仿螳螂蝦的復眼自適應圖像信息采集系統的工作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種仿螳螂蝦的復眼自適應圖像信息采集系統的工作方法，包括：用于復眼采集目標場景信息的復眼透鏡陣列，該復眼透鏡陣列包括四個小眼圖像采集單元，由四條導軌按X形對稱方式拼接而成的導軌組件，所述四個小眼圖像采集單元分別位于四條導軌上，且按該導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模塊根據環(huán)境光照強度控制各小眼圖像采集單元分別沿所述導軌同步相向或相背等速移動，以調節(jié)復眼透鏡陣列的視域范圍。
【專利說明】
仿螳螂蝦的復眼自適應圖像信息采集系統的工作方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種自適應圖像信息采集系統及工作方法，尤其涉及一種仿螳螂蝦的復眼自適應圖像信息采集系統及工作方法。
【背景技術】
[0002]在現有技術中，通過數字微鏡器件對場景圖像進行采樣，由于光線強弱變化直接影響成像質量，所以會出現光線強時，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準確度，圖像恢復效果更佳，但圖像會出現鋸齒和模糊現象。雖然雙立方插值方法的重構效果優(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性，在提高圖像恢復效果上有一定作用，然而卻破壞了原始圖像的高頻細節(jié)。
[0003]現有研究發(fā)現，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的共同作用，其光照條件產生劇烈的變化，為了適應這種多變的生存環(huán)境，該物種在小眼排列結構固定的前提下，通過晶狀體、感桿束的共同作用，自適應的調節(jié)光接收角的大小，在整個復眼的視域內形成不同程度的重疊，最終根據不同的光線環(huán)境接收到不同特性的光學信息。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節(jié)晶狀體及感桿束的長度，從而實現小眼視域縮小或擴大的效果，獲取相對穩(wěn)定的光子數量或較好的空間分辨率，使二者達到平衡。根據在實驗室條件下所得結果，螳螂蝦在不同光照強度環(huán)境下，其復眼的成像去廣角度及視域會發(fā)生相應變化，如亮適應下其小眼視域為5度，是對應暗適應下2度小眼視域的2.5倍。這種昆蟲復眼的成像控制機制能夠根據環(huán)境光照強度的改變調節(jié)視域的范圍，如果將這種仿生學原理應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)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種可根據環(huán)境光照強度進行自適應調節(jié)圖像采樣視域范圍的自適應圖像信息采集系統及工作方法。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種自適應圖像信息采集系統，包括:用于復眼采集目標場景信息的復眼透鏡陣列，該復眼透鏡陣列包括四個小眼圖像采集單元，由四條導軌按X形對稱方式拼接而成的導軌組件，所述四個小眼圖像采集單元分別位于四條導軌上，且按該導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模塊根據環(huán)境光照強度控制各小眼圖像采集單元分別沿所述導軌同步相向或相背等速移動，以調節(jié)復眼透鏡陣列的視域范圍；其中，當環(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軌向內側相向移動相應距離，以收縮視域范圍；當環(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軌向外側相背移動相應距離，以擴大視域范圍。
[0006]進一步，為了獲得更大視域，所述導軌為弧形導軌。
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明還提供了一種自適應圖像信息采集系統的工作方法，
所述自適應圖像信息采集系統包括:
用于復眼采集目標場景信息的復眼透鏡陣列，該復眼透鏡陣列包括四個小眼圖像采集單元，由四條導軌按X形對稱方式拼接而成的導軌組件，所述四個小眼圖像采集單元分別位于四條導軌上，且按該導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模塊根據環(huán)境光照強度控制各小眼圖像采集單元分別沿所述導軌同步相向或相背等速移動，以調節(jié)復眼透鏡陣列的視域范圍；
所述自適應圖像信息采集系統的工作方法包括:
當環(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軌向內側相向移動相應距離，以收縮視域范圍；
當環(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軌向外側相背移動相應距離，以擴大視域范圍。
[0008]進一步，為了獲得更大視域，所述導軌為弧形導軌。
