光場(chǎng)成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光場(chǎng)成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有大視場(chǎng)角的光場(chǎng)成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)攝像機(jī)的成像過程，是對(duì)于三維空間景物采取了二維投影的方式，只是將光線的強(qiáng)度在探測(cè)器像元上進(jìn)行累加，也就是說只考慮了物體的在像平面上的空間分布，而丟棄掉了光線的傳播方向信息，并限制了圖像的重塑性。
[0003]相比，光場(chǎng)成像技術(shù)則保留了對(duì)圖像重塑的可能性，能夠得到更加靈活化、多元化的圖像信息，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。如可以通過對(duì)光場(chǎng)圖片的數(shù)字重聚焦技術(shù)，計(jì)算出對(duì)焦在不同深度的二維圖像，實(shí)現(xiàn)“先拍照后對(duì)焦”的功能；提高聚焦能力，擺脫失焦、跑焦困擾；增加對(duì)圖片處理的靈活性；通過光場(chǎng)數(shù)據(jù)合成視角圖像實(shí)現(xiàn)3D顯示；通過對(duì)光場(chǎng)數(shù)據(jù)的反演，數(shù)字化校正光學(xué)系統(tǒng)像差，降低光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和加工難度等?？梢哉f，光場(chǎng)成像技術(shù)能夠延伸到目前所有應(yīng)用到光學(xué)成像的領(lǐng)域，擴(kuò)展現(xiàn)有光學(xué)成像技術(shù)能夠獲得的信息量。
[0004]對(duì)光場(chǎng)成像系統(tǒng)而言，視場(chǎng)角的大小決定了光場(chǎng)成像系統(tǒng)的視野范圍，視場(chǎng)角越大，視野就越大，能拍攝到更多的圖像。目前，有例如4*4個(gè)30萬像素的攝像頭拼成一個(gè)光場(chǎng)成像系統(tǒng)，最后總的光場(chǎng)成像系統(tǒng)的分辨率只有35萬，每個(gè)攝像頭拍攝到大量的信息是重復(fù)的。
[0005]因此，需要一種能有效地?cái)U(kuò)大光場(chǎng)成像系統(tǒng)的視場(chǎng)角以提高分辨率的裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光場(chǎng)成像系統(tǒng)，包括:微透鏡陣列、光束引導(dǎo)單元、成像單元和圖像處理單元，其中:微透鏡陣列，包括多個(gè)微透鏡單元，用于聚焦光束；光束引導(dǎo)單元，用于將通過所述微透鏡陣列成像的光束進(jìn)行引導(dǎo)，使得與所述光場(chǎng)成像系統(tǒng)的光軸之間夾角更大的光線通過所述微透鏡陣列透射到所述成像單元上；成像單元，布置在所述微透鏡陣列的焦平面上，用于接收通過微透鏡陣列透射的光來感光成像；圖像處理單元，用于將所述成像單元收集的電信號(hào)進(jìn)行處理。
[0007]優(yōu)選地，所述光束引導(dǎo)單元包括遮罩，所述遮罩位于所述微透鏡陣列和所述成像單元之間，包括由不透光材料制成的多個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)子遮罩，用于引導(dǎo)和過濾光束；所述微透鏡陣列中的每個(gè)微透鏡單元均對(duì)應(yīng)其中一個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)，所述遮罩一端的開口與微透鏡單元的邊緣密封連接，另一端開口連接到所述成像單元的對(duì)應(yīng)區(qū)域上。
[0008]優(yōu)選地，所述子遮罩距離所述成像光軸越遠(yuǎn)，所述子遮罩的中心軸線與所述成像光軸之間的夾角就越大。
[0009]優(yōu)選地，所述光束引導(dǎo)單元包括光折射單元，所述光折射單元位于所述微透鏡陣列相對(duì)于所述成像單元的另一側(cè)，用于將更大角度范圍內(nèi)的光線折射后進(jìn)入所述微透鏡陣列中。
[0010]優(yōu)選地，所述光折射單元選自平凹透鏡、雙凹透鏡、凸凹透鏡、折線式透鏡或偏轉(zhuǎn)棱鏡陣列中的至少一個(gè)或多個(gè)的組合。
[0011]優(yōu)選地，所述光折射單元是一側(cè)截面呈多段折線組合式從邊緣向中心凹入的折線式透鏡。
[0012]優(yōu)選地，所述折線式透鏡的每一段折線設(shè)計(jì)成與所述微透鏡陣列中的微透鏡單元的一個(gè)或一部分對(duì)應(yīng)布置且設(shè)計(jì)其偏轉(zhuǎn)角度以形成大視角圖像。
[0013]優(yōu)選地，還包括圖像重現(xiàn)單元，所述圖像重現(xiàn)單元根據(jù)偏轉(zhuǎn)棱鏡陣列中的每個(gè)子棱鏡的偏轉(zhuǎn)角度來對(duì)應(yīng)重現(xiàn)出各個(gè)子成像單元所成圖像中的各個(gè)光線的原始位置。
[0014]優(yōu)選地，所述偏轉(zhuǎn)棱鏡陣列中的各個(gè)子棱鏡的偏轉(zhuǎn)角度由邊緣向中心逐漸減小，且各個(gè)子棱鏡分立布置成對(duì)應(yīng)于微透鏡陣列中的子透鏡中的一個(gè)或一部分布置且設(shè)計(jì)其偏轉(zhuǎn)角度以形成大視角圖像。
[0015]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括在所述微透鏡陣列和所述成像單元間設(shè)置的光闌單元，所述光闌單元的每個(gè)光闌與所述微透鏡陣列中的微透鏡單元一一對(duì)應(yīng)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的光場(chǎng)成像系統(tǒng)，可以獲取大視場(chǎng)角光場(chǎng)圖像。
【附圖說明】
[0017]參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點(diǎn)將通過本發(fā)明實(shí)施方式的如下描述得以闡明，其中:
[0018]圖1 (a)_圖1 (b)示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光場(chǎng)成像系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和成像原理圖；
[0019]圖1(c)示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的帶有光折射單元的光場(chǎng)成像系統(tǒng)的成像原理圖；
[0020]圖1 (d)示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的帶有光折射單元和遮罩的光場(chǎng)成像系統(tǒng)的成像原理圖；
