仿螳螂蝦復(fù)眼的圖像信息采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像信息采集系統(tǒng)及工作方法，尤其涉及一種仿螳螂蝦復(fù)眼的圖像?目息米集系統(tǒng)及工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，通過數(shù)字微鏡器件對場景圖像進(jìn)行采樣，由于光線強(qiáng)弱變化直接影響成像質(zhì)量，所以會出現(xiàn)光線強(qiáng)時，清晰度高，光線弱時，清晰度降低，噪點增加;雖然有很多軟件處理方法提高弱光線下的清晰度，但是處理效果不佳，例如，最近鄰域插值方法、雙線性插值方法、雙立方插值方法等。雙線性插值方法比最近鄰域插值方法具有更高的重構(gòu)準(zhǔn)確度，圖像恢復(fù)效果更佳，但圖像會出現(xiàn)鋸齒和模糊現(xiàn)象。雖然雙立方插值方法的重構(gòu)效果優(yōu)于前兩者，但卻是以犧牲效率為代價，其所耗時間是其它方法的幾倍甚至幾十倍。同時這些算法只考慮局部像素與全局的相關(guān)性，在提高圖像恢復(fù)效果上有一定作用，然而卻破壞了原始圖像的高頻細(xì)節(jié)。
[0003]現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲具有較為寬廣的生存環(huán)境，例如，螳螂蝦所生活的水域從水下50米一直延伸到水下100米。在該環(huán)境中，由于太陽光照及水介質(zhì)的共同作用，其光照條件產(chǎn)生劇烈的變化，為了適應(yīng)這種多變的生存環(huán)境，該物種在小眼排列結(jié)構(gòu)固定的前提下，通過晶狀體、感桿束的共同作用，自適應(yīng)的調(diào)節(jié)光接收角的大小，在整個復(fù)眼的視域內(nèi)形成不同程度的重疊，最終根據(jù)不同的光線環(huán)境接收到不同特性的光學(xué)信息。在明亮和陰暗兩種光照條件下，螳螂蝦通過肌絲的松弛和緊縮調(diào)節(jié)晶狀體及感桿束的長度，從而實現(xiàn)小眼視域縮小或擴(kuò)大的效果，獲取相對穩(wěn)定的光子數(shù)量或較好的空間分辨率，使二者達(dá)到平衡。根據(jù)在實驗室條件下所得結(jié)果，螳螂蝦在不同光照強(qiáng)度環(huán)境下，其復(fù)眼的成像去廣角度及視域會發(fā)生相應(yīng)變化，如亮適應(yīng)下其小眼視域為5度，是對應(yīng)暗適應(yīng)下2度小眼視域的2.5倍。這種昆蟲復(fù)眼的成像控制機(jī)制能夠根據(jù)環(huán)境光照強(qiáng)度的改變調(diào)節(jié)視域的范圍，如果將這種仿生學(xué)原理應(yīng)用于圖像采樣過程中，將極大提高采樣圖像的成像效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種仿螳螂蝦復(fù)眼的圖像信息采集系統(tǒng)及工作方法，該圖像信息采集系統(tǒng)及工作方法解決了根據(jù)目標(biāo)場景的亮度平均值(即環(huán)境光照強(qiáng)度)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)圖像采樣視域范圍的技術(shù)問題。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種圖像信息采集系統(tǒng)，包括:用于復(fù)眼采集目標(biāo)場景信息的復(fù)眼透鏡陣列，該復(fù)眼透鏡陣列包括若干個小眼圖像采集單元，由若干條導(dǎo)軌按中心對稱方式拼接而成的導(dǎo)軌組件，各小眼圖像采集單元分別位于相應(yīng)導(dǎo)軌上，且按該導(dǎo)軌組件的中心對稱分布，其中，所述小眼圖像采集單元包括透鏡，位于該透鏡后端的成像器件；
與各成像器件相連的處理器模塊，該處理器模塊適于提取各成像器件獲取的目標(biāo)場景的亮度平均值，并根據(jù)該亮度平均值控制各導(dǎo)軌中的傳動機(jī)構(gòu)帶動相應(yīng)小眼圖像采集單元分別沿所述導(dǎo)軌同步相向或相背等速移動，以調(diào)節(jié)復(fù)眼透鏡陣列的視域范圍；
