可變角度采樣數(shù)的光場(chǎng)采集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可變角度采樣數(shù)的光場(chǎng)采集裝置，微透鏡陣列采用若干個(gè)微透鏡均勻排布，將圖像傳感器光敏面完全覆蓋；鑲嵌在滑動(dòng)導(dǎo)軌內(nèi)的移動(dòng)托盤將微透鏡陣列固定，能夠沿圖像傳感器的光軸方向在主鏡頭和圖像傳感器之間前后移動(dòng)；微透鏡距離調(diào)節(jié)環(huán)與托盤推動(dòng)桿精密耦合，微透鏡距離調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，托盤推動(dòng)桿帶動(dòng)移動(dòng)托盤沿圖像傳感器的光軸方向移動(dòng)，移動(dòng)托盤與相機(jī)之間連接兩個(gè)彈簧；數(shù)字位移感應(yīng)器與托盤推動(dòng)桿固接，感應(yīng)微透鏡陣列的位移變化并將傳入數(shù)字控制單元中。本發(fā)明可連續(xù)調(diào)節(jié)采集光場(chǎng)的角度采樣數(shù)，在較低角度分辨率時(shí)可以獲得較高的空間分辨率，在較高角度分辨率設(shè)置下可以獲得更多場(chǎng)景三維信息。
【專利說(shuō)明】可變角度采樣數(shù)的光場(chǎng)采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺和光學(xué)工程領(lǐng)域，具體地涉及一種光場(chǎng)采集裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 光場(chǎng)成像理論的發(fā)展突破了傳統(tǒng)成像技術(shù)諸多的局限。相應(yīng)的光場(chǎng)采集設(shè)備由于 能夠記錄光線的位置和角度信息，其成像過(guò)程顛覆了傳統(tǒng)成像僅記錄傳感器平面光強(qiáng)分布 的投影理論模型。光場(chǎng)成像的特點(diǎn)在于光線匯聚和投影可以是數(shù)字化過(guò)程。因此，其成像 效果不再由數(shù)據(jù)采集時(shí)的成像參數(shù)所決定，而可根據(jù)成像需要進(jìn)行靈活設(shè)定。
[0003] 光場(chǎng)米集設(shè)備主要分為微透鏡陣列光場(chǎng)相機(jī)、相機(jī)陣列系統(tǒng)、掩膜光場(chǎng)相機(jī)等。微 透鏡陣列光場(chǎng)相機(jī)通過(guò)在傳統(tǒng)相機(jī)的主鏡頭和傳感器之間加入微透鏡陣列，從而獲得包含 大量微透鏡子圖像的光場(chǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而解析該數(shù)據(jù)得到相機(jī)內(nèi)的光場(chǎng)四維采樣。相機(jī)陣列系 統(tǒng)通過(guò)不同視角相機(jī)獲取光場(chǎng)的角度和位置采樣。掩膜光場(chǎng)相機(jī)通過(guò)對(duì)編碼光圈對(duì)光線角 度與位置信號(hào)進(jìn)行編碼，并采用相應(yīng)的解碼方法重構(gòu)出光場(chǎng)數(shù)據(jù)。目前，由于微透鏡陣列光 場(chǎng)相機(jī)具有易于攜帶和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，日漸發(fā)展成為主流的光場(chǎng)采集設(shè)備。
[0004] 2005年，Ren Ng設(shè)計(jì)出第一臺(tái)手持式微透鏡陣列光場(chǎng)相機(jī)，但是該設(shè)備存在光場(chǎng) 采樣空間分辨率較低的問(wèn)題。2009年，T. Geogiev等人設(shè)計(jì)聚焦式的微透鏡陣列光場(chǎng)相機(jī)， 該設(shè)計(jì)能以犧牲光場(chǎng)角度分辨率為代價(jià)提高空間分辨率。由此，聚焦式微透鏡陣列光場(chǎng)相 機(jī)存在空間分辨率與角度采樣數(shù)的折衷問(wèn)題。受限于主鏡頭、微透鏡陣列、圖像傳感器等器 件的物理尺寸，現(xiàn)有光場(chǎng)相機(jī)系統(tǒng)只能獲取特定空間分辨率和角度采樣數(shù)的光場(chǎng)數(shù)據(jù)。