使用梯度折射率液晶微透镜阵列的光场成像

光场成像可以获取场景的三维信息。通过在主透镜和图像传感器之间插入一个微透镜阵列,不仅可以记录光线的辐射度,还记录了光线入射的方向。提出了使用梯度折射率液晶微透镜阵列进行光场成像的方法。该阵列基于向列相液晶材料,利用其各向异性和双折射的特点,通过紫外光刻技术和湿法刻蚀技术制作,具有圆孔阵列图案。在该阵列的上下电极之间加载一个交流电压信号后,每个微透镜可以有效会聚入射光,搭建了测试系统来测试该阵列的聚焦特性和焦距。将该阵列与一个主透镜和一片图像传感器耦合得到一个光场成像相机,并使用该相机采集了图像。     

基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法

提出一种基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法。在该方法的拍摄过程中,首先通过微透镜阵列1拍摄三维场景获得微图像阵列1,再通过一个包括虚拟显示和虚拟拍摄两个步骤的像素映射算法,生成与微图像阵列1参数不同的微图像阵列2。在显示过程中使用的微透镜阵列2与拍摄时的微透镜阵列1具有不同的参数,微图像阵列2通过微透镜阵列2重建出全真的3D图像,重建的3D图像没有图像缩放和畸变。同时本文还推导了微图像阵列1、2和微透镜阵列1、2各参数应满足的数学关系。实验结果验证了理论推导的正确性。     

基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像

提出一种基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法。在该方法的拍摄过程中, 首先通过微透镜阵列1拍摄三维场景获得微图像阵列1, 再通过一个包括虚拟显示和虚拟拍摄两个步骤的像素映射算法, 生成与微图像阵列1参数不同的微图像阵列2。在显示过程中使用的微透镜阵列2与拍摄时的微透镜阵列1具有不同的参数, 微图像阵列2通过微透镜阵列2重建出全真的3D图像, 重建的3D图像没有图像缩放和畸变。同时本文还推导了微图像阵列1、2和微透镜阵列1、2各参数应满足的数学关系。实验结果验证了理论推导的正确性。     

基于微透镜阵列的光场显微测量方法研究

与传统成像技术相比,光场成像技术能够利用光场中光线的传播方向信息,采用计算成像的方式极大地提高成像系统的景深。而传统的光学显微镜分辨率越高,景深越小。文章结合光场成像技术和传统光学显微镜,通过在显微镜一次像面插入微透镜阵列,提高显微镜景深,实现光场的显微三维测量。该系统通过单次曝光即可获得光场的四维光场信息,通过数字重聚焦技术和清晰度评价函数完成光场显微测量。实验结果表明,基于微透镜阵列的光场显微测量方法是可行的。测量系统以牺牲16倍横向分辨率为代价,将显微镜头景深提高了近100倍。     

微透镜阵列的制作及其在光场成像中应用的研究进展

文章综述了微透镜阵列制备技术的最新研究进展,并将这些制备方法分为直接法和间接法进行了对比分析。回顾了微透镜在光场成像应用中的研究进展,指出目前该领域的研究重点是光场相机设计的新思路及提高分辨率的相应模型算法。     

液晶微透镜阵列直接成像

针对传统显微镜结构复杂且视场角小等问题，提出一种两路低电压驱动的液晶微透镜阵列结构，透镜的焦距由3个电极控制，中间电极为圆孔阵列图案电极，作为孔径光阑以阻止微透镜外的杂散光。对该阵列的波前和光焦度进行了测试，搭建了一套简易液晶微透镜阵列直接成像系统，每个微透镜都对待观察物体的不同区域成像，通过近平行光照明减小相邻微透镜间的串扰，拼接所有单元图像得到完整图像。该系统无需额外的光学器件，结构简单紧凑。液晶微透镜阵列具有大视场，成像区域具备可扩展性，为实现大视场下的简易显微成像提供了新思路。     