[0009]本發(fā)明相對于現有技術具有積極的效果:(I)本發(fā)明通過復眼透鏡陣列中四個小眼圖像采集單元移動來調節(jié)視域大小，實現了當環(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軌向外側相背移動相應距離，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軌向內側相向移動相應距離，以收縮視域范圍；當視域范圍縮小后，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缺陷。(2)本發(fā)明利用移動的小眼圖像采集單元實現類似螳螂蝦的復眼功能，比傳統的N多個小眼圖像采集單元來實現復眼功能成本更低。
【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有產品的技術優(yōu)勢，下面借助于附圖通過應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)明的自適應圖像信息采集系統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)明的自適應圖像信息采集系統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)明的自適應圖像信息采集系統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)明的自適應圖像信息采集系統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)明的復眼透鏡陣列的兩條導軌本體的結構示意圖； 圖6為本發(fā)明的復眼透鏡陣列的兩條導軌本體的一種傳動機構示意圖；
圖7為本發(fā)明的復眼透鏡陣列的兩條導軌本體的另一種傳動機構示意圖；
圖8為本發(fā)明的復眼透鏡陣列的單根導軌本體的結構示意圖圖9為本發(fā)明的單根導軌本體、滑塊和小眼圖像采集單元結構示意圖；
圖10為本發(fā)明的復眼透鏡陣列的控制電路結構示意圖。
[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導軌、4-1傳動輪、4-2傳動帶、4-3導軌本體、4-4單根導軌本體、5目標場景、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10，一種自適應圖像信息采集系統，包括:用于復眼采集目標場景信息的復眼透鏡陣列，該復眼透鏡陣列包括四個小眼圖像采集單元I，由四條導軌4按X形對稱方式拼接而成的導軌組件，所述四個小眼圖像采集單元I分別位于四條導軌4上，且按該導軌組件的中心點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)，以調節(jié)復眼透鏡陣列的視域范圍；
其中，當環(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分別沿導軌4向內側相向移動相應距離，以收縮視域范圍(見圖5或圖8，各小眼圖像采集單元I分別向相應的虛線方框方向移動)；
當環(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分別沿導軌4向外側相背移動相應距離，以擴大視域范圍(見圖5或圖8，各小眼圖像采集單元I分別向相應的實線方框方向移動)。
[0013]其中，按該導軌組件的中心點6對稱分布，具體的說就是根據四條導軌4，以中心點6對稱展開，即每個導軌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構，也可以采用長方形或者是圓形的結構。所述光敏傳感器可以采用光敏電阻和AD模塊來實現，AD模塊可以采用AD9850或PCF8591，光敏傳感器可以設置在所述中心點6的位置。所述環(huán)境光照強度這里的含義是針對目標場景信息的光照強度，即通過所述光敏傳感器采集目標圖像的光照強度。
[0014]所述導軌4【具體實施方式】一，見圖1、圖2、圖5和圖8，所述導軌4為由兩條導軌本體4-3構成的直線導軌拼接而成，該直線導軌中帶有傳動機構，見圖6，傳動機構【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采用方形柱狀結構，該小眼外殼本體1-1的兩側分別設有與所述導軌本體4-3配合的凹槽，所述導軌本體4-3內設有傳動機構，該傳動機構包括若干個傳動輪4-1，所述各傳動輪4-1分別由若干微型驅動電機8-2分別控制轉動，所述凹槽內設有齒面，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模塊通過電機驅動模塊來控制各微型驅動電機8-2同步轉動，從而控制各小眼圖像采集單元I分別沿所述直線導軌同步相向或相背等速移動。
[0015]見圖5，在所述導軌4【具體實施方式】一基礎上的傳動機構【具體實施方式】二，傳動機構可以采用傳動輪4-1和傳動帶4-2配合，在所述直線導軌中的兩端分別設有傳動輪4-1，兩條導軌本體4-3中的各傳動輪4-1帶動相應傳動帶4-2同步傳動，根據所述導軌4【具體實施方式】一中所述凹槽內設有齒面，所述傳動帶4-2的表面設有與凹槽齒面嚙合的齒面；S卩，所述M⑶模塊通過電機驅動模塊來控制各微型驅動電機同步轉動，從而控制各小眼圖像采集單元I分別沿所述直線導軌同步相向或相背等速移動；另外傳動機構也可以采用同步帶鏈傳動。
