EIDOF技術(shù)原理
EIDOF是光圈景深聯(lián)合延拓(Extension of Iris and Depth of Field)的縮寫(xiě)。
EIDOF技術(shù)是一種信息光學(xué)成像技術(shù)，以光學(xué)和信息技術(shù)相結(jié)合，利用多重波前編碼光學(xué)成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)光圈景深聯(lián)合延拓成像的技術(shù)或效果。該技術(shù)改變了傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)思路，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的鏡頭對(duì)光信息進(jìn)行編碼，再用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)進(jìn)行解碼。該技術(shù)的特性之一就是使得光學(xué)系統(tǒng)的光圈和景深都得到擴(kuò)展，從而在增大光圈、提高光通量的前提下使景深得到擴(kuò)展，解決了大光圈和大景深同時(shí)實(shí)現(xiàn)的矛盾。實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有安防攝像機(jī)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的低照度成像、短曝光高速成像而同時(shí)增加或者保持景深的功能。
EIDOF中的多重波前編碼成像技術(shù)原理與傳統(tǒng)光學(xué)成像技術(shù)原理在成像過(guò)程中存在本質(zhì)不同，其成像特性與傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)成像特性也存在諸多差異。多重波前編碼成像技術(shù)將光學(xué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)相位掩膜的方式對(duì)成像光線進(jìn)行編碼，即使得光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)對(duì)離焦像差不敏感，同時(shí)避免部分空間頻率的丟失。該技術(shù)在成像時(shí)在像面得到編碼模糊圖像，利用信息處理技術(shù)再對(duì)所得的編碼模糊圖像進(jìn)行解碼，得到最終的清晰圖像，從而達(dá)到在保證系統(tǒng)的光通量和成像分辨率的情況下，實(shí)現(xiàn)增大景深的目的，同時(shí)還可抑制球差、色差、象散、匹茲凡面彎曲以及由安裝誤差和溫度變化引起的離焦帶來(lái)的像差。多重波前編碼系統(tǒng)具有傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)無(wú)法獲得的優(yōu)越成像性能，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
EIDOF技術(shù)產(chǎn)品樣機(jī)的優(yōu)勢(shì)
· 大景深的同時(shí)實(shí)現(xiàn)大光圈，在同樣16mm焦距下，可以在超過(guò)傳統(tǒng)鏡頭F/#=4的景深范圍時(shí)，具有F/#=1.0的光圈，通光量之比為16﹕1，明顯優(yōu)于目前使用的傳統(tǒng)鏡頭;
· 低照度特性，由于其大光圈特點(diǎn)，可以在現(xiàn)有攝像機(jī)鏡頭已經(jīng)無(wú)法辨識(shí)的情況下實(shí)現(xiàn)整幅視頻清晰的圖像，實(shí)現(xiàn)了 “別人看不見(jiàn)我能看見(jiàn)”的優(yōu)勢(shì);
· 短曝光高速成像特性，由于其大光圈特點(diǎn)，可以在對(duì)低照度下的高速運(yùn)動(dòng)物體實(shí)現(xiàn)小拖尾成像，降低關(guān)注的運(yùn)動(dòng)物體的模糊度，實(shí)現(xiàn)了“別人看不清我能看清”的優(yōu)勢(shì);
· 低補(bǔ)光特性，降低低照度情況下的補(bǔ)光，降低補(bǔ)光設(shè)備的采購(gòu)和維護(hù)成本，減少能源的消耗;
· 大景深特性，比傳統(tǒng)鏡頭F/#=4時(shí)的景深還要優(yōu)越，實(shí)現(xiàn)了“別人看不清我能看清”的優(yōu)勢(shì);
· 無(wú)畸變特性，EIDOF技術(shù)的成像由于采用專利技術(shù)的消除畸變成像，使得成像沒(méi)有任何幾何畸變。EIDOF技術(shù)由于利用了多重波前編碼技術(shù)進(jìn)行成像，除具有光圈景深聯(lián)合延拓的特性外，還具有在同樣光圈下能夠以較小的質(zhì)量和較小的體積實(shí)現(xiàn)鏡頭等特點(diǎn)。
大光圈、大景深：看得見(jiàn)、看得清
此次對(duì)北京泰邦天地科技有限公司的EIDOF產(chǎn)品樣機(jī)鏡頭的測(cè)試在于了解：
· 測(cè)試該光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)于低照度和強(qiáng)照度條件下的成像能力;
· 測(cè)試該產(chǎn)品樣機(jī)對(duì)比于傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)，在景深和光圈兩方面的不同點(diǎn)。
低照度測(cè)試：低照度情況下，為實(shí)現(xiàn)景深相同，且均為實(shí)際應(yīng)用景深，參照系統(tǒng)必須選擇F/#=4.0(f=16mm，曝光時(shí)間為40ms)，路燈光照下，無(wú)補(bǔ)光，參照系統(tǒng)幾乎無(wú)法成有意義的像的情況下(如圖1-1);EIDOF樣機(jī)系統(tǒng)(F/#=1.0，f=16mm，曝光時(shí)間為40ms)可以清晰成像，低照度下的清晰成像能力明顯好于參照攝像機(jī)(如圖1-2)。
圖1 參照系統(tǒng)與效果 EIDOF樣機(jī)系統(tǒng)低照度對(duì)比效果[nextpage]
短曝光測(cè)試：短曝光時(shí)間的拖尾測(cè)試，選擇在傍晚照度降低的時(shí)候進(jìn)行測(cè)試，為實(shí)現(xiàn)景深相同，且均為實(shí)際應(yīng)用景深，參照系統(tǒng)必須選擇F/#=4.0，晚6點(diǎn)30分左右，無(wú)補(bǔ)光，車速約70Km/h。參照系統(tǒng)的拖尾現(xiàn)象嚴(yán)重，幾乎無(wú)法看清楚車輛輪廓(如圖2-1)，EIDOF樣機(jī)系統(tǒng)幾乎無(wú)拖尾，可以清楚看到車輛，甚至是車牌(如圖2-2)。
圖2 參照系統(tǒng)與EIDOF樣機(jī)系統(tǒng)短曝光效果
景深測(cè)試：在景深測(cè)試時(shí)，我們對(duì)在北京某校園體育場(chǎng)防護(hù)網(wǎng)及周邊進(jìn)行拍照，考察前景和后景圖像的細(xì)節(jié)差別(圖3)對(duì)比后可明顯看出，在三個(gè)局部放大的圖片中，EIDOF樣機(jī)系統(tǒng)的清晰程度均高于前兩者。
圖3 景深細(xì)節(jié)對(duì)比測(cè)試效果。
強(qiáng)照度實(shí)用性測(cè)試：對(duì)于大光圈成像系統(tǒng)，在監(jiān)控中是否面臨在正午前后的高照度環(huán)境下是否具備適用性的問(wèn)題。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)高照度亮環(huán)境進(jìn)行拍照，觀察大光圈鏡頭的成像清晰程度，曝光時(shí)間和增益是否達(dá)到極限值來(lái)反映適用性問(wèn)題。在北京理工大學(xué)校園內(nèi)，環(huán)境照度為78400Lux，畫(huà)面平均亮度為129的情況下，EIDOF樣機(jī)系統(tǒng)的曝光時(shí)間為336μs(相機(jī)曝光時(shí)間的極限值為12μs，見(jiàn)圖4)。由此可見(jiàn)，EIDOF樣機(jī)系統(tǒng)在高亮環(huán)境下完全具有實(shí)用性。
圖4 EIDOF樣機(jī)系統(tǒng)在強(qiáng)照度下的實(shí)用性測(cè)試效果
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