微透镜阵列扫描成像系统的衍射分析与研究

微透镜阵列是微光学元件典型器件之一,广泛的应用于光束整形、精密测量、光学成像等场景。本文研究了微透镜阵列扫描成像系统的工作机理,并重点分析了影响成像质量的光场衍射效应和杂散光串扰,完成了微透镜阵列扫描成像系统衍射效应的推导与仿真,揭示了衍射效应与焦距及子单元孔径之间的关系,为微透镜阵列扫描成像系统的实际应用提供了导向,并为微透镜阵列的光束控制应用提供理论支撑,为微透镜阵列的建模、设计等提供依据。     

红外双波叠层结构探测器微透镜阵列的设计

介绍了一种双波段红外探测器叠层结构微透镜阵列的设计,从实际光线角度进行建模,考虑微透镜加工线宽的要求,利用光学非成像理论的原理优化。并根据微透镜的衍射效率进行量化,分析了影响占空比因素的计算方法等,并对其进行了详细说明。该设计方法从实际入射光线建模,思路新颖,该方法经加工微透镜与探测器耦合后验证可行。给微透镜阵列的设计者一些启发,可用于其他多种叠层结构探测器的微透镜阵列设计。     

红外焦平面阵列微扫描成像方案比较

文章介绍了微扫描技术及其给红外焦平面阵列成像带来的好处,分析了各种微扫描红 外焦平面阵列成像方案的特点,比较了各种微扫描成像方案的优势及不足,指出了红外焦平面阵列微扫描成像工程化的可行方案和研究方向。     

Three-dimensional integral imaging display system based on negative lens array

An integral imaging display system based on negative lens array in real mode is proposed in this letter. Compared with the conventional integral imaging system with positive lens array, the negative one has a huge advantage on viewing angle. The minimum viewing angle of the imaging display system based on negative lens array is the maximum viewing angle of the positive one with the same parameters. And the imaging display system based on negative lens array can enhance the viewing angle to 180° with special parameters. Other parameters, such as resolution and depth-of-field, are the same in both systems. Another advantage is that the proposed imaging display system based on negative lens array can fill the image area gap between 0 and 2f. The feasibility of our proposed method is experimentally proved. This work has been supported by the National Natural Science Foundation of China (No.11474169) and the Hebei Provincial Science Foundation for Youths (No.F2016402115). E-mail:XXJiao@hebeu.edu.cn      

基于X光移动光刻技术的PMMA微透镜阵列制备

微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶,在PMMA基板上制造了微透镜阵列,并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形,并通过掩膜图形模拟仿真,预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后,理论上会得到半圆柱状三维结构;第一次光刻后将掩膜板旋转90,进行第二次移动曝光光刻,最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm10 mm的3030个微透镜阵列,阵列中每个微透镜的直径约248m、厚度约82m。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。     

基于Zemax仿真的红外光场成像技术

光场成像作为计算摄影学的研究方向之一,可以通过单次拍摄得到目标的四维全光信息,包括空间两维以及角度两维信息,由此可以通过多视角立体匹配原理实现三维成像。目前光场成像集中应用于可见光领域,用于其他光学成像波段的情况较为少见。本文提出基于Zemax仿真的红外光场成像技术,将光场成像系统与长波红外成像系统相结合,从光场成像原理以及长波红外成像特性出发,对长波红外光场成像系统结构设计进行了深入研究,同时为了提升三维成像的效果,分析了红外光场成像系统光学参数对深度分辨率的影响,得出深度分辨率主要由微透镜成像关系、微透镜工作F数、主透镜焦距、物距以及探测器像素尺寸确定。针对长波红外探测器像素数较少的情况选择了聚焦型光场成像系统,根据设计结果,使用Zemax仿真验证了长波红外系统与光场成像系统相结合的可行性以及理论设计的正确性。     

A laser beam shaper for homogeneous rectangular illumination based on freeform micro lens array

An effective design method of freeform micro lens array is presented for shaping varied laser beams into prescribed rectangular illumination. The variable separation mapping is applied to design concave freeform surfaces for constructing a freeform lens array. Several dedicated examples show that the designed freeform optical lens array can achieve a prescribed rectangular illumination pattern, especially without considering the initial states of incident laser beams. Both high collection efficiency and good spatial uniformity can be available simultaneously. Tolerance analysis is also performed to demonstrate that this optical device can well avoid fabricating difficulty in actual applications.     

