[发明专利]一种光场成像装置及其参数确定方法

说明书

本发明公开了一种光场成像装置及其参数确定方法，光场成像装置包括依次平行布置的成像主透镜、微透镜阵列、成像信息采集感光CCD，所述微透镜阵列包括多个布置于同一平面上的微透镜，成像主透镜的入瞳面侧密接有用于将不同深度范围内的光场信息成像到微透镜阵列上不同区域的正交散焦光栅；参数确定方法包括：为微透镜阵列划分成像采集子区域，选择成像主透镜的焦距和口径，确定不同成像采集子区域的系统等效焦距和正交散焦光栅的离轴量，确定正交散焦光栅的条纹参数，选择微透镜阵列的参数。本发明具有成像分辨率高、深度提取动态范围大、适用范围广、结构简单、成本低的优点。

技术领域

本发明涉及光场成像技术，具体涉及一种光场成像装置及其参数确定方法。

背景技术

随着成像技术的迅速发展，人们对成像已经不满足于高分辨率与大景深成像，而是渴望获得成像中包括物深度信息在内的全光场信息。在众多可能的全光场信息获取方法中，集成成像是一种相当有潜力和前景的三维成像技术。随着微透镜阵列制造工艺的发展和高分辨率图像传感器的普及，利用微透镜阵列的集成成像结构的各项性能，比如景深，视场和分辨率等，也得到了较大的提升，由此发展而来的光场照相机由于其结构简单，易于操作的，便携且低成本，越来越受到大家的重视，由于其特殊的结构，使其能在记录成像光场位置信息的同时，记录了光场的传播方向，即记录了四维全光场信息，利用四维全光场信息可以获取包括场景物深度在内的三维立体信息。

但是，由于原理上光场的空间坐标信息与方向信息的测量精度互相抑制，导致传统光场相机的纵向深度提取精度与横向成像分辨率不能同时提升，现阶段的光场相机在实际应用中均存在着一定的局限性。第一代光场相机虽然能对目标进行多视角方向的采集成像，在对场景物深度获取及复杂像差探测中存在着一定优势，但其浪费了大量的横向成像分辨率，用于成像的有效像素只占像素中很小的一部分，不利于高分辨率成像。第二代光场相机在只考虑距离导致的离焦项的情况下，利用获取的部分视角的成像信息根据视差原理即可恢复场景物深度信息，有效的提升了成像的空间分辨率，但其对测量物深度的测量动态范围也大大减小。现有的二代聚焦型光场相机及各类型光场采集结构在获取光场信息时，利用传统光场相机对目标进行成像时，由于单一结构的光场相机只能对一定的景深范围内物空间的光场信息进行成像记录，深度提取范围有限，往往对于光场相机设计景深之外的物不能进行清晰成像，进而丧失了深度提取功能，所以需要依靠多个不同参数的光场相机同步获取各个深度范围内的光场信息，才能对大景深内的物进行清晰成像与深度提取。例如，Raytrix公司借鉴以往的设计经验，将不同参数的微透镜设计在同一块模版上进行制造，把不同参数的光场相机进行集成设计在同一设备中的方案，以增大对场景物深度测量的动态范围，但其制造工艺复杂，复合微透镜阵列价格昂贵，应用仅限于科学研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有光场相机在深度提取范围与横向成像分辨率上的矛盾，提供一种成像分辨率高、深度提取动态范围大、适用范围广、结构简单、成本低的光场成像装置及其参数确定方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种光场成像装置，包括依次平行布置的成像主透镜、微透镜阵列、成像信息采集感光CCD，所述微透镜阵列包括多个布置于同一平面上的微透镜，所述微透镜阵列被划分为多个用于采集不同深度范围光场信息的成像采集子区域，所述成像主透镜的入瞳面侧密接有用于将不同深度范围光场信息成像到不同成像采集子区域的正交散焦光栅，所述正交散焦光栅包括两片平行布置的菲涅尔波带片，所述菲涅尔波带片为离轴的振幅型菲涅尔波带片或者相位型菲涅尔波带片。

优选地，所述成像主透镜的焦距f_l和微透镜阵列的相邻成像采集子区域之间的中心距离σ满足式(1)所示函数关系式，所述成像主透镜的口径衍射展宽小于微透镜阵列中的微透镜尺寸；