一種自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法，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，由四條導(dǎo)軌按X形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分別位于四條導(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；與用于測量環(huán)境光照強度的光敏傳感器相連的MCU模塊，該MCU模塊根據(jù)環(huán)境光照強度控制各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。
【專利說明】
一種自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)及工作方法，尤其涉及一種仿螳螂蝦的復(fù)眼自適應(yīng)圖像信息采集系統(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，由于光線強弱變化直接影響成像質(zhì)量，所以會出現(xiàn)光線強時，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)眼的成像控制機制能夠根據(jù)環(huán)境光照強度的改變調(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)問題是提供一種可根據(jù)環(huán)境光照強度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)圖像采樣視域范圍的自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)及工作方法。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)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，由四條導(dǎo)軌按X形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分別位于四條導(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;與用于測量環(huán)境光照強度的光敏傳感器相連的MCU模塊，該MCU模塊根據(jù)環(huán)境光照強度控制各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)環(huán)境光照強度減弱時，所述MCU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)環(huán)境光照強度增強時，所述MCU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]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法，
所述自適應(yīng)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，由四條導(dǎo)軌按X形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分別位于四條導(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；
與用于測量環(huán)境光照強度的光敏傳感器相連的MCU模塊，該MCU模塊根據(jù)環(huán)境光照強度控制各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；
所述自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法包括:
當(dāng)環(huán)境光照強度減弱時，所述MCU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)環(huán)境光照強度增強時，所述MCU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)眼透鏡陣列中四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)環(huán)境光照強度增強時，所述MCU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，以擴大視域范圍；在環(huán)境光照強度減弱時，所述MCU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)明的自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的第一種實施方式在環(huán)境光照強度減弱時的示意圖；
圖2為本發(fā)明的自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的第一種實施方式在環(huán)境光照強度增強時的示意圖；
圖3為本發(fā)明的自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的第二種實施方式在環(huán)境光照強度減弱時的示意圖；
圖4為本發(fā)明的自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的第二種實施方式在環(huán)境光照強度減弱時的示意圖；
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、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10，一種自適應(yīng)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X形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分別位于四條導(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;
與用于測量環(huán)境光照強度的光敏傳感器相連的MCU模塊，該MCU模塊根據(jù)環(huán)境光照強度控制各小眼圖像采集單元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)環(huán)境光照強度減弱時，所述MCU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)環(huán)境光照強度增強時，所述M⑶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]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)。所述光敏傳感器可以采用光敏電阻和AD模塊來實現(xiàn)，AD模塊可以采用AD9850或PCF8591，光敏傳感器可以設(shè)置在所述中心點6的位置。所述環(huán)境光照強度這里的含義是針對目標(biāo)場景信息的光照強度，即通過所述光敏傳感器采集目標(biāo)圖像的光照強度。
[0014]所述導(dǎo)軌4【具體實施方式】一，見圖1、圖2、圖5和圖8，所述導(dǎo)軌4為由兩條導(dǎo)軌本體4-3構(gòu)成的直線導(dǎo)軌拼接而成，該直線導(dǎo)軌中帶有傳動機構(gòu)，見圖6，傳動機構(gòu)【具體實施方式】一，所述小眼圖像采集單元I的小眼外殼本體1-1采用方形柱狀結(jié)構(gòu)，該小眼外殼本體1-1的兩側(cè)分別設(shè)有與所述導(dǎo)軌本體4-3配合的凹槽，所述導(dǎo)軌本體4-3內(nèi)設(shè)有傳動機構(gòu)，該傳動機構(gòu)包括若干個傳動輪4-1，所述各傳動輪4-1分別由若干微型驅(qū)動電機8-2分別控制轉(zhuǎn)動，所述凹槽內(nèi)設(shè)有齒面，所述傳動輪4-1為適于與所述齒面嚙合的齒輪；S卩，所述MCU模塊通過電機驅(qū)動模塊來控制各微型驅(qū)動電機8-2同步轉(zhuǎn)動，從而控制各小眼圖像采集單元I分別沿所述直線導(dǎo)軌同步相向或相背等速移動。
