基于微透鏡陣列的數(shù)字光場(chǎng)成像研究.pdf

1、光場(chǎng)成像作為成像技術(shù)中的一個(gè)新的方向，它可以實(shí)現(xiàn)拍攝后無(wú)需機(jī)械對(duì)焦，而是通過(guò)圖像處理計(jì)算實(shí)現(xiàn)再聚焦，并且可以實(shí)現(xiàn)3D重建和多目標(biāo)點(diǎn)聚焦等，這些特點(diǎn)都使得它在未來(lái)的生活中將會(huì)有很大的發(fā)展空間。
　　光場(chǎng)相機(jī)就是在傳統(tǒng)相機(jī)的主透鏡和成像面之間加入一個(gè)微透鏡陣列，采用這種裝置得到圖像的過(guò)程即為光場(chǎng)成像。光場(chǎng)相機(jī)可以同時(shí)捕捉到場(chǎng)景的空間（或位置）和方向（或角度）信息，即光場(chǎng)的四維信息。這樣，在一次曝光后記錄到的光場(chǎng)利用軟件就可以聚焦在任意

2、位置，也就是再聚焦。第一代手持式光場(chǎng)相機(jī)于2005年出現(xiàn)，它是將微透鏡陣列固定在圖像傳感器前方一個(gè)焦距的位置，這樣就使得微透鏡聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)，這樣每個(gè)微透鏡不僅可以記錄達(dá)到該位置的光線的總量，而且可以分辨出每一條光線的方向。然后通過(guò)將記錄的圖像進(jìn)行重組可以獲得清晰的再聚焦圖像。但是這種裝置得到的最終圖像分辨率受微透鏡個(gè)數(shù)影響，再聚焦時(shí)只從每個(gè)微透鏡對(duì)應(yīng)的幾十或者幾百個(gè)像素點(diǎn)中提取出位置一致的一個(gè)像素點(diǎn)來(lái)組成一幅再聚焦圖像，因此每幅再聚焦圖

3、像的像素值和微透鏡個(gè)數(shù)相同，像素?cái)?shù)受限于微透鏡個(gè)數(shù)。而目前的制備工藝有限，微透鏡個(gè)數(shù)只能達(dá)到幾百個(gè)，這樣一來(lái)，對(duì)于一個(gè)百萬(wàn)像素的CCD來(lái)說(shuō)，像素利用率就只有CCD像素的幾十分之一，因而圖像分辨率低。
　　為提高圖像分辨率，提出了第二代光場(chǎng)相機(jī)，第二代與第一代的主要區(qū)別是微透鏡陣列與圖像傳感器的間距可調(diào)，這樣就可以使微透鏡聚焦在主透鏡的像面上，而不是主透鏡平面上。這種裝置可以使圖像空間分辨率和方向分辨率之間有個(gè)很好的權(quán)衡關(guān)系，同時(shí)可

4、以提高圖像的空間分辨率，使圖像看起來(lái)更加清晰。
　　在后期的圖像處理上提出全分辨率光場(chǎng)渲染方法，本文將會(huì)展示出此方法的過(guò)程及其程序的要點(diǎn)，并給出提高空間分辨率后的再聚焦結(jié)果圖像，同時(shí)圖像的方向分辨率也會(huì)得到充分利用，本文中將會(huì)展示出圖像的多維視角。根據(jù)多維視角圖可以計(jì)算出圖像的深度位置，并且根據(jù)深度位置獲取擴(kuò)展景深圖像，即全分辨率圖像，這樣也擴(kuò)展了圖像的景深。最終，第二代光場(chǎng)相機(jī)的圖像空間分辨率和方向分辨率都會(huì)有所提高，同時(shí)在景深