四焦距聚焦型光场计算成像系统的设计

光场相机是一种在图像传感器前增加微透镜阵列的新型相机结构,除了记录不同位置下光的强度及颜色外,也记录不同位置下光线的方向信息,从而能够计算目标场景的深度图和高阶相位图。该技术由于景深和分辨率相互制约,获得大景深时分辨率会降低。分析了其结构特点并推导了景深和分辨率的关系,并就选定的设计参数绘制了变化曲线。在此基础上,提出了一种新型光场相机的设计方法,该结构基于具有四类焦距的微透镜阵列,可获得超大景深,同时将分辨率的下降程度控制在可接受范围。仿真结果表明:相对于三类焦距微透镜阵列,所设计的四类焦距微透镜阵列景深可提高三倍,而分辨率达到普通相机的18.9%。     

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。     

使用液晶微透镜的高分辨率三维重建双模相机

提出了一种基于液晶微透镜阵列的双模成像相机。该相机通过打开或者关闭加载在液晶微透镜阵列上的低频电压信号可以快捷地在传统平面成像模式和光场成像模式之间进行切换。液晶微透镜阵列通过常规紫外光刻和湿法刻蚀技术制作而成。通过将液晶微透镜阵列和感光传感器阵列以及主镜头耦合到一起,构造了一个双模成像相机的原型。通过该双模成像相机开展了相关实验,获取了同一目标物的光场图像和平面图像,并对孔径设计和两种工作模式下的景深进行了分析,给出了光场成像模式下目标物三维信息的计算方法,通过将三维光场数据和对应二维平面数据的信息进行融合获得了高分辨率三维图像。     

基于边缘增强引导滤波的光场全聚焦图像融合

受光场相机微透镜几何标定精度的影响,4D光场在角度方向上的解码误差会造成积分后的重聚焦图像边缘信息损失,从而降低全聚焦图像融合的精度。该文提出一种基于边缘增强引导滤波的光场全聚焦图像融合算法,通过对光场数字重聚焦得到的多幅重聚焦图像进行多尺度分解、特征层决策图引导滤波优化来获得最终全聚焦图像。与传统融合算法相比,该方法对4D光场标定误差带来的边缘信息损失进行了补偿,在重聚焦图像多尺度分解过程中增加了边缘层的提取来实现图像高频信息增强,并建立多尺度图像评价模型实现边缘层引导滤波参数优化,可获得更高质量的光场全聚焦图像。实验结果表明,在不明显降低融合图像与原始图像相似性的前提下,该方法可有效提高全聚焦图像的边缘强度和感知清晰度。     

一种应用相机阵列实现图像遮挡物移除的方法

针对光路中前景遮挡物影响感兴趣信息采集的问题,本文对应用相机阵列的遮挡物移除算法进行实验研究.用阵列型光场相机采集四维光场数据,然后用数字重聚焦技术进行不同深度的重聚焦,突出目标物细节特征.利用图像重构技术合成子图像阵列,选择最小误差阈值分割法标记遮挡物区域并复现原图像的细节特征.实验结果证明了应用阵列型光场相机移除遮...     

基于微场镜阵列的红外光场中继成像系统

光场成像是一种通过采集光场信息和重聚焦计算而成像的方法。由于微透镜型光场相机的结构限制,为实现光学系统与探测器的耦合,一般采用改造探测器的方法,但不适用于红外光场相机。为此,提出了微场镜阵列结合中继透镜的新型结构。这种新型结构通过中继透镜对中间像面1:1成像,通过微场镜阵列改善中继透镜产生的渐晕。采用倾斜刃边法计算系统的调制传递函数曲线,对比直接耦合、中继透镜耦合以及新型结构耦合三种结构的像质。根据不同的重聚焦面,新型耦合结构在奈奎斯特频率下的曲线值相比于中继透镜耦合结构提升5%~240%,接近直接耦合结构。新型结构可在实现耦合的同时,避免系统像质的大幅度下降,可在红外光场相机中起到重要作用。     

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。     

基于光场数字重聚焦的三维重建方法研究

研究了光场数字重聚焦聚焦三维重建新方法,探 讨了光场数字重聚焦参数λ的取值以及拍摄条件对 重建结果的影响。空间中,每一个点和每一个方向的辐射函数总和就是光场,光场数据包含 了空间全部三维信息。借 助计算成像技术,光场数据可以重构出序列数字重聚焦图像,实现空间的三维重建。实验时 ,首先用Lytro光场相 机获取空间数据;然后用LytroDesktop软件进行数字重聚焦处理,重构出序列焦平面图像; 最后用Halcon软件的 聚焦深度(depth-from-focus)函数实现三维重建。实验结果显示,参数λ 表征了重构平面的深度信息,λ的性质显著地影响重 建结果,λ数量多于8、正负λ数目相当时,三维重建结果好。拍摄时,设置的相机参数、 目标的反射及场景背景等 因素都会对重建结果产生影响。适合参数下,本文方法能够正确重构不同深度结构的目标, 重构结果可以任意视角 查看。本文方法利用单视图重构设备,实现多视图三维重建结果,拍摄装置小巧,拍摄过程 快捷,系统稳定性好,降 低了拍摄难度和重建算法的复杂度,拓展了DFF算法的适用深度范围, 适合大景深场景和运动目标的三维重建。     

