發(fā)布時間：2019-10-08 16:11

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

在平面上切削復(fù)眼，而車削的平面由于刀具的切削速度不斷變化，整個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。制造如何針對實際需求和相機參數(shù)設(shè)計復(fù)眼，并實現(xiàn)對復(fù)眼模組的超精密加工，是目前光場成像技術(shù)中亟待解決的關(guān)鍵問題。本文首先介紹了光場成像原理；然后提出一種基于超精密加工的復(fù)眼設(shè)計、加工方法，并使用自主研發(fā)的復(fù)眼模組搭建了光場相機的原型機；并以此為基礎(chǔ)，對光場成像中合成孔徑、數(shù)字重聚焦等關(guān)鍵問題進行了深入探討。最后通過試驗，證明了本文所述方法的有效性和實用性。圖1光場相機示例1光場成像與光場相機光場成像是將空間中各個方向的光線參數(shù)化表示，并用光場函數(shù)對視場范圍內(nèi)各點的輻射度以及方向進行量化的成像過程。根據(jù)參數(shù)化形式的不同，光場模型通�？梢允褂媒孛孑椛涠�、5D全光函數(shù)和4D光場等方式表示，其中4D光場是較為直觀且常用的表示形式。圖2是使用4D光場對光線進行參數(shù)化的示意圖，，假設(shè)光線連續(xù)通過UOV平面和XO'Y兩個平面，光線與上述平面的交點分別為(u,v)和(x,y)，那么這條光線可以參數(shù)化表示為L(u,v,x,y)。在透鏡成像模型中，光場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光場參數(shù)化表示。如圖3所示，以光心O為原點，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)光線通過主透鏡的位置(u,v)以及復(fù)眼透鏡的位置(x,y)記錄光場的4D信息。圖24D光場的參數(shù)化表示圖3基于復(fù)眼的光場成像模型根據(jù)上述光場成像原理以及復(fù)眼透鏡陣列對光場4D參數(shù)化的過程可知，光場相機可以通過在主鏡頭與相機的成像傳感器(CCD/CMOS)之間嵌入復(fù)眼透鏡陣列，完成對光場信息的捕捉并?

玫謀硎拘問�。�?是使用4D光場對光線進行參數(shù)化的示意圖，假設(shè)光線連續(xù)通過UOV平面和XO'Y兩個平面，光線與上述平面的交點分別為(u,v)和(x,y)，那么這條光線可以參數(shù)化表示為L(u,v,x,y)。在透鏡成像模型中，光場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光場參數(shù)化表示。如圖3所示，以光心O為原點，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)光線通過主透鏡的位置(u,v)以及復(fù)眼透鏡的位置(x,y)記錄光場的4D信息。圖24D光場的參數(shù)化表示圖3基于復(fù)眼的光場成像模型根據(jù)上述光場成像原理以及復(fù)眼透鏡陣列對光場4D參數(shù)化的過程可知，光場相機可以通過在主鏡頭與相機的成像傳感器(CCD/CMOS)之間嵌入復(fù)眼透鏡陣列，完成對光場信息的捕捉并成像。如圖4所示，可以根據(jù)傳統(tǒng)相機鏡頭與成像傳感器的參數(shù)，設(shè)計、嵌入相應(yīng)的復(fù)眼透鏡陣列，進而實現(xiàn)相機的光場拍照功能。圖4光場相機的主要構(gòu)成
【作者單位】： 香港理工大學(xué)超精密加工技術(shù)國家重點實驗室伙伴實驗室;
【基金】：香港創(chuàng)新科技署資助項目(ITS/339/13FX)
【分類號】：TP391.41

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本文編號：2546368