比图4所示的三个微透镜要多的微透镜，且每个微透镜具有不同的焦距。这种图示仅仅是为了显示清晰。图下方显示出当这种结构在每一特定目标距离降低有效分辨率时，有效分辨率延伸到更大的范围，从而使相比标准相机的光圈延伸至更大的深度域。物体340发射出的光被聚焦到虚像341上。微透镜可能不一定能够最佳地将虚像聚焦到光传感器件平面330上。可以将最佳聚焦图像平面342代替微透镜设于距光传感器件平面一定距离的位置上。这由微透镜的焦距f、虚像与微透镜阵列之间的距离决定。通过使用带不同焦距的微透镜的微透镜阵列，不同距离的虚像也可以被同时聚焦到光传感器件平面上。本发明的数字成像系统，利用plenoptic相机记录的数据合成图像，包括具有多个光电传感器件的光电传感器阵列或矩阵；光学装置，具体包括主透镜311和至少排列在主透镜311的聚焦线上的微透镜机构322，以将物体发射出的光线引导到光电传感器列或矩阵上，从而为每一微透镜形成一个微图像343 ；控制装置(图4未示)，具体用于在光电传感器阵列和微透镜机构之间建立一个相对距离。其中，为了使一组光线通过主透镜311 的焦线的特定部分，设置多个光电传感器件在一个图像平面330上以感应同时到达主透镜311的焦线的特定部分的光线组中的不同光线，以及将描述感应到的光线特征的光数据输出；还包括带计算机程序的数据处理器，用于随着不同光电传感器件感应到的光线，而提供描述合成图像特征的图像数据，光电传感器件的位置与微透镜机构322有关，而感应到的光线的入射角与主透镜311的焦线有关，其中，每一个至少为一维结构的微透镜的焦距都各不相同。焦距比数MFPC设计上的一个重要限制为微图像不应该与光电传感器件平面重叠。光电传感器件上的如有两个或以上的微透镜图像重叠，那么这些光电传感器件不能用于计算相关图像的计算结构。为了确保微图像具有最大的尺寸而不会导致重叠，至少使微透镜和主透镜的焦距比数逼近相等。在一列紧密排列的微透镜中，这意味着，微透镜的图像尺寸必须小于或等同于微透镜的直径D。也就是说，其中，F为微透镜的焦距比数，Fl为主透镜的焦距比数。一般地，由于B << Dl， 从而F F1。这样，主透镜成像系统和微透镜成像系统的焦距比数逼近能够一致。基于给定的B、B^和^，可得最大的微透镜直径为D = . (5)同样地，B =. (6)参考图5，主透镜的焦距比数为& = BL/Dl,而微透镜的焦距比数为F = B/D。一般地，由于4 > > B且DL > > D，如果F = Fl,则微图像422为最大尺寸且不会重叠。多样性，全覆盖平面如图5和图6所示，另一个重要的概念为全覆盖平面430。图5所示的通过微透镜中心的中心射线为相应的微图像的边界射线。例如，微透镜421只将那些位于极限反射光线423、似4之间的虚像反射点反射到微图像上。因此，全覆盖平面430作为微透镜平面 420的右边的左全平面，且平面上的每一点至少被一个微透镜反射。同样，反射到微透镜平面420的左边的右全平面也是一个全覆盖平面。图5所示的是与光电传感器件平面相同的左全覆盖平面。同样，一个双重覆盖平面431作为微透镜平面420的右边的左全平面，且平面上的每一点至少被两个微透镜反射。图6进一步描述了全覆盖平面的概念。透镜上可见测试点数量由图6所示的测试点与微透镜平面之间的沿光轴方向距离决定。平面Ml为右全覆盖界限，这意味着，到达平面Ml的或平面Ml的右边上的所有点具有一个至少带一个微图像的图像。同为图像平面的平面I1为左全覆盖界限，这意味着，到达平面I1的或平面I1的左边上的所有点具有一个至少带一个微图像的图像M_lt)平面M2(M_2)为双重覆盖界限，这意味着，到达平面M2(M_2)的或平面的右边(左边)上的所有点具有一个至少带两个微图像的图像。图6清楚显示出当中心透镜移开时，全覆盖界限为M2和M_2。值得注意的是，当中心透镜移开时，并不影响将全覆盖界限平面外的点形成一个图像。减少的是潜在的视差数
10量，后面会具体描述。对于距离微透镜平面为a的微透镜队列1D，多样性M可定义为M = |a|/B。对于微透镜阵列2D，在计算M的公式中，需要考虑额外的因素，例如由于通过圆圈镶嵌而成的平面导致出现的差距。在2D中存在的仅仅两个对称的镶嵌为图7所示的矩形和图8所示的六边形。两者的符号R均指示出平面上的一点到离它周围最近的微透镜中心的最大距离。 在矩形的情况下，可表示为
权利要求
1.一种用于将Plenoptic光学设备的图像合成的数字成像系统，包括一光电传感器件阵列，所述光电传感器件阵列包括位于预定的图像平面上的多个光电传感器件；一微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜，以将物体发射的光线引导到所述光电传感器件阵列，其中所述光电传感器件阵列与所述微透镜阵列之间的距离为预先设定的；其特征在于所述微透镜阵列中的多个微透镜具有不同的焦距；以及设置所述光电传感器件阵列的图像平面，使光电传感器件阵列与微透镜阵列之间的距离不等于微透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的数字成像系统，其特征在于，所述微透镜阵列具有多组微透镜，每一组微透镜具有同一个焦距，且不同组的微透镜具有不同的焦距。