基于共焦图像序列的自适应聚焦度量场景深度估计方法

为了估计场景深度信息,提出了基于共焦图像序列的自适应聚焦度量方法。首先,利用相机阵列获取场景多视角图像,用相机阵列模拟一个虚拟孔径相机并合成共焦图像序列。接着,采用自适应聚焦度量方法计算共焦图像序列中每个像素点的聚焦度量值并找出最大度量值作为清晰点。最后,根据相机阵列与共焦图像序列的几何配置估计出场景的深度。此方法提高了场景中深度不连续处的准确度,能较准确地恢复出场景的深度信息。     

聚焦超声换能器的仿真与性能分析

高频声透镜聚焦超声换能器在电子器件评估与检测、材料微观机械性能表征、生物医学成像、细胞操控等方面具有重要的应用。结构参数是影响其性能的主要因素之一。该文通过有限元法对基于声透镜结构的高频聚焦超声换能器进行仿真模拟,分析了声透镜的开孔角度对该类换能器聚焦区域声压模式、横向分辨率、-6 dB景深等关键性能参数的影响。仿真结果表明,换能器的焦距和横向分辨率与理论计算结果接近。随着声透镜开孔角度的增大,换能器的横向分辨力随之提高,焦点处声压级逐渐增大,-6 dB景深逐渐下降。这为声透镜聚焦超声换能器的优化设计提供了一定的技术基础。     

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。     

用于亚公里级三维成像的全光相机主物镜设计

The plenoptic camera can refocus after imaging, and obtain the position and direction information of the target at the same time with one exposure. Compared with the active distance measurement method and the traditional passive distance measurement method, the depth measurement method based on the plenoptic camera has the advantages of being difficult to detect and easy to calibrate. The plenoptic camera 3D imaging technology is a computational imaging technology that integrates the front-end optical system and the back-end information processing. The current research works mainly focus on the back-end information processing algorithm et al. There are few reports on the research of the front-end optical system. Therefore, the design of the front-end optical system was researched. Firstly, a calculation model was established for the depth resolution of a plenoptic camera based on multi-eye vision and the influence of optical system performance parameters was analyzed such as focal length and F-number on the object depth resolution. Secondly, the influence of factors was analyzed such as the blocking ratio of the two-mirror optical system and the magnification of the secondary mirror on the system parameters. Finally, a plenoptic camera main objective optical system for sub-kilometer-scale 3D imaging was designed comprehensively considering the design, processing, assembly, and ranging performance. The focal length of the system is 500 mm, the total length of the system is less than 163 mm, the telephoto ratio is less than 1/3, and the working temperature range is ?40 -70 ℃. The full field of view MTF in 80 lp/mm is better than 0.3 at different temperatures. If the plenoptic camera uses this objective and a sub-pixel recognition accuracy algorithm of 1/8 pixel, a depth resolution of less than 5 m can be obtained at 0.5 km.     

Light field all-in-focus image fusion based on spatially-guided angular information

Compared to traditional 2D images, light field images record both spatial and angular information of the scene, which can provide more data for image fusion. In this paper, a light field all-in-focus image fusion algorithm based on spatially-guided angular information is proposed. In the proposed method, the initial weight maps carrying the angular information are calculated by comparing the block variance of the 4D light field data. The initial weight maps are then guided by digital refocused images carrying the spatial information to obtain the refined weight maps. In the refocused image multi-scale decomposition, the micro-lens calibration error is considered and the additional edge layers are extracted to suppress the edge artifacts. Experiments demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm. Quantitative evaluation results show that the proposed algorithm performs the best in the feature-based index and structural similarity-based index without sacrificing the information and perceptual sharpness of the fused image.     

采用双目立体相机的实时集成成像拍摄系统

提出了一种基于双目立体相机的实时集成成像拍摄系统。不同于采用传统的摄像机阵列,该系统采用双目相机对三维场景进行拍摄,有效地简化了集成成像拍摄系统的结构。该系统首先利用双目相机获取三维场景的左右视差图,然后上传到图形处理器生成三维场景的高分辨率深度图,之后利用深度图和彩色纹理图在图形处理器中并行生成新视点视差图像,并利用像素映射算法生成高分辨率微图像阵列,实现实时的集成成像显示。实验中系统获取的深度图像素数目是微软Kinect2获取深度图像素数目的4.25倍,当系统运行在1 920 pixel1 080 pixel、99视点数的环境下,可实现三维场景的实时拍摄与显示,实验结果证明了所提系统的可行性。     

光场相机成像质量评价方法研究

光场相机应用一种新的成像技术,利用光学手段获取四维光场信息,包括目标辐射的二维空间分布信息和辐射传播的二维方向信息。与传统相机相比,光场相机在实际应用中可以获得大的景深范围。由此成像质量评价是光场相机研究中一项十分关键的工作。结合光场成像的特点,对光场相机成像模型进行了分析,完成了实际系统中的光场追迹过程,并对点扩散模型进行了计算,仿真实验结果表明该评价方法有效。