基于波動(dòng)光學(xué)的光場(chǎng)成像與光場(chǎng)重建的理論研究.pdf

1、光場(chǎng)成像是計(jì)算成像領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，兼具光學(xué)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)的軟件算法。在光信息采集方面，光場(chǎng)系統(tǒng)通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，僅通過(guò)一次曝光同時(shí)記錄下目標(biāo)物體的空間分布和傳播方向共四個(gè)維度的信息。在光信息處理方面，通過(guò)特殊的算法對(duì)光場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)的重建，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，滿足不同的需求，如數(shù)字重聚焦，深度信息提取等，極大地突破傳統(tǒng)成像的局限性。
　　本論文研究微透鏡陣列型的光場(chǎng)成像系統(tǒng)，從理論、仿真、信息處理三個(gè)

2、層面展開(kāi)研究，從輸入圖像經(jīng)過(guò)成像系統(tǒng)正向演化得到成像結(jié)果，再到提取光場(chǎng)信息進(jìn)行逆向的反演重建，形成了一個(gè)閉合的環(huán)路。首先模型化成像系統(tǒng)，根據(jù)匹配條件，參照現(xiàn)有透鏡與微透鏡陣列工藝水平，給出一組具體的器件參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)，為后續(xù)的模擬仿真提供必要的數(shù)據(jù)；并從幾何結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，推導(dǎo)系統(tǒng)的景深公式，量化系統(tǒng)景深擴(kuò)展的性能。其次，采用波動(dòng)光學(xué)中的標(biāo)量衍射理論建立成像模型，基于模型與選取的參數(shù)，對(duì)不同物距下的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行了仿真，結(jié)合三維物體光學(xué)切

3、片成像模型，實(shí)現(xiàn)了三種類(lèi)型的目標(biāo)物體的正向演化過(guò)程。根據(jù)正向過(guò)程得到的光場(chǎng)信息，提取并反演得到幾類(lèi)視圖并進(jìn)行兩種類(lèi)型重建。第一種是再聚焦重建，在空間域建立了光場(chǎng)數(shù)字重聚焦，實(shí)現(xiàn)了光場(chǎng)成像重聚焦功能，采用邊緣點(diǎn)處灰度階躍變化作為圖像清晰度函數(shù)，對(duì)重聚焦進(jìn)行圖像重建質(zhì)量的評(píng)價(jià)。第二種是對(duì)采集的光場(chǎng)進(jìn)行去卷積重建。通過(guò)最近鄰域法初步實(shí)現(xiàn)了三維去卷積，獲得了每一層物體光學(xué)切片的信息，并對(duì)去卷積結(jié)果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。此外針對(duì)半透明物體，考慮物體吸收特性