3.根据权利要求中1或2所述的数字成像系统，其特征在于，每一所述微透镜阵列包括两种或三种不同的微透镜。
4.根据权利要求中1或2所述的数字成像系统，其特征在于，每一所述微透镜阵列包括三种以上不同的微透镜。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的数字成像系统，其特征在于，每一微透镜的焦距与邻近的微透镜的焦距不同。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的数字成像系统，其特征在于，每一微透镜提供一个有效分辨率比，所述有效分辨率比决定于每一微透镜的焦距及与所述微透镜阵列之间的宽度；所述微透镜的焦距设置为可使有效分辨率比在所述宽度的邻近范围内具有可互补的最大值。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的数字成像系统，其特征在于，包括所述微透镜阵列被设置带相同焦距的微透镜形成一个规格网格。
8.根据权利要求7所述的数字成像系统，其特征在于，包括所述微透镜阵列被设置带相同焦距的微透镜形成一个正交或多边网格。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的数字成像系统，其特征在于，所述光电传感器件阵列与所述微透镜阵列之间设置一控制设备，所述控制设备包括连接所述光电传感器件阵列与所述微透镜阵列的可改变的或固定的连接。
10.根据权利要求1 9中任一项所述的数字成像系统，其特征在于，所述微透镜阵列为一维或二维的微透镜阵列。
11.根据权利要求1 10中任一项所述的数字成像系统，其特征在于，所述微透镜阵列中的具有相同焦距的微透镜的大小一致。
12.根据权利要求1 11中任一项所述的数字成像系统，其特征在于，所述微透镜阵列中的所有微透镜的大小一致。
13.根据权利要求1 12中任一项所述的数字成像系统，其特征在于，至少包括一辅助微透镜阵列，所述辅助微透镜阵列包括多个微透镜，以将物体发射的光线引导到所述光电传感器件阵列。
14.根据权利要求1 13中任一项所述的数字成像系统，其特征在于，包括带计算机程序的数据处理器，用于随着不同光电传感器件感应到的光线提供描述合成图像特征的图像数据，所述光电传感器件的位置与微透镜阵列及感应到的光线的入射角有关。
15.Plenppic光学设备，其特征在于包括 一光学主透镜；以及如前述权利要求中任何一个所述的数字成像系统。
16.根据权利要求15所述的Plenppic光学设备，其特征在于，所述数字成像系统的微透镜阵列设于所述光学主透镜的聚焦线上，用于将物体发射的并透过光学主透镜的光线引导到所述光电传感器件阵列上；以及为了使一组光线透过所述光学主透镜的聚焦线的特定位置，设置多个光电传感器件以感应区分该组光线中同时以不同辐射角透过所述光学主透镜的聚焦线的特定位置的不同光线。
17.根据权利要求15或16所述的Plenppic光学设备，其特征在于，为相机设备、扫描设备或显微镜设备。
18.一种对如权利要求1 14中任一项所述的数字成像系统或如权利要求15 17中任一项所述的Plenppic光学设备收集的图像数据进行图像数据处理的方法，其特征在于， 包括如下步骤提供光电传感器件阵列收集的原始图像数据； 提供一个预先设定的具有多个虚像点的虚像表面； 其中，对于每一所述虚像点，选择一组微透镜，基于该组微透镜的焦距能够获得最大有效分辨率比以在光电传感器件阵列上形成虚像点； 将所述虚像点投影到所述微透镜阵列平面上； 探测出所选择的微透镜组的微图像，所述微图像影响虚像点的强度值； 从原始图像数据中挑选原始图像点，所述原始图像数据影响虚像点的强度值； 从原始图像点中探测出一个原始图像强度的平均值；以及生成一个包含原始图像强度平均值的数字图像。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述虚像表面为虚像平面或适于成像物体的表面的一个表面。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述生成数字图像的步骤在不同的虚像表面重复进行。
全文摘要
本发明公开了一种用于将plenoptic光学设备的图像合成的数字成像系统，包括一光电传感器件阵列和一微透镜阵列，所述光电传感器件阵列包括位于预定的图像平面上的多个光电传感器件；所述微透镜阵列包括多个微透镜，以将物体发射的光线引导到所述光电传感器件阵列，其中所述光电传感器件阵列与所述微透镜阵列之间的距离为预先设定的；所述微透镜阵列中的多个微透镜具有不同的焦距；以及设置所述光电传感器件阵列的图像平面，使光电传感器件阵列与微透镜阵列之间的距离不等于微透镜的焦距。另外，还公开了一种Plenppic光学设备和对上述数字成像系统收集的图像数据进行处理的方法。
文档编号H04N13/00GK102439979SQ200980158906
公开日2012年5月2日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年4月22日
发明者乌利齐·帕瓦斯, 克里斯汀·帕瓦斯 申请人:雷特利克斯股份有限公司