专利名称：用于使用光学扩散器记录图像的系统、方法和介质的制作方法
技术领域：
本公开的主题涉及使用光学扩散器记录图像的系统、方法和介质。
背景技术：
对于传统照相机，在景深(DOF)与噪声之间存在基本的折衷。通常，照相机具有单焦平面，偏离该平面的物体由于散焦而模糊。散焦模糊的量依赖于孔径大小和离焦平面的距离。为了降低散焦模糊并提高D0F，必须减小孔径大小，也降低记录图像的信号强度。在 很多情况下，希望具有尽可能大的D0F，从而使得场景中的所有细节都被保留。例如，这就是在诸如物体检测和识别的机器视觉应用中的情况，其中希望关注的所有物体都对焦。但是，并不总是选择缩小透镜孔径，尤其是在低光条件下，因为缩小透镜孔径会增加噪声，增加噪声又会更大程度上影响记录的图像。
发明内容
提供用于记录场景的图像的系统、方法和介质。根据某些实施例，提供用于记录场景的图像的系统，该系统包括扩散器，其扩散表示场景的光，并且具有与孔径坐标无关的散射函数；传感器，其接收表示场景的扩散光并产生表示图像的数据；以及硬件处理器，其使用点扩散函数来将图像去模糊。根据某些实施例，提供用于记录场景的图像的方法，该方法包括使用具有与孔径坐标无关的散射函数的扩散器来扩散表示场景的光；接收表示场景的扩散光并产生表示图像的数据；以及使用点扩散函数来将图像去模糊。
图I是根据某些实施例的用于记录图像的机构的示图。图2是根据某些实施例的两个图像的组合，其中一个图像不使用扩散器(a)，一个图像使用扩散器(b)。图3是根据某些实施例的透镜和传感器的示图。图4是根据某些实施例的透镜、扩散器和传感器的示图。图5是示出根据某些实施例的传感器上的光场(light field)的示图。图6是根据某些实施例的光线和光线的散射的示图。图7是根据某些实施例的点扩散函数与调制传递函数的曲线图对的组合。图8是根据某些实施例的包含楔形物(a)和随机变化表面的光学系统的示图。图9是根据某些实施例的扩散器分布(a)、扩散器高度图(b)、扩散器散射PDF(C)和扩散器(d)的示图的组合。
具体实施例方式提供用于使用光学扩散器记录图像的系统、方法和介质。转到图1，示出了被用来捕获包括三个物体A 104、B 106和C 108的图像记录机构102 (例如，照相机、摄像机、含有照相机的移动电话，和/或任何其它合适的图像记录机构)的图示。可以看出，这些物体相对于该机构102在不同的深度处。由于机构102的景深的限制，所以，当机构102聚焦在物体B 106上时，物体A 104和C 108可能会离焦。例如，这些物体可以是在图2中示出的玩具。如图2 (a)所示，当照相机聚焦在中间的物体(其可以对应于图I中的物体B 106)时，其它物体可能会离焦。但是，通过使用本文中描述的机构，可以记录这些物体的图像，从而使得它们如图2 (b)所示看起来是对焦的。这可以被称为具有扩展景深的机构102。根据某些实施例，扩展景深可以通过将扩散器110或120并入图像记录机构102来实现。使用在图像记录机构的光瞳面中的扩散器来记录图像可以被称为扩散编码。这样的扩散器可以位于图像记录机构中的任何合适的点。例如，扩散器110可以被置于光源(例如，物体104、106和108)与透镜114 (例如，作为透镜附件)之间，扩散器112可以被置于透镜114与传感器116 (例如，作为透镜或照相机主体的一部分)之间，等等。然后，扩散编码图像可以由传感器116检测，随后被提供给硬件处理器118 (并入机构102中)和/或硬件处理器120 (在机构102外部)以便后续处理。该处理可以包括使用与扩散器的PSF匹配的PSF来使感测图像去模糊。可以额外地或可选地使用任何其它合适的处理。在这样的处理后，扩展景深图像可以被呈现在显示器124 (在机构102内部)和/或显示器122 (在机构102外部)上。
