基于编码光圈的宽景深成像研究

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1、？１ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第一所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５全日制工石页士位ｉ仑文ｇ〒领域：电子与通信工程姜斌：作者姓名杨敬钰副教授指导教师：企业导师：狄明高级工程师天津大学研究生院＿２０１５年１２月基于编码光圈的宽景深成像研宄ＥｘｔｅｎｄｅｄＤｅｔｈｏｆＦｉｅｌｄＢａｓｅｄｏｎＣｏｄｅｄｐＡｅｒｔｕｒｅｐ学科专业：电子与通信工程研宂生：姜斌指导教师：杨敬钰副教授企业导师：狄明高级工程师天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在

2、导师指导下进行的研究工作和取得的，论文中不包含其他人已经发表研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证一书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意：学位论文作者签名：签字日期：知＜年／之月７Ｈ４鱗学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或、部汇分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构

3、送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：４Ｍ导师签名：签字日期：加５年丨上月１日签字日期年／Ｐ■月日７摘要由于散焦而导致的图像模糊是光学成像的难题之一，并且至今仍然无法彻底解决。从传统的光学成像原理上来考虑，透镜引起的光线变向特性使不同景深的物体在传感器上的成像清晰度存在着很大的差异。作为计算摄像学的一个部分，基于编码光圈技术来进行图像散焦模糊的处理有很多方式，本文将在综合国内外研究成果基础上，对如何优化编码光圈形状进行深入拓展，以期得到更好的去模糊效果。同时根据不同深度处的模糊程度来进行深度估计也是编码光圈技术的一个重要组成部分

4、，即通常所说的DFD技术(Depthfromdefocus)。在经典的通过散焦图像估计深度信息（DFD）的方法中，通常使用单独的光圈将图像信息进行编码，也曾有研究者使用一对互补的编码光圈以期得到效果更好的深度估计，本文创新性地提出了一种旋转编码光圈进行深度恢复，弥补了单独编码光圈和一对编码光圈在恢复过程中需要借助硬件实现的一些缺陷，为此方向的研究增加了新的可能性。在本课题讨论的实验中，一个经过遗传算法优化生成的编码光圈围绕光学中心轴进行旋转，并在三个不同的角度分别拍摄图像，最终使用相应算法进行解码，得到了准确的深度恢复和全聚焦场景图。在旋转编码光圈的选择过程中，综合了其他研究者的一些理论基础，

5、推导出一个标准来评价不同形状编码光圈在深度恢复中的性能表现，同时也获得更好效果的全聚焦场景图。在旋转角度的选择上，本文通过线搜索对所有可能的角度进行验证，来获取最佳旋转角度，并进行了优化。最后，本文在仿真实验和实际拍摄中对比了使用单一光圈、互补光圈对、旋转编码光圈这三种方法在不同的场景中的深度恢复效果，并证明旋转编码光圈有更好的深度恢复效果。关键词：计算摄像学编码光圈散焦深度恢复DFD技术ABSTRACTTheimageblurcausedbyfocalisoneofthedifficultproblemsofopticalimaging,anditcannotbesolvedcomplete

6、ly.Differentdepthoffieldobjectisdifferent:whenimaginganobjectinthefocalplane,itcangettheclarityoftheimage;whenimaginganobjectfarawayfromthefocalplaneoftheimagingsystem,thefuzzyimageisobtained.Asapartofcomputationalphotography,therearemanywaystodealwiththeimageprocessingbasedonthecodedaperturetechnol

7、ogy.Thispaperwillfocusonhowtoselecttheshapeofthecodedaperturetogetbetterresults.Depthestimationbasedonthedegreeofblurindifferentdepthisanimportantpartofthecodedaperturetechnology,whichisusuallyknownby