Скачать презентацию Статические способы увеличения глубины резкости оптикоцифровых регистраторов изображения Скачать презентацию Статические способы увеличения глубины резкости оптикоцифровых регистраторов изображения

cf0cae5a66261fd69e92346eb80687da.ppt

  • Количество слайдов: 21

Статические способы увеличения глубины резкости оптикоцифровых регистраторов изображения Басов И. В. , Краснобаев А. Статические способы увеличения глубины резкости оптикоцифровых регистраторов изображения Басов И. В. , Краснобаев А. А 1

Структура доклада 1. 2. 3. 4. 5. Актуальность Понятие глубины резкости, PSF, MTF Система Структура доклада 1. 2. 3. 4. 5. Актуальность Понятие глубины резкости, PSF, MTF Система с кодирующей апертурой Система с кубической фазовой маской Система с переносом резкости по цветовым каналам 6. Сравнение систем 2

Наблюдение протяженных объектов, изменяющихся во времени Объективы для микроскопии Сканеры штрих-кодов 3 Наблюдение протяженных объектов, изменяющихся во времени Объективы для микроскопии Сканеры штрих-кодов 3

Глубина резкости (DOF) A O’ B A’ B’ O • Если пара «пятен рассеяния» Глубина резкости (DOF) A O’ B A’ B’ O • 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 4 рассеяния

Функция рассеяния точки (ФРТ, PSF); функция передачи модуляции (ФПМ, MTF) PSF (3 D) PSF Функция рассеяния точки (ФРТ, PSF); функция передачи модуляции (ФПМ, MTF) PSF (3 D) PSF – импульсный отклик оптической системы MTF – зависимость контраста от пространственной частоты 5

Модификация оптики Объектив + ! Объект Обычно: PSF-? Рассмотренные ниже методы: форма пятна и Модификация оптики Объектив + ! Объект Обычно: PSF-? Рассмотренные ниже методы: форма пятна и зависимость от дефокусировки задается специальным образом с помощью доработки объектива Матрица цифровая фильтрация Резкое изображение 6

Системы с кодированной апертурой y = fk ● x Y = Fk · X, 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 7

Восстановление изображения FFT Нули спектра Восстановление изображения Масштаб ядра M, дистанция L 8 Восстановление изображения FFT Нули спектра Восстановление изображения Масштаб ядра M, дистанция L 8

Система с размытием не зависящим от дефокусировки (с кубической фазовой маской) Объектив + Объект Система с размытием не зависящим от дефокусировки (с кубической фазовой маской) Объектив + Объект MTF = const ≠ f (v), MTF ≠ 0 Промежуточное изображение (нерезкое по Матрица всему полю) Инверсная фильтрация Резкое изображение v – величина дефокусировки 9

Кубическая фазовая маска Кубический профиль фазовой маски Трехмерный профиль маски характеризует материал маски 10 Кубическая фазовая маска Кубический профиль фазовой маски Трехмерный профиль маски характеризует материал маски 10

Ход лучей вблизи плоскости фокусировки Традиционная оптическая система (IDOF~0. 2 мм) Система с применением Ход лучей вблизи плоскости фокусировки Традиционная оптическая система (IDOF~0. 2 мм) Система с применением 11 фазовой маски (IDOF~2 мм)

Постоянство функции рассеяния точки а - в плоскости фокусировки традиционной оптической системы b – Постоянство функции рассеяния точки а - 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 12

Система с переносом резкости по каналам Система с преднамеренно введенной продольной хроматической аберрацией Карта Система с переносом резкости по каналам Система с преднамеренно введенной продольной хроматической аберрацией Карта резкости: I(x, y) – яркостное распределение i-го цветового канала изображения 13

Диаметр пятна рассеяния Зоны резкости цветовых каналов Зоны резкого изображения для: синего зеленого красного Диаметр пятна рассеяния Зоны резкости цветовых каналов Зоны резкого изображения для: синего зеленого красного Расстояние до объекта 14

Методика сравнения Тест-объект – штриховая мира Характеристики: - MTF = f(d), где d – Методика сравнения Тест-объект – штриховая мира Характеристики: - MTF = f(d), где d – дефокусировка - v = f(d) – «вырезаемые частоты» в зависимости от дефокусировки (MTF=0. 2) - Отношение С/Ш 15

Сравнение методов. MTF = f(d) MTF d = 0. 55 mm d = 2. Сравнение методов. MTF = f(d) MTF d = 0. 55 mm d = 2. 2 mm v d = 1. 1 mm Синий – с кубической маской Желтый – с кодированной апертурой v – пространствнная частота, пар линий/мм, 16 d - дефокусировка

Сравнение методов. Области частот для которых MTF<0. 2 d = 2. 2 mm d Сравнение методов. Области частот для которых MTF<0. 2 d = 2. 2 mm d v Синий – с кубической маской Желтый – с кодированной апертурой 17

Сравнение методов. С/Ш SNR d Синий – с кубической маской Желтый – с кодированной Сравнение методов. С/Ш SNR d Синий – с кубической маской Желтый – с кодированной апертурой 18

Таблица сравнения способов Способ / Характеристика Алгоритм восстановления Особенности MAX расширение глубины резкости, раз Таблица сравнения способов Способ / Характеристика Алгоритм восстановления Особенности MAX расширение глубины резкости, раз Перенос 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 19

Список основных источников Система с кубической фазовой маской: 1) “Extended depth of field through Список основных источников Система с кубической фазовой маской: 1) “Extended depth of field through wave-front coding”, W. T. Cathey, E. R. Dowski, APPLIED OPTICS, выпуск 34, № 11, 1995 г. 2) US 7436595 – Оптические системы с расширенной глубиной поля зрения, W. T. Cathey, E. R. Dowski, 2008 г. 3) US 6842297 – Оптика кодирования волнового фронта, E. R. Dowski, 2005 г. 4) “New paradigm for imaging systems”, W. T. Cathey, E. R. Dowski, APPLIED OPTICS, выпуск 41, № 29, 2002 г. 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) US 6737652 – Получение изображений с помощью кодированной апертуры, R. C. Lanza, R. Accorsi, F. Gasparini, 2004 г. 3) “Coded Aperture Projection”, M. Grosse, O. Bimber, Bauhaus-University Weimar (www. uni-weimar. de/) 4) “Coded Aperture”, Computational Photography, выпуск 07, 2008 г. , 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 20 channels” Dx. O Labs, 3 Rue Nationale, 92100 Boulogne, France.

Конец счастливый 21 Конец счастливый 21