基于波動光學(xué)的光場成像與光場重建的理論研究.pdf

1、光場成像是計算成像領(lǐng)域中的一個重要分支，兼具光學(xué)系統(tǒng)的硬件設(shè)計與計算機的軟件算法。在光信息采集方面，光場系統(tǒng)通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，僅通過一次曝光同時記錄下目標(biāo)物體的空間分布和傳播方向共四個維度的信息。在光信息處理方面，通過特殊的算法對光場數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，實現(xiàn)光場的重建，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，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成像系統(tǒng)，從理論、仿真、信息處理三個

2、層面展開研究，從輸入圖像經(jīng)過成像系統(tǒng)正向演化得到成像結(jié)果，再到提取光場信息進(jìn)行逆向的反演重建，形成了一個閉合的環(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)，對不同物距下的點擴(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，實現(xiàn)了三種類型的目標(biāo)物體的正向演化過程。根據(jù)正向過程得到的光場信息，提取并反演得到幾類視圖并進(jìn)行兩種類型重建。第一種是再聚焦重建，在空間域建立了光場數(shù)字重聚焦，實現(xiàn)了光場成像重聚焦功能，采用邊緣點處灰度階躍變化作為圖像清晰度函數(shù)，對重聚焦進(jìn)行圖像重建質(zhì)量的評價。第二種是對采集的光場進(jìn)行去卷積重建。通過最近鄰域法初步實現(xiàn)了三維去卷積，獲得了每一層物體光學(xué)切片的信息，并對去卷積結(jié)果進(jìn)行了評價。此外針對半透明物體，考慮物體吸收特性