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漫射编码无透镜光场成像

2020-8-28 09:38| 发布者: 安之竹| 查看: 220| 评论: 0

摘要: 基于微透镜阵列的光场成像通常需要在空间分辨率和角分辨率之间进行权衡。

在传感器前面一小段距离处放置一个扩散器,使得可检测视野中的时间非相干点源产生高对比度伪随机图案。以中心光线为代表的基本子光束,在图案中以角度编码。出自:蔡泽伟、陈佳伟、詹卡洛·佩德里尼、沃尔夫冈·奥斯滕、刘晓丽和项鹏。


基于微透镜阵列的光场成像通常需要在空间分辨率和角分辨率之间进行权衡。为此,中国和德国的科学家联合提出了一种利用漫射器作为编码器的无透镜光场成像方法。利用可调的空间角分辨率,可以将光线从检测图像中分离出来,突破了传感器的分辨率限制。这项工作表明了利用散射介质进行无透镜光场记录和处理的可能性。


光场成像可以同时检测光线的空间和角度信息。角度信息提供了传统成像特有的能力,如视点转移,捕获后再聚焦,深度感知,景深扩展等全光相机的概念。通过添加针孔阵列或微透镜阵列的光场相机概念早在一个多世纪前就提出了。目前,基于微透镜阵列的光场相机被广泛应用于光场成像,如商用产品Lytro和Raytrix。然而,这些设备面临着空间分辨率和角度分辨率之间的权衡;空间分辨率通常比使用的像素数小几十到几百倍。


来自中国深圳大学物理与光电工程学院和德国斯图加特大学光电技术研究所的一组科学家,在《光科学与应用》杂志上发表了一篇新论文,他们开发出了一种新颖的模式用于计算光场成像,不需要任何镜头,用扩散器作为编码器。通过扩散器,在可检测视场中由点源定向发射的每个子束形成可识别的子图像,该子图像覆盖在传感器上特定区域的。这些子图像被组合成一个独特的伪随机模式,对应于系统对点源的响应。


因此,系统具有将光场入射编码到漫射器上的能力。我们建立了一个漫射器编码的光场传输模型来描述四维光场到二维图像的映射,其中一个像素收集和整合来自不同子光束的贡献。借助于漫射器编码的光学特性,可以通过点源产生的图案灵活地标定光场传输矩阵。该方法避开了传感器的分辨率限制,实现了空间角度分辨率可调的光场重建。


a、 系统捕捉到原始图像。b、 从采集到的图像重建了不同空间角度采样的光场。然后通过数字重聚焦从这些重建的光场中获得相应的焦堆。c、 利用焦距叠加,估算了被测物体的深度    出自:蔡泽伟、陈佳伟、詹卡洛·佩德里尼、沃尔夫冈·奥斯滕、刘晓丽、项鹏


研究人员用扩散器和传感器构建了一个实验系统。针对分布式目标点和区域对象演示了该系统,表明了该计算方法的对象依赖性。进一步分析了空间角度采样和被测物体的性能。在那之后,这些科学家总结了他们的方法:“本文提出的方法在以往漫射编码光场成像方法的基础上进行了两方面的改进。一个是我们的成像模式是无透镜的,因此紧凑且无像差; 另一个是系统的标定和解耦重建变得简单和灵活,因为只需要一个点源产生的模式,”他们指出,“基于这个单点无透镜光场成像模式,光线、视点和焦深都可以被控制并且在一定程度上可以解决遮挡问题。这有助于进一步研究光场通过漫射器传播的内在机理。也有可能将扩散器编码光场的转换表示为维格纳相空间,这样就可以考虑到扩散器内部微小结构引入的衍射效应,并可以通过扩散器编码来发展无透镜光场显微镜。”科学家们总结道。


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