[发明专利]一种反射式空间编码高分辨光场成像装置及方法

说明书

本发明涉及一种反射式空间编码高分辨光场成像装置及方法，能够适应与不同数值孔径主镜头下使用，主镜成像系统不需要针对数值孔径匹配的要求做特殊设计，大大节约了成本。该成像装置包括计算机、二维阵列探测器、数字微反射镜阵列、数字微反射镜阵列控制器、成像物镜以及孔径成像镜头；通过数字微反射镜阵列对像面空间信息逐次扫描编码，利用孔径成像镜头将孔径光阑成像至二维阵列探测器，二维阵列探测器再将各个图像信息上传至计算机，计算机将图像信息进行处理，从而获取高分辨光场信息。

技术领域

本发明属于光电成像领域，涉及一种反射式空间编码高分辨光场成像装置及方法，能够完成高分辨光场信息的采集与重构。

背景技术

光场成像系统能够获取四维光场信息，通过采集到的光场信息，利用计算处理，可以获取不同视角、不同深度的立体场景。

但是现有的单相机光场成像系统获取立体视角信息是以牺牲成像系统的空间分辨率为代价的。如非聚焦型光场相机，其基准像面在微透镜上，探测面位于微透镜后方焦面，因而其分辨率与微透镜尺寸相当，而微透镜一般占上百个像素，造成物方成像分辨率降低近，如图1所示。

聚焦型光场相机的像面在微透镜前，微透镜将像面二次成像至探测面，为了实现视场采集，微透镜必须缩小成像，造成物方成像分辨率降低近，且分辨率与微透镜的放大倍率负相关，如图2所示。

另外，不论是聚焦型或非聚焦型光场相机，为了充分利用探测器像素，要求系统中主镜头与透镜阵列的数值孔径(F#)匹配。

现有相机的主镜头采用的是变焦镜头。在变焦时通常会改变主镜头的F#及位置。为了避免主镜头变焦所衍生的F#不匹配问题，需要采用恒定F#的变焦镜头来解决此问题，限制了光场镜头的选择性，需要定制变焦镜头，因此大大提升了成本。

发明内容

为了解决背景技术中现有光场成像系统成像时，需要定制变焦镜头，导致实现成本较大的问题，本发明提出一种反射式空间编码高分辨光场成像装置及方法。

本发明所提供的光场成像装置通过数字微反射镜阵列对像面空间信息逐次扫描编码，利用孔径成像镜头将孔径光阑成像至二维阵列探测器，从而获取高分辨光场信息，既避免了主镜头F#匹配的问题，又无需牺牲主镜成像系统的分辨率。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种反射式空间编码高分辨光场成像装置，

包括计算机、二维阵列探测器、数字微反射镜阵列、数字微反射镜阵列控制器、成像物镜以及孔径成像镜头；

其中，成像物镜中设置有孔径光阑；

数字微反射镜阵列与物面共轭，二维阵列探测器的探测面与孔径光阑共轭；

计算机将翻转信息发送给数字微反射镜阵列控制器；所述翻转信息为当前数字微反射镜阵列中每个微镜翻转的顺序信息；

成像物镜将物面场景成像至数字微反射镜阵列表面；

数字微反射镜阵列控制器利用翻转信息控制数字微反射镜阵列上的各个微镜按照顺序进行翻转，每次选择一个微镜中的像点反射至孔径成像镜头，孔径成像镜头将每个像点的图像信息发送至二维阵列探测器的探测面，二维阵列探测器再将各个图像信息上传至计算机，计算机将图像信息进行处理，进而获取四维光场信息。

进一步地，上述每个微镜翻转的顺序信息为二进制的二维数组，其中，“0”表示不翻转，“1”表示翻转。

进一步地，上述二维阵列探测器为CCD探测器或CMOS探测器，选择以上两种探测器时，适用于静态场景；还可以采用帧率更高的光电二极管阵列，其适用于动态场景。

基于上述反射式空间编码高分辨光场成像装置的结构描述，现对采用该装置进行成像的方法进行介绍，具体步骤如下：