[发明专利]一种可变空间分辨率的光场采集装置

说明书

本发明提供了一种可变空间分辨率的光场采集装置，在透镜阵列外置的设计基础之上，针对不同成像应用的任务需求，采用基于任务驱动的参数设计方法确定光学附件的光学参数和装配参数，并依靠可伸缩式连接结构，使得成像系统空间分辨率连续可变，从而在保持外置式透镜阵列光场采集设备装配便携性的同时，进一步满足了不同应用对于成像系统空间分辨率灵活调节的实际需求。本发明针对外置式透镜阵列光场相机的成像系统空间分辨率与安装参数相关的特点，通过采用可伸缩式机械连接结构，使得成像系统空间分辨率连续可调，从而实现了一套可变空间分辨率的光场采集装置。

技术领域

本发明涉及计算机视觉和光学工程领域，具体地涉及一种光场采集装置。

背景技术

相比于传统光学成像仅仅记录二维成像平面的光强分布，光场成像则能够同时捕获到包含场景遮挡关系在内的角度信息，从而将数字化计算引入到成像过程之中，为高质量视觉信息的获取提供了新的思路。

现阶段，基于透镜阵列的光场相机逐渐成为光场采集设备的主流。2005年，Ren Ng设计出第一台手持式微透镜阵列内置的光场相机，但是该设备存在光场采样空间分辨率较低的问题；为了提高光场采样空间分辨率，T.Geogiev等人以牺牲光场角度分辨率为代价，设计出聚焦式微透镜阵列内置的光场相机，可见聚焦式光场相机存在空间分辨率与角度采样数的折衷问题。但是，基于内置微透镜阵列的光场相机设计，均需要拆解传统相机，以在其主镜头和传感器之间插入微透镜阵列，而拆解传统相机内部结构的操作在实际中难度较大。2007年，T.Geogiev等人提出了透镜阵列外置的光场采集设备，其主要包括正焦距的光学元件和负焦距的透镜阵列，尽管该光学附件可以便携地安装到传统相机主透镜的外部，但其相对应的最优安装距离难以确定，同时当成像系统的光学参数被确定后，其空间分辨率与角度采样数也被固定下来。事实上，受限于主镜头、透镜阵列、图像传感器等器件的物理尺寸，现有光场相机系统只能获取特定空间分辨率和角度采样数的光场数据。然而，实际中不同成像应用对光场成像系统空间分辨率的要求具有明显差异，因此现有光场相机难以满足灵活调节成像系统空间分辨率的拍摄需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可变空间分辨率的光场采集装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

为了克服现有光场成像技术难以灵活调节成像系统空间分辨率的不足，本发明在透镜阵列外置的设计基础之上，针对不同成像应用的任务需求，采用基于任务驱动的参数设计方法确定光学附件的光学参数和装配参数，并依靠可伸缩式连接结构，使得成像系统空间分辨率连续可变，从而在保持外置式透镜阵列光场采集设备装配便携性的同时，进一步满足了不同应用对于成像系统空间分辨率灵活调节的实际需求。

本发明所采用的具体技术方案为：一种空间分辨率可变的光场采集装置，包括光学透镜组件、机械连接组件。

所述光学透镜组件包括但不限于起光线汇聚作用的大尺寸凸透镜，以及紧邻该凸透镜后表面放置的正多边形凹透镜阵列；其中，该大尺寸凸透镜通过前组压圈被固定在前端透镜固定机械部件中，同时通过采用内层可调节反组压圈，正多边形凹透镜阵列与大尺寸凸透镜之间的装配距离可以尽可能得减小；为了实现光路延长的目的，中间连接筒机械部件通过内外螺纹的连接方式被装配到前端透镜固定部件之后；最终用于外部标准镜头转接的后端机械部件采用可伸缩套筒与中间连接筒部件结合在一起。依次相互连接的前端透镜固定部件、中间连接筒部件、后端镜头转接部件共同组成了所述装置的机械连接组件。

所述的正多边形凹透镜阵列包含光学参数完全相同的凹透镜阵列单元，每个凹透镜单元的焦距通过公式：确定，其中f为凹透镜阵列单元焦距的绝对值，d为凹透镜阵列单元的尺寸，l为真实场景物距，h为真实场景物面尺寸。该正多边形凹透镜单元通过依次粘连在一个相同材质的圆形基底上以排列成正多边形凹透镜阵列，同时圆形基底中非凹透镜阵列覆盖区域需覆盖遮光材料，以隔绝额外光线干扰。