[0021]圖2(a)-圖2(b)示出無光束引導(dǎo)單元和布置有光束引導(dǎo)單元的光場(chǎng)成像系統(tǒng)成像光路對(duì)比圖；
[0022]圖3示意性示出光折射單元的幾種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4示意性示出光闌單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]通過參考示范性實(shí)施例，本發(fā)明的目的和功能以及用于實(shí)現(xiàn)這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發(fā)明并不受限于以下所公開的示范性實(shí)施例；可以通過不同形式來對(duì)其加以實(shí)現(xiàn)。說明書的實(shí)質(zhì)僅僅是幫助相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員綜合理解本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)。
[0025]在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或類似的部件，或者相同或類似的步驟。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的光場(chǎng)成像系統(tǒng)包括微透鏡陣列、光束引導(dǎo)單元、成像單元和圖像處理單元，其中微透鏡陣列包括多個(gè)微透鏡單元，用于聚焦光束；光束引導(dǎo)單元用于將通過所述微透鏡陣列成像的光束進(jìn)行引導(dǎo)，使得與所述光場(chǎng)成像系統(tǒng)的光軸之間夾角更大的光線通過所述微透鏡陣列透射到所述成像單元上；成像單元，布置在所述微透鏡陣列的焦平面上，用于接收通過微透鏡陣列透射的光來感光成像；圖像處理單元，用于將所述成像單元收集的電信號(hào)進(jìn)行處理。下面參照?qǐng)D1的幾個(gè)具體實(shí)施例對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行說明。
[0027]參見圖1 (a)，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光場(chǎng)成像系統(tǒng)100沿成像光軸方向依次包括:微透鏡陣列101、遮罩103和成像單元102，以及圖像處理單元104。物體106在光源107的照射下，通過微透鏡陣列101，在遮罩103的引導(dǎo)下在成像單元102上成像。在本實(shí)施例中，光束引導(dǎo)單元以遮罩103的方式實(shí)現(xiàn)。
[0028]微透鏡陣列101，包括多個(gè)微透鏡單元，用于聚焦光束，微透鏡的形狀可以為圓形或方形。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，微透鏡陣列101的各個(gè)微透鏡單元的焦距可以設(shè)置成相同的，也可以是不同的，以便可以采集到不同距離的用于成像的光學(xué)信息。
[0029]成像單元102，布置在微透鏡陣列101的焦平面上，用于接收通過微透鏡陣列透射的光來感光成像。成像單元102的傳感器例如可以為CCD或CMOS，用于接收成像光強(qiáng)信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)存儲(chǔ)起來。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，成像單元102優(yōu)選由多個(gè)子成像單元構(gòu)成。每個(gè)成像子單元分別設(shè)置成對(duì)應(yīng)于微透鏡陣列101的每個(gè)微透鏡單元。
[0030]遮罩103，包括由不透光材料制成的多個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)子遮罩，位于所述微透鏡陣列101和所述成像單元102之間，用于引導(dǎo)光束的走向。每個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)子遮罩對(duì)應(yīng)于微透鏡陣列101的一個(gè)微透鏡單元。圖1(b)示意性地示出了遮罩103的立體結(jié)構(gòu)。其中僅示出了四個(gè)微透鏡單元101和對(duì)應(yīng)的遮罩的四個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)子遮罩103，以及成像單元102。如圖1 (b)所示，遮罩103相當(dāng)于一個(gè)光通道，使用所述遮罩103可以防止相鄰微透鏡單元聚焦后的光束之間相互干擾,起到了過濾和引導(dǎo)的作用。每個(gè)微透鏡單元均對(duì)應(yīng)一個(gè)遮罩103的其中一個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)子遮罩，其兩端的形狀與微透鏡的形狀相匹配，一端與微透鏡單元的邊緣密封連接，另一端開口連接到成像單元102的對(duì)應(yīng)區(qū)域上。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，遮罩103的形狀可以為兩端面積相同的筒形或兩端面積不同的錐形。例如，與微透鏡單元連接的遮罩103 —端的開口面積可以大于另一端開口的面積。如果微透鏡單元是圓形，遮罩103的形狀為兩端開口面積不一致的圓筒；如果微透鏡單元是方形，遮罩103的相撞即為兩端開口面積不一致的方筒。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，遮罩103的多個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)子遮罩分別傾斜一定的角度排列。例如，如圖1(a)所7K,遮罩103軸線與光軸重合時(shí),該遮罩103相對(duì)于光軸沒有傾斜角度，且遮罩103與光軸離得越遠(yuǎn)，遮罩103的傾斜角度越大。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，遮罩103的傾斜角度(即遮罩103與光軸之間的夾角)最小角度為O度(即此時(shí)的遮罩103與光軸重合)，且遮罩103的傾斜角度(與光軸之間的夾角)最大可達(dá)60度。
[0033]圖像處理單元104，用于將成像單元102收集的電信號(hào)進(jìn)行處理，以呈現(xiàn)出所需要的圖像。
[0034]圖1(c)示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光場(chǎng)成像系統(tǒng)的成像原理圖。在該實(shí)施例中，光束引導(dǎo)單元以光折射單元108的方式實(shí)現(xiàn)。如圖1(