基于超精密复眼加工的光场成像研究

发布时间：2019-10-08 16:11

【摘要】：复眼透镜是光场成像系统中的关键光学元件。提出一种针对复眼透镜的新型设计加工方法:该设计方法可根据不同的相机参数,优化复眼透镜的设计参数,提高成像质量;该加工方法主要包含超精密车削加工和模压注塑两道工艺,并对车削加工工艺进行了改良。在光场相机的基础上,对光场成像中合成孔径以及数字重聚焦等关键问题进行了深入探讨。试验结果表明,设计加工的复眼透镜阵列具有较高的精度和较好的一致性,可有效实现光场成像的核心功能。
【图文】：

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在平面上切削复眼，而车削的平面由于刀具的切削速度不断变化，整个平面的平面度难以保证，所以复眼的形状精度不高，一致性不好。制造如何针对实际需求和相机参数设计复眼，并实现对复眼模组的超精密加工，是目前光场成像技术中亟待解决的关键问题。本文首先介绍了光场成像原理；然后提出一种基于超精密加工的复眼设计、加工方法，并使用自主研发的复眼模组搭建了光场相机的原型机；并以此为基础，对光场成像中合成孔径、数字重聚焦等关键问题进行了深入探讨。最后通过试验，证明了本文所述方法的有效性和实用性。图1光场相机示例1光场成像与光场相机光场成像是将空间中各个方向的光线参数化表示，并用光场函数对视场范围内各点的辐射度以及方向进行量化的成像过程。根据参数化形式的不同，光场模型通常可以使用截面辐射度、5D全光函数和4D光场等方式表示，其中4D光场是较为直观且常用的表示形式。图2是使用4D光场对光线进行参数化的示意图，，假设光线连续通过UOV平面和XO'Y两个平面，光线与上述平面的交点分别为(u,v)和(x,y)，那么这条光线可以参数化表示为L(u,v,x,y)。在透镜成像模型中，光场信息可以使用主透镜加微透镜阵列(复眼透镜)的方法获取，并使用4D光场参数化表示。如图3所示，以光心O为原点，将主透镜所在平面记为UOV，同样地将主光轴与复眼透镜阵列的交点记为O'，将复眼透镜阵列所在平面记为XO'Y，这样便可以根据光线通过主透镜的位置(u,v)以及复眼透镜的位置(x,y)记录光场的4D信息。图24D光场的参数化表示图3基于复眼的光场成像模型根据上述光场成像原理以及复眼透镜阵列对光场4D参数化的过程可知，光场相机可以通过在主镜头与相机的成像传感器(CCD/CMOS)之间嵌入复眼透镜阵列，完成对光场信息的捕捉并?

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玫谋硎拘问健Ｍ?是使用4D光场对光线进行参数化的示意图，假设光线连续通过UOV平面和XO'Y两个平面，光线与上述平面的交点分别为(u,v)和(x,y)，那么这条光线可以参数化表示为L(u,v,x,y)。在透镜成像模型中，光场信息可以使用主透镜加微透镜阵列(复眼透镜)的方法获取，并使用4D光场参数化表示。如图3所示，以光心O为原点，将主透镜所在平面记为UOV，同样地将主光轴与复眼透镜阵列的交点记为O'，将复眼透镜阵列所在平面记为XO'Y，这样便可以根据光线通过主透镜的位置(u,v)以及复眼透镜的位置(x,y)记录光场的4D信息。图24D光场的参数化表示图3基于复眼的光场成像模型根据上述光场成像原理以及复眼透镜阵列对光场4D参数化的过程可知，光场相机可以通过在主镜头与相机的成像传感器(CCD/CMOS)之间嵌入复眼透镜阵列，完成对光场信息的捕捉并成像。如图4所示，可以根据传统相机镜头与成像传感器的参数，设计、嵌入相应的复眼透镜阵列，进而实现相机的光场拍照功能。图4光场相机的主要构成
【作者单位】：香港理工大学超精密加工技术国家重点实验室伙伴实验室;
【基金】：香港创新科技署资助项目(ITS/339/13FX)
【分类号】：TP391.41

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