基于空间调制器的透镜设计与成像研究

为了研究利用空间光调制器制作的菲涅尔透镜的特性,基于标量衍射理论推导了透镜的相位分布函数,建立了菲涅尔透镜的模型;并通过实验测量了空间光调制器的相位—灰度特性曲线,得到了相位与灰度的函数关系.制作了焦距为100 mm和150 mm的菲涅尔透镜相位灰度图.通过实验研究了该菲涅尔透镜成放大实像和缩小实像的成像规律;结果表明...     

基于FPGA的传声器阵列成像系统设计

声源可视化技术对传声器数量和采集系统的性能具有一定的要求,传统驻极体传声器阵列采集系统存在功耗高、体积大、采集系统可移植性差和拓展性差等问题.本文设计了36阵元数字MEMS传声器阵列成像系统,有效克服了以上问题.采集模块选用FPGA为硬件平台,完成数据采集和信号处理模块设计,分析了I2 S音频传输协议的实现、数据传输机制的建立和上位机数据的交互方式.并在普通室内环境中对此系统进行实验验证,系统的声源成像效果良好、成像分辨率高,在实际的噪声源定位与噪声设备监测中有广泛的应用前景.     

Simplification of integral imaging system by using a lenticular lens array

Integral imaging is a 3D display technology without any additional equipment. A new system is proposed in this paper, which uses a lenticular lens array to replace the lens array in the conventional integral imaging system. The lenticular integral imaging system reduces the complexity and the price of integral imaging system. The positive characteristics of conventional integral imaging system, such as full parallax and quasi-continuous view points, are still kept on the proposed system in horizontal direction. Optical results show that the time for calculating the elemental images is reduced by 25% compared with the conventional one. The resolution of integrated image in vertical direction is 4 times higher than that of conventional system. This proposed system opens a new way on application of integral imaging.     

基于结构光标记的光场三维成像技术研究

由于四维光场数据中记录了场景中所有光线的方向和强度,通过对其分析和计算即可获得空间场景中对应点的3D坐标。但是目前对光场数据进行处理所采用的重聚焦和多目视觉方法,由于空间场景中特征较少,导致很难确定光场数据中的对应关系光线,因此,重建获得的3D数据不仅稀疏而且精度较低。针对此,提出了一种使用结构光投影技术对三维场景进行标记,并根据相位标记精确的建立起光线之间的对应信息,最终快速地计算出空间场景3D数据的方法。由于4D光场矩阵中存储的是光线相位而不是传统方法中的强度,并且还记录有不同方向的光线信息,因此,该方法不仅提高了传统光场三维重建的精度,还可以解决以往结构光投影三维测量方法中存在的遮挡和高光反射问题。最后通过实验验证了所提方法的可行性和准确性。     

基于摆停模式的航空大视场面阵热成像技术

针对目前基于单元探测器和线列探测器的红外成像仪不能较好兼顾大视场、高空间分辨率、高温度灵敏度的问题,研制了一套基于非制冷型面阵红外探测器的大视场热红外成像仪,实现了75°大视场、0.4 mrad空间分辨率和50 m K(NEΔT)温度灵敏度指标.建立了面阵摆扫图像畸变校正模型,较好地解决了面阵摆扫图像定位精度低和图像拼接裂缝问题.研究成果对大视场面阵摆扫红外成像技术的发展具有重要的参考价值.     

基于条纹投影的双目结构光成像系统

研究了一种 基于条纹投影 的双目三维成像方法,实现对表面有大梯度或非连续等复杂形貌物体的测量。计算机软件产 生的正弦条纹 经DLP投影仪投射到被测物体表面,左右两个CCD相机同时拍摄经被测物体表面调制的变形条 纹图。通过 四步相移和最佳条纹选择方法分别计算得到折叠相位图和展开相位图。建立绝对相位与深度 之间的关系, 得到两组不同坐标系下的三维点云数据。提出一种改进的最近点迭代(ICP)算法,在每一次 迭代过程中剔除 不可见点和噪声点,将两组点云数据转换到同一坐标系中。三维形貌测量实验证明了所研制 成像系统的可 行性和准确性。视场范围内的最大测量误差为0.072mm。