其中，當(dāng)所述亮度平均值減弱時，所述處理器模塊控制各小眼圖像采集單元分別沿導(dǎo)軌向內(nèi)側(cè)相向移動相應(yīng)距離，以收縮視域范圍；當(dāng)所述亮度平均值增強(qiáng)時，所述處理器模塊控制小眼圖像采集單元分別沿導(dǎo)軌向外側(cè)相背移動相應(yīng)距離，以擴(kuò)大視域范圍。
[0006]進(jìn)一步，為了獲得更大視域，所述導(dǎo)軌為弧形導(dǎo)軌。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法；
所述圖像信息采集系統(tǒng)，包括:用于復(fù)眼采集目標(biāo)場景信息的復(fù)眼透鏡陣列，該復(fù)眼透鏡陣列包括若干個小眼圖像采集單元，由若干條導(dǎo)軌按中心對稱方式拼接而成的導(dǎo)軌組件，各小眼圖像采集單元分別位于相應(yīng)導(dǎo)軌上，且按該導(dǎo)軌組件的中心對稱分布，其中，所述小眼圖像采集單元包括透鏡，位于該透鏡后端的成像器件；
與各成像器件相連的處理器模塊，該處理器模塊適于提取各成像器件獲取的目標(biāo)場景的亮度平均值，并根據(jù)該亮度平均值控制各導(dǎo)軌中的傳動機(jī)構(gòu)帶動相應(yīng)小眼圖像采集單元分別沿所述導(dǎo)軌同步相向或相背等速移動，以調(diào)節(jié)復(fù)眼透鏡陣列的視域范圍；
所述圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法，包括:當(dāng)所述亮度平均值減弱時，所述處理器模塊控制各小眼圖像采集單元分別沿導(dǎo)軌向內(nèi)側(cè)相向移動相應(yīng)距離，以收縮視域范圍；當(dāng)所述亮度平均值增強(qiáng)時，所述處理器模塊控制小眼圖像采集單元分別沿導(dǎo)軌向外側(cè)相背移動相應(yīng)距離，以擴(kuò)大視域范圍。
[0008]進(jìn)一步，為了獲得更大視域，所述導(dǎo)軌為弧形導(dǎo)軌。
[0009]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有積極的效果:(I)本發(fā)明通過復(fù)眼透鏡陣列中若干個小眼圖像采集單元移動來調(diào)節(jié)視域大小，實現(xiàn)了當(dāng)目標(biāo)場景的亮度平均值(即環(huán)境光照強(qiáng)度)增強(qiáng)時，所述處理器模塊控制各小眼圖像采集單元分別沿導(dǎo)軌向外側(cè)相背移動相應(yīng)距離，以擴(kuò)大視域范圍；當(dāng)目標(biāo)場景的亮度值(即環(huán)境光照強(qiáng)度)減弱時，所述處理器模塊控制各小眼圖像采集單元分別沿導(dǎo)軌向內(nèi)側(cè)相向移動相應(yīng)距離，以收縮視域范圍；當(dāng)視域范圍縮小后，各小眼圖像采集單元的單個視域在采集目標(biāo)場景時，必然會有視域重疊部分，利用視域重疊部分提高圖像的清晰度，避免了純軟件算法提高清晰度的帶來的技術(shù)缺陷。(2)本發(fā)明利用移動的小眼圖像采集單元實現(xiàn)類似螳螂蝦的復(fù)眼功能，比傳統(tǒng)的N多個小眼圖像采集單元來實現(xiàn)復(fù)眼功能成本更低。
【附圖說明】
[0010]為了清楚說明本發(fā)明的創(chuàng)新原理及其相比于現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢，下面借助于附圖通過應(yīng)用所述原理的非限制性實例說明一個可能的實施例。在圖中:
圖1為本發(fā)明的圖像信息采集系統(tǒng)的第一種實施方式在環(huán)境光照強(qiáng)度減弱時的示意圖；
圖2為本發(fā)明的圖像信息采集系統(tǒng)的第一種實施方式在環(huán)境光照強(qiáng)度增強(qiáng)時的示意圖；
圖3為本發(fā)明的圖像信息采集系統(tǒng)的第二種實施方式在環(huán)境光照強(qiáng)度減弱時的示意圖；