[0016]見圖7，在所述導軌4為由兩條導軌本體4-3構成的直線導軌拼接而成的基礎上，傳動機構【具體實施方式】三，小眼外殼本體1-1采用方形柱狀結構，該小眼外殼本體1-1的兩側分別設有腔室，所述腔室內設有傳動機構，該傳動機構包括傳動輪4-1、驅動傳動輪4-1的微型驅動電機8-2，所述導軌本體4-3—側設有與傳動輪4-1配合的凹槽，且該凹槽中設有齒面，所述傳動輪4-1為與所述齒面嚙合的齒輪；S卩，所述MCU模塊通過電機驅動模塊來控制微型驅動電機8-2同步轉動，從而控制各小眼圖像采集單元I分別沿所述直線導軌同步相向或相背等速移動。
[0017]所述導軌4【具體實施方式】二，見圖8和圖9，所述導軌4也可以采用四條單根導軌本體4-4來實現，具體的說，所述四條單根導軌本體4-4按X形對稱方式拼接而成的導軌組件，各單根導軌本體4-4上分別設有與該導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，該滑塊內部設有與所述單根導軌本體4-4滾動配合的滾輪8-1，該滾輪8-1由微型驅動電機8-2控制轉動，該微型驅動電機8-2由所述MCU模塊通過電機驅動模塊控制。為了更好的實現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。所述單根導軌本體4-4的頂面兩側設有用于對所述滾輪限位的擋條8-4。
[0018]所述導軌4【具體實施方式】三，見圖3和圖4，為了獲得更大視域，在所述導軌4為弧形導軌，從正面看，弧形導軌的結構與直線導軌相似(圖5或圖8)，由具有一定弧度的導軌本體4-3拼接而成，可以采用導軌實施方式一或二，兩條導軌本體或單根導軌本體，以及相應傳動機構的方案來實現，通過弧形導軌可以極大限度的擴大了視域范圍。
[0019]其中，所述M⑶模塊通過電機驅動模塊來控制上述微型驅動電機同步轉動是本領域慣用技術手段。
[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傳感器或數字微鏡器件DMD。
[0021]本發(fā)明通過硬件改進，即所述復眼透鏡陣列的改進，具體的是，隨著各小眼圖像采集單元I的移動，實現了當環(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獲得的目標場景5具有視域重疊，雖然犧牲了視域，但是根據視域重疊部分7(詳見圖1和圖3，每個透鏡拍攝到的目標場景5的公共部分)，有效的提高了圖像清晰度，克服了【背景技術】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基礎上的自適應圖像信息采集系統的工作方法；
見圖1-5、圖8和圖10，所述自適應圖像信息采集系統包括:用于復眼采集目標場景信息的復眼透鏡陣列，該復眼透鏡陣列包括四個小眼圖像采集單元I，由四條導軌4按X形對稱方式拼接而成的導軌組件，所述四個小眼圖像采集單元I分別位于四條導軌4上，且按該導軌組件的中心點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)，以調節(jié)復眼透鏡陣列的視域范圍；
所述自適應圖像信息采集系統的工作方法包括:
當環(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分別沿導軌4向內側相向移動相應距離，以收縮視域范圍(見圖5或圖8，各小眼圖像采集單元I分別向相應的虛線方框方向移動)；
當環(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分別沿導軌4向外側相背移動相應距離，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。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎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。
【主權項】
1.一種自適應圖像信息采集系統的工作方法，其特征在于， 所述自適應圖像信息采集系統包括: 用于復眼采集目標場景信息的復眼透鏡陣列，該復眼透鏡陣列包括四個小眼圖像采集單元，由四條導軌按X形對稱方式拼接而成的導軌組件，所述四個小眼圖像采集單元分別位于四條導軌上，且按該導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，成像器件采用CCD; 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模塊根據環(huán)境光照強度控制各小眼圖像采集單元分別沿所述導軌同步相向或相背等速移動，以調節(jié)復眼透鏡陣列的視域范圍； 所述自適應圖像信息采集系統的工作方法包括: 當環(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軌向內側相向移動相應距離，以收縮視域范圍； 當環(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軌向外側相背移動相應距離，以擴大視域范圍； 光敏傳感器設置在所述中心點的位置； 所述導軌為弧形導軌。
【文檔編號】G05D3/20GK105912035SQ201610444445
【公開日】2016年8月31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