[发明专利]基于数字编码控制的光场成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学工程、计算机图形学、计算机视觉等技术领域，特别涉及一种基于数字编码控制的光场成像装置和方法。

背景技术

光场成像是计算成像领域的一个重要分支。传统成像装置遵循成像镜头加感光胶片直接获取二维图像信息的成像原理，计算成像采用非成像光学器件取代部分传统成像光学器件，在光学系统和计算单元的共同作用下生成结果图像，提供了传统图像传感所无法提供的新信息，跳出了传统的图像传感器各自为战的架构束缚，为图像重建提供了更为丰富的信息。计算成像衍生自机器视觉、图像处理、计算机图形学和应用光学，它将成像装置的某些部分成像任务转移到计算单元，从而能够显著拓宽图像捕获的数据种类。

1939年Gershun首次提出光场的概念，将其定义为光辐射在空间各个位置各个方向的传播。1992年Adelson将光场理论应用于计算机视觉，并提出全光场相机的概念，在提取图像深度信息方面更加简单可靠。随后，Levoy在1996年提出光场渲染理论，首次对四维光场进行参数化表示并设计获取四维光场的装置，对光场理论完善具有重要意义。目前光场成像主要有三种形式：微透镜阵列、相机阵列、掩膜及其他。其中微透镜阵列形式通过放置在主透镜和传感器之间的微透镜阵列来进行光场数据获取；相机阵列形式是通过多个相机在空间的一定分布采集一系列视角略有差别的图像来获取光场数据；掩膜形式通过对相机的光圈做相应处理来重构光场数据；此外，还有通过相机移动来进行光场成像的方式。

微透镜阵列是最常用的光场成像方式，为了确保传感器的有效利用率，需要主透镜和微透镜的F数匹配，因为当主透镜的F数大于微透镜的F数时，每个微透镜对应的传感器成像区域较小，传感器像素利用率低；当主透镜的F数小于微透镜的F数时，每个微透镜对应的传感器成像区域较大，图像混叠现象严重；只有当主透镜的F数与微透镜的F数相等时，每个微透镜对应的传感器成像区域在没有重叠情况下最大，传感器像素有效利用率最高。但这种F数匹配的要求，会限制主透镜的光圈大小，降低成像装置的灵活性。同时，一般情况下微透镜的F数较大，由此就会要求主透镜的F数较大，主透镜F数越大，其光圈孔径越小，从而造成通光量的减小，进一步影响成像质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数字编码控制的光场成像装置和方法。

为实现上述目的，一种基于数字编码控制的光场成像装置，包括：

主透镜，用于将物方光束进行会聚；

数字编码元件，用于对入射光进行数字化调制；

微透镜阵列，用于提取光场信息；

传感器，用于形成光场图像；

逻辑控制单元，用于控制传感器及数字编码元件。

一种基于数字编码控制的光场成像方法，该方法包括：

步骤1，逻辑控制单元对传感器完成初始化及参数设置；

步骤2，逻辑控制单元产生控制DMD芯片的二位脉冲宽度调变电子字符，对DMD微镜片单元的开关状态进行控制；

步骤3，逻辑控制单元控制传感器采集场景的光场图像1；

步骤4，逻辑控制单元采用与光场图像1互补的编码控制方案，重复以上步骤，进而采集该场景的光场图像2；

步骤5，将步骤3得到的光场图像1与步骤4得到的光场图像2进行融合形成最终的光场图像。

本发明在微透镜阵列光场成像的基础上，提出了一种基于数字编码控制的光场成像装置和方法，利用数字编码元件对入射光的数字化调制作用，突破了传统光场成像对主透镜F数匹配要求限制，而且，在提高了光场成像角度分辨率的同时，也保证了光场图像的空间分辨率，有助于提高光场成像应用灵活性和成像质量。

附图说明

图1为本发明提供的基于数字编码控制的光场成像装置结构框图；

图2本发明提供的光学成像结构图；

图3本发明提供的光场成像装置结构示意图；

图4本发明提供的基于数字编码控制的光场成像方法流程图；

图5为传统光场成像与本发明提供的光场成像光路对比图；

图6为本发明提供的数字编码元件单元与微透镜单元对应关系示意图；

图7为本发明提供的数字编码控制方案示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明提供的基于数字编码控制的光场成像装置结构框图。如图1所示，本发明提供的光场成像装置包括：

主透镜101；

数字编码元件102；