[發(fā)明專(zhuān)利]一種光場(chǎng)相機(jī)及成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110020754.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112804513B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘金鋼;姚曼虹;黃卓斌;彭軍政
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04N13/128
• 分類(lèi)號(hào): H04N13/128;H04N13/15;H04N13/324;H04N13/365
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 詹麗紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種光場(chǎng)相機(jī)及成像方法，過(guò)程如下：目標(biāo)物體發(fā)出的光束經(jīng)透鏡組在空間光調(diào)制器的調(diào)制平面處形成圖像；計(jì)算機(jī)生成一系列調(diào)制圖案，控制空間光調(diào)制器對(duì)目標(biāo)物體的圖像進(jìn)行調(diào)制；調(diào)制后的光束在透鏡的后焦面形成傅里葉譜圖；計(jì)算機(jī)控制二維圖像探測(cè)器拍攝傅里葉譜圖，并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)；對(duì)二維圖像探測(cè)器的像元進(jìn)行重組，將相鄰的若干個(gè)像元組合為一個(gè)宏像元；利用單像素成像算法重建每個(gè)宏像元對(duì)應(yīng)的視角圖；根據(jù)目標(biāo)物體的深度計(jì)算每幅視角圖需要平移的像素?cái)?shù)；將每幅圖像平移后疊加得到該深度目標(biāo)物體的圖像。本發(fā)明不使用微透鏡陣列，光線的空間信息與角度信息分開(kāi)采樣，有利于提高成像分辨率和消色差，獲取高質(zhì)量光場(chǎng)相機(jī)圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光場(chǎng)相機(jī)及成像方法。

背景技術(shù)

光場(chǎng)相機(jī)能夠同時(shí)獲取光場(chǎng)的二維強(qiáng)度分布信息、角度信息和顏色信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景的三維彩色成像，具有免機(jī)械調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于許多領(lǐng)域。

已有的光場(chǎng)相機(jī)需要在傳統(tǒng)成像系統(tǒng)中增加一個(gè)微透鏡陣列，利用一個(gè)二維陣列探測(cè)器同時(shí)記錄光場(chǎng)的二維強(qiáng)度分布信息、角度信息和顏色信息。設(shè)置微透鏡陣列的方式主要包括兩種：第一種是將微透鏡陣列放置在傳統(tǒng)成像系統(tǒng)的像面的位置(R.Ng,M.Levoy,M.Brédif,et al.“Light field photography with a hand-held plenoptic camera,”Stanford University,(2005))；另一種在傳統(tǒng)成像系統(tǒng)中增加一個(gè)透鏡，該透鏡的焦面與像面重合，再將微透鏡陣列放置在該透鏡的后焦面處(Scrofani G,Sola-Pikabea J,Llavador A,et al.“FIMic:design for ultimate 3D-integral microscopy of in-vivobiological samples,”Biomedical optics express,9(1):335-346(2018))。由于受單個(gè)二維陣列探測(cè)器的空間帶寬積限制，只利用一個(gè)二維陣列探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)光場(chǎng)的二維強(qiáng)度分布信息、角度信息和顏色信息同時(shí)采樣，導(dǎo)致成像的空間分辨率、角度分辨率和顏色分辨率之間存在一個(gè)相互制約的權(quán)衡關(guān)系；另外微透鏡存在嚴(yán)重色差，導(dǎo)致光場(chǎng)相機(jī)重建圖像顏色失真。

總之，現(xiàn)有的兩類(lèi)光場(chǎng)相機(jī)，分別存在以下缺陷：1)只使用一個(gè)二維陣列探測(cè)器，導(dǎo)致重建三維圖像的分辨率受限于單個(gè)二維陣列探測(cè)器的空間帶寬積，空間分辨率和角度分辨率存在相互制約。2)由于使用了微透鏡陣列，導(dǎo)致重建圖像色差較大、顏色失真。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光場(chǎng)相機(jī)及成像方法，旨在解決現(xiàn)有光場(chǎng)相機(jī)存在的缺陷：重建圖像的分辨率受限于單個(gè)二維陣列探測(cè)器的空間帶寬積，空間分辨率和角度分辨率存在相互制約問(wèn)題；使用了微透鏡陣列，導(dǎo)致重建圖像色差較大、顏色失真問(wèn)題。

本發(fā)明的第一個(gè)目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種光場(chǎng)相機(jī)，所述光場(chǎng)相機(jī)包括透鏡組1、空間光調(diào)制器2、透鏡3、二維圖像探測(cè)器4和計(jì)算機(jī)5，所述空間光調(diào)制器2設(shè)置在透鏡組1和透鏡3之間的目標(biāo)物體的像面處，二維圖像探測(cè)器4的光敏面設(shè)置在透鏡3的后焦面。目標(biāo)物體發(fā)出的光束經(jīng)透鏡組1在空間光調(diào)制器2的調(diào)制平面處形成圖像；計(jì)算機(jī)5生成一系列調(diào)制圖案，控制空間光調(diào)制器2對(duì)目標(biāo)物體的圖像進(jìn)行調(diào)制；調(diào)制后的光束再經(jīng)過(guò)透鏡3進(jìn)行傅里葉變換，在透鏡3的后焦面形成傅里葉譜圖；計(jì)算機(jī)5控制二維圖像探測(cè)器4拍攝傅里葉譜圖，并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)5內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述透鏡組1帶有對(duì)焦裝置，將目標(biāo)物體成像到空間光調(diào)制器2的調(diào)制平面處。

進(jìn)一步地，所述空間光調(diào)制器2為液晶顯示屏LCD(Liquid Crystal Display)或數(shù)字微鏡器件DMD(Digital micromirror device)。

進(jìn)一步地，所述透鏡3為傅里葉變換透鏡。