用于光场成像的光学系统设计方法研究

摘要

光场成像的研究隶属于计算摄影学领域，旨在通过成像系统设计和图像重建算法相结合，扩展光学系统的成像能力，克服传统摄影方法的一些局限。本文主要研究了基于微透镜阵列的光场相机的成像模型及其重聚焦算法，并着重从几何光学的角度探索了用于光场成像的光学系统的设计方法，所完成的工作包括:
　　第一、采用基于实际光学系统的点列图计算的成像仿真技术，实现了光场相机（包含微透镜阵列）的光场记录和数字对焦全过程的计算机仿真;并利用基于倾斜刃边法的MTF计算方法，对数字重聚焦结果进行像质评价。
　　第二、基于数字对焦的基本原理，提出了两种重聚焦方法:基于光线投影的方法和基于光线跟踪的方法，并比较了它们的重聚焦效果，分析了它们各自的优劣势和适用场合。
　　第三、通过研究光场相机的成像模型，分析了决定重聚焦图像分辨率和光场相机景深的因素，为合理选择光场相机光学系统的参数提供了理论依据。
　　第四、对使用不同的实际光学系统的光场相机进行成像仿真，分析了光阑位置、像差、视场对重聚焦结果的影响，结果表明，光学系统设计与重聚焦算法应该相互配合，才能获得最好的重聚焦图像。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究意义和目的

1．3 课题研究现状

1．3．1 光场的定义和描述

1．3．2 光场的记录方式

1．3．3 基于微透镜阵列的光场相机

1．4 本文的研究内容和章节安排

2 成像仿真和像质评价

2．1 成像仿真方法

2．1．1 研究现状

2．1．2 基于点列图的成像仿真方法

2．1．3 光线能量计算

2．1．4 取样

2．2 像质评价：基于倾斜刃边法的MTF计算方法

2．2．1 基本原理

2．2．2 计算流程

2．3 一个实际例子

3 数字重聚焦方法研究

3．1 数字重聚焦的基本原理

3．2 基于光线投影的重聚焦方法

3．2．1 光线的取样

3．2．2 基于光线投影的重聚焦结果

3．3 基于光线跟踪的重聚焦方法

3．3．1 光线的取样

3．3．2 基于光线追迹的重聚焦结果

3．4 小结

4 重聚焦图像的分辨率分析

4．1 避免微透镜成像串扰

4．2 选择重聚焦图像分辨率

4．3 计算光场相机的景深

5 实际光学系统对光场成像的影响

5．1 光阑位置的影响

5．2 前置光学系统像差的影响

5．3 视场大小的影响

6 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 后续工作展望

参考文献

作者简历

硕士期间发表的论文