[發明專利]可變焦三維成像系統

在審

• 申請號: 202011257387.0
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112285925A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 匡登峰;梁寧
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B26/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種可變焦三維成像系統，其特征在于，該系統利用可變焦微透鏡陣列和成像探測器，結合光場成像原理，通過改變微透鏡陣列的焦距，實現了增強三維成像景深的功能。

2.根據權利要求1所述的可變焦三維成像系統，其特征在于，包括以下具體過程：

(1)利用微透鏡陣列收集物體的光場信息，并利用成像探測器記錄；

(2)通過控制變焦微透鏡陣列充入液體體積改變其焦距，從而收集不同位置物體的光場信息，并利用成像探測器記錄；

(3)結合收集到的不同位置的物體的光場信息對物體進行三維重建。

3.根據權利要求1或2所述的可變焦三維成像系統，其特征在于，基于光場渲染理論，空間中光線的方向分布和位置分布就是光場，使用兩個互相平行的平面與光線的交點坐標對光場函數進行參數化表征，即四維光場函數

L＝L(u，v，s，t)

其中，L代表光線強度，(u，v)和(s，t)分別表示為光線與兩個平面的交點坐標，L(u，v，s，t)就是該光場的一個采樣。

4.根據權利要求1或2所述的可變焦三維成像系統，其特征在于，利用微透鏡陣列采集光場信息，所用的微透鏡陣列為可變焦液體微透鏡陣列，通過改變液體微透鏡陣列充液量改變液體表面張力，從而改變液體透鏡表面輪廓實現變焦，通過變焦實現對物體不同深度的光場信息的采集。

5.根據權利要求1或2所述的可變焦三維成像系統，其特征在于，當改變微透鏡陣列的焦距時，可以改變成像物體位置，改變前后物面位置變化滿足高斯光學：

其中，g為成像探測器與微透鏡陣列的間距，f₁′和f₂′分別為改變前后微透鏡陣列的焦距，l₁和l₂分別為改變前后物面與微透鏡陣列的間距。

6.根據權利要求1或2所述的可變焦三維成像系統，其特征在于，當改變微透鏡陣列焦距時，相應的，成像的分辨率以及景深也會變化，同時，最大分辨率也受到成像探測器分辨率的限制，成像分辨率變化滿足公式：

成像景深變化滿足公式：

其中Δp為傳感器的像素尺寸、M為系統的放大倍率、f′_#為系統的F數即f′_#＝f′/d，d為微透鏡陣列的單元尺寸。