为了说明使用扩散器怎样可以记录这样的图像，现在描述某些实施例的光学部件。如图3所示，光场无)可以被用来表示从具有有效焦距(EFL)f的理想透镜传
播到传感器的四维光线集。矢量沒；Vj可以被用来表示在与透镜的出瞳一致的U-V平
面上的坐标，并且矢量无=可以被用来表示在与传感器一致的x_y平面上的坐标。
在传感器上观测到的辐照度(irradiance)/〗/^；可以被定义为在全部光线角之上积分的光场
f 一一一 § 4 II …个汁,"mM I /k J /V I JrWZi i其中，是的域。对于具有平滑深度变化的场景，局部上，捕获的图像
可以被建模为深度依赖PSF核/Yfj与全对焦图像.If琴之间的卷积。如下面进一步所述的，根据某些实施例，照相机PSF可以被整形，从而使得可以通过用单PSF /_Yj^进行去模糊来从捕获的图像表恢复图像.#零。可以通过考虑由单位
能量点源产生的图像来分析照相机PSF的深度依赖性。例如，如图3所示，考虑这样的点源，其图像在离透镜的孔径的距离为Cltl处聚焦。假定宽度A的矩形孔径，由该点产生的光场可以被表示为
权利要求
1.一种用于记录场景的图像的系统，包括 扩散器，其扩散表示场景的光，并且具有与孔径坐标无关的散射函数； 传感器，其接收表示场景的扩散光并产生表示图像的数据；以及 硬件处理器，其使用点扩散函数来将图像去模糊。
2.权利要求I的系统，其中，所述扩散器具有随机的一维径向分布。
3.权利要求I的系统，其中，所述扩散器是通过激光蚀刻制成的。
4.权利要求I的系统，其中，所述扩散器是径向对称的。
5.权利要求I的系统，其中，所述扩散器为开诺全息型。
6.权利要求I的系统，其中，所述扩散器的散射函数大致上为高斯的。
7.权利要求I的系统，还包括透镜，所述透镜在表示场景的光入射到扩散器之前使该光通过。
8.权利要求I的系统，还包括透镜，所述透镜被置于所述扩散器与所述传感器之间。
9.权利要求I的系统，还包括显示器，所述显示器显示去模糊的图像。
10.一种用于记录场景的图像的方法，该方法包括 使用具有与孔径坐标无关的散射函数的扩散器来扩散表示场景的光； 接收表示场景的扩散光并产生表示图像的数据；以及 使用点扩散函数来将图像去模糊。
11.权利要求10的方法,其中,所述扩散器具有随机的一维径向分布。
12.权利要求10的方法，其中，所述扩散器是通过激光蚀刻制成的。
13.权利要求10的方法，其中，所述扩散器是径向对称的。
14.权利要求10的方法，其中，所述扩散器为开诺全息型。
15.权利要求10的方法，其中，所述扩散器的散射函数大致上为高斯的。
16.权利要求10的方法，还包括放置透镜，从而使得表示场景的光在入射到扩散器之前通过所述透镜。
17.权利要求10的方法，还包括将透镜放置在所述扩散器与所述传感器之间。
18.权利要求10的方法，还包括显示去模糊的图像。
全文摘要
提供用于记录场景的图像的系统、方法和介质。根据某些实施例，提供用于记录场景的图像的系统，其包括扩散器，其扩散表示场景的光，并且具有与孔径坐标无关的散射函数；传感器，其接收表示场景的扩散光并产生表示图像的数据；以及硬件处理器，其使用点扩散函数来将图像去模糊。
文档编号G06K9/40GK102770873SQ201180011368
公开日2012年11月7日 申请日期2011年1月24日 优先权日2010年1月22日
发明者O·科塞尔特, S·K·那亚, 周昌印 申请人:纽约市哥伦比亚大学理事会