發(fā)布時(shí)間：2019-10-08 16:11

【摘要】：復(fù)眼透鏡是光場(chǎng)成像系統(tǒng)中的關(guān)鍵光學(xué)元件。提出一種針對(duì)復(fù)眼透鏡的新型設(shè)計(jì)加工方法:該設(shè)計(jì)方法可根據(jù)不同的相機(jī)參數(shù),優(yōu)化復(fù)眼透鏡的設(shè)計(jì)參數(shù),提高成像質(zhì)量;該加工方法主要包含超精密車(chē)削加工和模壓注塑兩道工藝,并對(duì)車(chē)削加工工藝進(jìn)行了改良。在光場(chǎng)相機(jī)的基礎(chǔ)上,對(duì)光場(chǎng)成像中合成孔徑以及數(shù)字重聚焦等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入探討。試驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)加工的復(fù)眼透鏡陣列具有較高的精度和較好的一致性,可有效實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)成像的核心功能。
【圖文】：

在平面上切削復(fù)眼，而車(chē)削的平面由于刀具的切削速度不斷變化，整個(gè)平面的平面度難以保證，所以復(fù)眼的形狀精度不高，一致性不好。制造如何針對(duì)實(shí)際需求和相機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)復(fù)眼，并實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)眼模組的超精密加工，是目前光場(chǎng)成像技術(shù)中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文首先介紹了光場(chǎng)成像原理；然后提出一種基于超精密加工的復(fù)眼設(shè)計(jì)、加工方法，并使用自主研發(fā)的復(fù)眼模組搭建了光場(chǎng)相機(jī)的原型機(jī)；并以此為基礎(chǔ)，對(duì)光場(chǎng)成像中合成孔徑、數(shù)字重聚焦等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入探討。最后通過(guò)試驗(yàn)，證明了本文所述方法的有效性和實(shí)用性。圖1光場(chǎng)相機(jī)示例1光場(chǎng)成像與光場(chǎng)相機(jī)光場(chǎng)成像是將空間中各個(gè)方向的光線參數(shù)化表示，并用光場(chǎng)函數(shù)對(duì)視場(chǎng)范圍內(nèi)各點(diǎn)的輻射度以及方向進(jìn)行量化的成像過(guò)程。根據(jù)參數(shù)化形式的不同，光場(chǎng)模型通常可以使用截面輻射度、5D全光函數(shù)和4D光場(chǎng)等方式表示，其中4D光場(chǎng)是較為直觀且常用的表示形式。圖2是使用4D光場(chǎng)對(duì)光線進(jìn)行參數(shù)化的示意圖，，假設(shè)光線連續(xù)通過(guò)UOV平面和XO'Y兩個(gè)平面，光線與上述平面的交點(diǎn)分別為(u,v)和(x,y)，那么這條光線可以參數(shù)化表示為L(zhǎng)(u,v,x,y)。在透鏡成像模型中，光場(chǎng)信息可以使用主透鏡加微透鏡陣列(復(fù)眼透鏡)的方法獲取，并使用4D光場(chǎng)參數(shù)化表示。如圖3所示，以光心O為原點(diǎn)，將主透鏡所在平面記為UOV，同樣地將主光軸與復(fù)眼透鏡陣列的交點(diǎn)記為O'，將復(fù)眼透鏡陣列所在平面記為XO'Y，這樣便可以根據(jù)光線通過(guò)主透鏡的位置(u,v)以及復(fù)眼透鏡的位置(x,y)記錄光場(chǎng)的4D信息。圖24D光場(chǎng)的參數(shù)化表示圖3基于復(fù)眼的光場(chǎng)成像模型根據(jù)上述光場(chǎng)成像原理以及復(fù)眼透鏡陣列對(duì)光場(chǎng)4D參數(shù)化的過(guò)程可知，光場(chǎng)相機(jī)可以通過(guò)在主鏡頭與相機(jī)的成像傳感器(CCD/CMOS)之間嵌入復(fù)眼透鏡陣列，完成對(duì)光場(chǎng)信息的捕捉并?

玫謀硎拘問(wèn)�。�?是使用4D光場(chǎng)對(duì)光線進(jìn)行參數(shù)化的示意圖，假設(shè)光線連續(xù)通過(guò)UOV平面和XO'Y兩個(gè)平面，光線與上述平面的交點(diǎn)分別為(u,v)和(x,y)，那么這條光線可以參數(shù)化表示為L(zhǎng)(u,v,x,y)。在透鏡成像模型中，光場(chǎng)信息可以使用主透鏡加微透鏡陣列(復(fù)眼透鏡)的方法獲取，并使用4D光場(chǎng)參數(shù)化表示。如圖3所示，以光心O為原點(diǎn)，將主透鏡所在平面記為UOV，同樣地將主光軸與復(fù)眼透鏡陣列的交點(diǎn)記為O'，將復(fù)眼透鏡陣列所在平面記為XO'Y，這樣便可以根據(jù)光線通過(guò)主透鏡的位置(u,v)以及復(fù)眼透鏡的位置(x,y)記錄光場(chǎng)的4D信息。圖24D光場(chǎng)的參數(shù)化表示圖3基于復(fù)眼的光場(chǎng)成像模型根據(jù)上述光場(chǎng)成像原理以及復(fù)眼透鏡陣列對(duì)光場(chǎng)4D參數(shù)化的過(guò)程可知，光場(chǎng)相機(jī)可以通過(guò)在主鏡頭與相機(jī)的成像傳感器(CCD/CMOS)之間嵌入復(fù)眼透鏡陣列，完成對(duì)光場(chǎng)信息的捕捉并成像。如圖4所示，可以根據(jù)傳統(tǒng)相機(jī)鏡頭與成像傳感器的參數(shù)，設(shè)計(jì)、嵌入相應(yīng)的復(fù)眼透鏡陣列，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相機(jī)的光場(chǎng)拍照功能。圖4光場(chǎng)相機(jī)的主要構(gòu)成
【作者單位】： 香港理工大學(xué)超精密加工技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室伙伴實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：香港創(chuàng)新科技署資助項(xiàng)目(ITS/339/13FX)
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41

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