光場成像技術研究.pdf

1、作為計算成像領域的一個分支，光場成像將光學系統(tǒng)的硬件設計和信號處理的軟件算法結合在一起，以期克服傳統(tǒng)成像系統(tǒng)的局限性。光場成像系統(tǒng)通過光學裝置采集到空間分布的四維光場，再根據不同的應用需求來計算出相應的圖像。本文依次從理論、設計與應用三個方面對光場成像技術進行分析與探討，主要研究內容包括：
　　 一，分別從連續(xù)數(shù)理模型和離散信號處理的角度對光場成像技術原理進行了理論推導和分析。從數(shù)理模型上看，光場成像過程對應于四維變量與二維變量

2、之間的相互轉換；從信號處理來看，光場的獲取方式和處理算法分別等價于離散數(shù)據的采樣與重采樣；根據光場數(shù)據的信息冗余性，提出了基于圖像超分辨率重構的數(shù)字對焦方法。
　　 二，設計并研制了基于微透鏡陣列的光場相機。為了對光場成像和傳統(tǒng)成像進行客觀對比，提出了一種同時包含光場相機和傳統(tǒng)相機的共光路成像方案，設計了其總體技術指標與各分系統(tǒng)的物理參數(shù)；在仿真計算的基礎上，著重分析了微透鏡陣列對光場參數(shù)的影響，推導出四維光場的最大有效方向分辨

3、率與微透鏡參數(shù)的關系；在光場相機的結構設計上，重點分析了光場傳感器的結構精度要求，提出了微透鏡陣列與成像探測器的精密耦合工藝和結構。
　　 三，開展了數(shù)字對焦實驗與圖像質量評價。提出了光場相機的定標預處理方法，確定光場四維坐標與探測器圖像二維坐標之間的映射關系；設計光學指標測試裝置，分別對光場相機和傳統(tǒng)相機的成像分辨率、焦深范圍、調制傳遞函數(shù)以及點擴散函數(shù)進行實測比較，分析了兩種成像技術的優(yōu)勢所在；開展大量室內外成像實驗，演示和

4、驗證了光場相機的數(shù)字對焦和景深擴展能力。
　　 四，設計了多光譜光場成像系統(tǒng)并完成成像實驗。依據四維光場的多視角變換特性，提出了結合光場相機和濾光片陣列進行快照式多光譜成像的原理；在分析子孔徑混疊的基礎上，設計了多通道光譜濾光片，將所研制的光場相機進一步改造為多光譜成像儀；提出了光場圖像中光譜坐標的標定方法，開展了多光譜成像實驗，實現(xiàn)了一次曝光獲取三維光譜數(shù)據的快照式探測技術。
　　 五，設計了基于遮攔物識別的合成孔徑光