圖4為本發(fā)明的圖像信息采集系統(tǒng)的第二種實施方式在環(huán)境光照強(qiáng)度減弱時的示意圖； 圖5為本發(fā)明的復(fù)眼透鏡陣列的兩條導(dǎo)軌本體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明的復(fù)眼透鏡陣列的兩條導(dǎo)軌本體的一種傳動機(jī)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明的復(fù)眼透鏡陣列的兩條導(dǎo)軌本體的另一種傳動機(jī)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明的復(fù)眼透鏡陣列的單根導(dǎo)軌本體的結(jié)構(gòu)示意圖圖9為本發(fā)明的單根導(dǎo)軌本體、滑塊和小眼圖像采集單元結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為本發(fā)明的復(fù)眼透鏡陣列的控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]其中，I小眼圖像采集單元、1-1小眼外殼本體、2透鏡、3成像器件、4導(dǎo)軌、4-1傳動輪、4-2傳動帶、4-3導(dǎo)軌本體、4-4單根導(dǎo)軌本體、5目標(biāo)場景、6中心點、7視域重疊部分、8滑塊、8-1滾輪、8-2微型驅(qū)動電機(jī)、8-3滑塊外殼、8-4擋條。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
見圖1-5、圖8和圖10，一種圖像信息采集系統(tǒng)，包括:用于復(fù)眼采集目標(biāo)場景信息的復(fù)眼透鏡陣列，該復(fù)眼透鏡陣列包括若干個小眼圖像采集單元I，由若干條導(dǎo)軌4按中心對稱方式拼接而成的導(dǎo)軌組件，各小眼圖像采集單元I分別位于相應(yīng)導(dǎo)軌4上，且按該導(dǎo)軌組件的中心點6對稱分布，其中，所述小眼圖像采集單元I包括透鏡2，位于該透鏡2后端的成像器件3；
與各成像器件相連的處理器模塊，該處理器模塊適于提取各成像器件獲取的目標(biāo)場景的亮度平均值，并根據(jù)該亮度平均值控制各導(dǎo)軌中的傳動機(jī)構(gòu)帶動相應(yīng)小眼圖像采集單元I分別沿所述導(dǎo)軌4同步相向或相背等速移動(見圖5和圖8，A表示的箭頭方向)，以調(diào)節(jié)復(fù)眼透鏡陣列的視域范圍；
其中，當(dāng)所述亮度平均值減弱時，所述處理器模塊控制各小眼圖像采集單元I分別沿導(dǎo)軌4向內(nèi)側(cè)相向移動相應(yīng)距離，以收縮視域范圍(見圖5或圖8，各小眼圖像采集單元I分別向相應(yīng)的虛線方框方向移動)；
當(dāng)所述亮度平均值增強(qiáng)時，所述處理器模塊控制小眼圖像采集單元I分別沿導(dǎo)軌4向外側(cè)相背移動相應(yīng)距離，以擴(kuò)大視域范圍(見圖5或圖8，各小眼圖像采集單元I分別向相應(yīng)的實線方框方向移動)。
[0013]所述目標(biāo)場景的亮度平均值可以稱為環(huán)境光照強(qiáng)度，且通過各成像器件獲取的目標(biāo)場景提取亮度平均值的方法，可以參見中國專利文獻(xiàn)CN 202696754U，其公開了處理器與圖像傳感器相連以獲得視頻圖像信號的亮度值，其中圖像傳感器等同于所述成像器件3。
[0014]其中，按該導(dǎo)軌組件的中心點6對稱分布，具體的說就是根據(jù)四條導(dǎo)軌4，以中心點6對稱展開，即每個導(dǎo)軌4之間的夾角相等為90度。透鏡2在本實施例中采用是正方形結(jié)構(gòu)，也可以采用長方形或者是圓形的結(jié)構(gòu)。所述目標(biāo)場景的亮度平均值或環(huán)境光照強(qiáng)度也可以通過光敏傳感器，即采用光敏電阻和AD模塊，其中AD模塊可以采用AD9850或PCF8591，可以設(shè)置在所述中心點6的位置。
[0015]其中圖1-5采用四個小眼圖像采集單元和四條導(dǎo)軌來實現(xiàn)技術(shù)方案的，在實施例2中將詳細(xì)對技術(shù)方案進(jìn)行說明。
[0016]實施例2
在實施例1基礎(chǔ)上，為了更加清楚的說明技術(shù)方案，以下實施方式中復(fù)眼透鏡陣列包括四個小眼圖像采集單元，導(dǎo)軌組件由四條導(dǎo)軌按X形對稱方式拼接而成的技術(shù)方案。
[0017]見圖1-5、圖8和圖10，一種圖像信息采集系統(tǒng)，包括:用于復(fù)眼采集目標(biāo)場景信息的復(fù)眼透鏡陣列，該復(fù)眼透鏡陣列包括四個小眼圖像采集單元I，由四條導(dǎo)軌4按中心對稱方式拼接而成的導(dǎo)軌組件，所述四個小眼圖像采集單元I分別位于相應(yīng)導(dǎo)軌4上，且按該導(dǎo)軌組件的中心點6對稱分布，其中，所述小眼圖像