光場成像技術(shù)研究.pdf

1、作為計(jì)算成像領(lǐng)域的一個(gè)分支，光場成像將光學(xué)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和信號(hào)處理的軟件算法結(jié)合在一起，以期克服傳統(tǒng)成像系統(tǒng)的局限性。光場成像系統(tǒng)通過光學(xué)裝置采集到空間分布的四維光場，再根據(jù)不同的應(yīng)用需求來計(jì)算出相應(yīng)的圖像。本文依次從理論、設(shè)計(jì)與應(yīng)用三個(gè)方面對(duì)光場成像技術(shù)進(jìn)行分析與探討，主要研究內(nèi)容包括：
　　 一，分別從連續(xù)數(shù)理模型和離散信號(hào)處理的角度對(duì)光場成像技術(shù)原理進(jìn)行了理論推導(dǎo)和分析。從數(shù)理模型上看，光場成像過程對(duì)應(yīng)于四維變量與二維變量

2、之間的相互轉(zhuǎn)換；從信號(hào)處理來看，光場的獲取方式和處理算法分別等價(jià)于離散數(shù)據(jù)的采樣與重采樣；根據(jù)光場數(shù)據(jù)的信息冗余性，提出了基于圖像超分辨率重構(gòu)的數(shù)字對(duì)焦方法。
　　 二，設(shè)計(jì)并研制了基于微透鏡陣列的光場相機(jī)。為了對(duì)光場成像和傳統(tǒng)成像進(jìn)行客觀對(duì)比，提出了一種同時(shí)包含光場相機(jī)和傳統(tǒng)相機(jī)的共光路成像方案，設(shè)計(jì)了其總體技術(shù)指標(biāo)與各分系統(tǒng)的物理參數(shù)；在仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上，著重分析了微透鏡陣列對(duì)光場參數(shù)的影響，推導(dǎo)出四維光場的最大有效方向分辨

3、率與微透鏡參數(shù)的關(guān)系；在光場相機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，重點(diǎn)分析了光場傳感器的結(jié)構(gòu)精度要求，提出了微透鏡陣列與成像探測器的精密耦合工藝和結(jié)構(gòu)。
　　 三，開展了數(shù)字對(duì)焦實(shí)驗(yàn)與圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)。提出了光場相機(jī)的定標(biāo)預(yù)處理方法，確定光場四維坐標(biāo)與探測器圖像二維坐標(biāo)之間的映射關(guān)系；設(shè)計(jì)光學(xué)指標(biāo)測試裝置，分別對(duì)光場相機(jī)和傳統(tǒng)相機(jī)的成像分辨率、焦深范圍、調(diào)制傳遞函數(shù)以及點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行實(shí)測比較，分析了兩種成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在；開展大量室內(nèi)外成像實(shí)驗(yàn)，演示和

4、驗(yàn)證了光場相機(jī)的數(shù)字對(duì)焦和景深擴(kuò)展能力。
　　 四，設(shè)計(jì)了多光譜光場成像系統(tǒng)并完成成像實(shí)驗(yàn)。依據(jù)四維光場的多視角變換特性，提出了結(jié)合光場相機(jī)和濾光片陣列進(jìn)行快照式多光譜成像的原理；在分析子孔徑混疊的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了多通道光譜濾光片，將所研制的光場相機(jī)進(jìn)一步改造為多光譜成像儀；提出了光場圖像中光譜坐標(biāo)的標(biāo)定方法，開展了多光譜成像實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了一次曝光獲取三維光譜數(shù)據(jù)的快照式探測技術(shù)。
　　 五，設(shè)計(jì)了基于遮攔物識(shí)別的合成孔徑光