然 而，對(duì)于具有不同深度分布特性的場(chǎng)景，光場(chǎng)成像過(guò)程對(duì)角度采樣數(shù)的需求具有明顯差異， 因此現(xiàn)有光場(chǎng)相機(jī)難以滿足靈活調(diào)節(jié)角度采樣數(shù)的拍攝需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)角度采樣數(shù)難以靈活調(diào)整的不足，本發(fā)明針對(duì)聚焦型光場(chǎng)相機(jī) 角度采樣數(shù)與成像光路參數(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)的特點(diǎn)，提供一套可變角度采樣數(shù)的光場(chǎng)采集裝置。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：包括圖像傳感器、微透鏡陣列、主鏡 頭、移動(dòng)托盤、數(shù)字位移感應(yīng)器。
[0007] 所述的微透鏡陣列采用若干個(gè)微透鏡均勻排布，單個(gè)微透鏡為平凸透鏡，微透鏡 陣列將圖像傳感器光敏面完全覆蓋；一個(gè)鑲嵌在滑動(dòng)導(dǎo)軌內(nèi)的移動(dòng)托盤將微透鏡陣列固 定，能夠沿圖像傳感器的光軸方向在主鏡頭和圖像傳感器之間前后移動(dòng)；固定在相機(jī)外圍 的一個(gè)微透鏡距離調(diào)節(jié)環(huán)與托盤推動(dòng)桿精密耦合，微透鏡距離調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，托盤推動(dòng)桿 帶動(dòng)移動(dòng)托盤沿圖像傳感器的光軸方向移動(dòng)，移動(dòng)托盤與相機(jī)之間連接兩個(gè)彈簧；數(shù)字位 移感應(yīng)器與托盤推動(dòng)桿固接，感應(yīng)微透鏡陣列的位移變化并將傳入數(shù)字控制單元中。
[0008] 所述的數(shù)字控制單元采用一片F(xiàn)PGA可編程芯片控制微透鏡陣列沿光軸方向的位 移變化，按

【權(quán)利要求】
1. 一種可變角度采樣數(shù)的光場(chǎng)采集裝置，包括圖像傳感器、微透鏡陣列、主鏡頭、移動(dòng) 托盤、數(shù)字位移感應(yīng)器，其特征在于：所述的微透鏡陣列采用若干個(gè)微透鏡均勻排布，單個(gè) 微透鏡為平凸透鏡，微透鏡陣列將圖像傳感器光敏面完全覆蓋；一個(gè)鑲嵌在滑動(dòng)導(dǎo)軌內(nèi)的 移動(dòng)托盤將微透鏡陣列固定，能夠沿圖像傳感器的光軸方向在主鏡頭和圖像傳感器之間前 后移動(dòng)；固定在相機(jī)外圍的一個(gè)微透鏡距離調(diào)節(jié)環(huán)與托盤推動(dòng)桿精密耦合，微透鏡距離調(diào) 節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，托盤推動(dòng)桿帶動(dòng)移動(dòng)托盤沿圖像傳感器的光軸方向移動(dòng)，移動(dòng)托盤與相機(jī)之 間連接兩個(gè)彈簧；數(shù)字位移感應(yīng)器與托盤推動(dòng)桿固接，感應(yīng)微透鏡陣列的位移變化并將傳 入數(shù)字控制單元中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變角度采樣數(shù)的光場(chǎng)采集裝置，其特征在于：所述的 數(shù)字控制單元采用一片F(xiàn)PGA可編程芯片控制微透鏡陣列沿光軸方向的位移變化，按 M=kX#和高斯成像公式控制微透鏡陣列光心所在平面到主鏡頭成像平面的距離，按 g =fl·周整主鏡頭的光圈，其中，M為角度采樣數(shù)，F(xiàn)為主鏡頭焦距，D為主鏡頭通光孔徑 直徑，d是微透鏡單元直徑，g為圖像傳感器光敏面到微透鏡陣列中心的距離，|z|為微透鏡 陣列中心到主鏡頭焦平面的距離，設(shè)一個(gè)微透鏡后方成像的半徑為r，微透鏡單元中心到相 鄰微透鏡的空隙中心的距離為a，定義比例因子α滿足α·!彡a，則k=min(a)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變角度采樣數(shù)的光場(chǎng)采集裝置，其特征在于：所述的微透 鏡陣列中微透鏡采用正多邊形排布，邊數(shù)大于等于4,單個(gè)微透鏡的艾里斑直徑不超過(guò)兩個(gè) 圖像傳感器像元最短邊的長(zhǎng)度，單個(gè)微透鏡的點(diǎn)列圖范圍不超過(guò)其艾里斑直徑。
【文檔編號(hào)】G02B3/00GK104469110SQ201410696163
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】王慶, 張春萍, 周果清, 韓舒, 肖照林 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)