透過散射介質(zhì)成像在很多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。然而,目前關(guān)于針對(duì)三維運(yùn)動(dòng)物體的透過散射介質(zhì)成像與追蹤的研究卻很少。提出一種透過散射層對(duì)運(yùn)動(dòng)三維物體進(jìn)行單次曝光錄像的方法。從散射層兩個(gè)不同位置出射的散斑之間非相關(guān)且包含了雙視角下的物體信息,在這兩部分散斑的重疊區(qū)域進(jìn)行探測(cè),可實(shí)現(xiàn)三維成像。在曝光過程中繞光軸旋轉(zhuǎn)相機(jī),可探測(cè)到由一系列旋轉(zhuǎn)不同角度后的瞬時(shí)散斑疊加而成的一張散斑圖像。在滿足散斑旋轉(zhuǎn)去相關(guān)的條件下,這些瞬時(shí)散斑之間非相關(guān)。至此,對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻、不同視角的一系列瞬時(shí)散斑多路復(fù)用于一張散斑圖像中。利用互相關(guān)解卷積成像法,通過依次旋轉(zhuǎn)各個(gè)單視角下探測(cè)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù),即可從這張散斑圖像中重建出三維運(yùn)動(dòng)物體的視頻信息。 

【文章來源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(22)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

透過散射層對(duì)運(yùn)動(dòng)三維物體的單次

t j =θ j /ω+j×t pause , ??? (5)這樣就可以在重建過程中根據(jù)匹配PSF的旋轉(zhuǎn)角度來確定這一幀圖像對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。此外,根據(jù)重建圖像中左、右視角下的物體橫向位置差,可以計(jì)算出三維物體上任意一點(diǎn)P的深度信息。如圖2所示,點(diǎn)H代表測(cè)量PSF時(shí)參考點(diǎn)光源所處的位置。分別測(cè)量左、右視角下恢復(fù)的圖像中物體相對(duì)圖像中心的像素距離,據(jù)此計(jì)算出左、右視角下物點(diǎn)P的像與參考點(diǎn)光源H的像在相機(jī)感光面上的相對(duì)距離,分別如圖2中的矢量xL和xR所示。那么,物體上的點(diǎn)P與參考點(diǎn)光源H之間的深度差d可表示為

為了探測(cè)左、右通光孔對(duì)應(yīng)的散斑,在圖1所示系統(tǒng)中的三維物體的底部平面放置一個(gè)直徑為100 μm的小孔作為參考點(diǎn)光源,并將三維物體取走。在其他系統(tǒng)條件不變的情況下,遮住右通光孔,此時(shí)相機(jī)探測(cè)到從左通光孔出射的散斑即為SL,如圖3(e)所示;遮住左通光孔,記錄此時(shí)相機(jī)探測(cè)的散斑SR,如圖3(f)所示。接下來,根據(jù)采集到的SL和SR進(jìn)行物體圖像重建。將SL依次旋轉(zhuǎn)0°,10°,20°,…,120°,并分別將旋轉(zhuǎn)后的SL和散斑圖像I代入(4)式進(jìn)行互相關(guān)解卷積成像計(jì)算,最終恢復(fù)出13幀左視角下的物體圖像。用同樣的方法,根據(jù)SR和散斑圖像I重建出右視角下的13幀物體圖像。由于本系統(tǒng)條件下的散斑旋轉(zhuǎn)去相關(guān)角僅為0.21°,相機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中拍攝的散斑與停頓時(shí)拍攝的散斑幾乎都非相關(guān),因此這些散斑對(duì)最終的物體重建幾乎沒有產(chǎn)生影響。得益于互相關(guān)解卷積成像法,整個(gè)重建過程十分快速,且無需額外的散斑提取算法,并能夠給出物體的位置信息。最終重建出左、右雙視角下的13幀視頻錄像,視頻的播放速度約為真實(shí)速度的6.6倍,其中第1,3,5,7,9,11幀雙視角圖像如圖3(g)～(l)所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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