[0015]見圖5，在所述導(dǎo)軌4【具體實施方式】一基礎(chǔ)上的傳動機構(gòu)【具體實施方式】二，傳動機構(gòu)可以采用傳動輪4-1和傳動帶4-2配合，在所述直線導(dǎo)軌中的兩端分別設(shè)有傳動輪4-1，兩條導(dǎo)軌本體4-3中的各傳動輪4-1帶動相應(yīng)傳動帶4-2同步傳動，根據(jù)所述導(dǎo)軌4【具體實施方式】一中所述凹槽內(nèi)設(shè)有齒面，所述傳動帶4-2的表面設(shè)有與凹槽齒面嚙合的齒面；S卩，所述M⑶模塊通過電機驅(qū)動模塊來控制各微型驅(qū)動電機同步轉(zhuǎn)動，從而控制各小眼圖像采集單元I分別沿所述直線導(dǎo)軌同步相向或相背等速移動；另外傳動機構(gòu)也可以采用同步帶鏈傳動。
[0016]見圖7，在所述導(dǎo)軌4為由兩條導(dǎo)軌本體4-3構(gòu)成的直線導(dǎo)軌拼接而成的基礎(chǔ)上，傳動機構(gòu)【具體實施方式】三，小眼外殼本體1-1采用方形柱狀結(jié)構(gòu)，該小眼外殼本體1-1的兩側(cè)分別設(shè)有腔室，所述腔室內(nèi)設(shè)有傳動機構(gòu)，該傳動機構(gòu)包括傳動輪4-1、驅(qū)動傳動輪4-1的微型驅(qū)動電機8-2，所述導(dǎo)軌本體4-3—側(cè)設(shè)有與傳動輪4-1配合的凹槽，且該凹槽中設(shè)有齒面，所述傳動輪4-1為與所述齒面嚙合的齒輪；S卩，所述MCU模塊通過電機驅(qū)動模塊來控制微型驅(qū)動電機8-2同步轉(zhuǎn)動，從而控制各小眼圖像采集單元I分別沿所述直線導(dǎo)軌同步相向或相背等速移動。
[0017]所述導(dǎo)軌4【具體實施方式】二，見圖8和圖9，所述導(dǎo)軌4也可以采用四條單根導(dǎo)軌本體4-4來實現(xiàn)，具體的說，所述四條單根導(dǎo)軌本體4-4按X形對稱方式拼接而成的導(dǎo)軌組件，各單根導(dǎo)軌本體4-4上分別設(shè)有與該導(dǎo)軌本體滑動配合的滑塊(共4個滑塊)，各滑塊的端面上分別固定各小眼圖像采集單元I，該滑塊內(nèi)部設(shè)有與所述單根導(dǎo)軌本體4-4滾動配合的滾輪8-1，該滾輪8-1由微型驅(qū)動電機8-2控制轉(zhuǎn)動，該微型驅(qū)動電機8-2由所述MCU模塊通過電機驅(qū)動模塊控制。為了更好的實現(xiàn)各小眼圖像采集單元I同步相向或相背等速移動，所述單根導(dǎo)軌本體4-4的頂面為齒面，所述滾輪8-1為適于與所述齒面嚙合的齒輪。所述單根導(dǎo)軌本體4-4的頂面兩側(cè)設(shè)有用于對所述滾輪限位的擋條8-4。
[0018]所述導(dǎo)軌4【具體實施方式】三，見圖3和圖4，為了獲得更大視域，在所述導(dǎo)軌4為弧形導(dǎo)軌，從正面看，弧形導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)與直線導(dǎo)軌相似(圖5或圖8)，由具有一定弧度的導(dǎo)軌本體
4-3拼接而成，可以采用導(dǎo)軌實施方式一或二，兩條導(dǎo)軌本體或單根導(dǎo)軌本體，以及相應(yīng)傳動機構(gòu)的方案來實現(xiàn)，通過弧形導(dǎo)軌可以極大限度的擴大了視域范圍。
[0019]其中，所述M⑶模塊通過電機驅(qū)動模塊來控制上述微型驅(qū)動電機同步轉(zhuǎn)動是本領(lǐng)域慣用技術(shù)手段。
[0020]所述MCU模塊可以采用單片機，例如51系列，若和圖像處理結(jié)合起來可以采用DSP模塊，例如DSP2812 ο所述成像器件3可以采用CCD、CMOS傳感器或數(shù)字微鏡器件DMD。
[0021]本發(fā)明通過硬件改進(jìn)，即所述復(fù)眼透鏡陣列的改進(jìn)，具體的是，隨著各小眼圖像采集單元I的移動，實現(xiàn)了當(dāng)環(huán)境光照強度增強時，擴大視域范圍，因為在光照強度較高時，圖像是清晰的，故可提高視域范圍；反之，在當(dāng)環(huán)境光照強度減弱時，收縮視域范圍，這樣操作時各小眼圖像采集單元I獲得的目標(biāo)場景5具有視域重疊，雖然犧牲了視域，但是根據(jù)視域重疊部分7(詳見圖1和圖3，每個透鏡拍攝到的目標(biāo)場景5的公共部分)，有效的提高了圖像清晰度，克服了【背景技術(shù)】介紹的通過軟件提高清晰度帶來的缺陷。
[0022]實施例2
在實施例1基礎(chǔ)上的自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法；
見圖1-5、圖8和圖10，所述自適應(yīng)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X形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分別位于四條導(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;與用于測量環(huán)境光照強度的光敏傳感器相連的MCU模塊，該MCU模塊根據(jù)環(huán)境光照強度控制各小眼圖像采集單元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；
所述自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法包括:
當(dāng)環(huán)境光照強度減弱時，所述MCU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)環(huán)境光照強度增強時，所述M⑶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)。
[0023]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法，其特征在于， 所述自適應(yīng)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，由四條導(dǎo)軌按X形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分別位于四條導(dǎo)軌上，且按該導(dǎo)軌組件的中心點對稱分布，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； 與用于測量環(huán)境光照強度的光敏傳感器相連的MCU模塊，該MCU模塊根據(jù)環(huán)境光照強度控制各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； 光敏傳感器設(shè)置在所述中心點的位置； 所述自適應(yīng)圖像信息采集系統(tǒng)的工作方法包括: 當(dāng)環(huán)境光照強度減弱時，所述MCU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)環(huán)境光照強度增強時，所述MCU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，以擴大視域范圍。
【文檔編號】G05D3/20GK105892501SQ201610442535
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2013年9月10日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】充夢霞