4.基于光場的數(shù)字重聚焦技術(shù)

4.1.計算成像原理

光場相機的光學(xué)成像系統(tǒng)由3部分構(gòu)成: 主透鏡系統(tǒng)、微透鏡陣列和光電探測器件。主透鏡系統(tǒng)相當(dāng)于傳統(tǒng)相機的物鏡，在像面處放置微透鏡陣列，探測器放置在微透鏡的焦距處。

成像原理為，物體上一點經(jīng)過主透鏡系統(tǒng)后聚焦于微透鏡陣列平面，而后經(jīng)單個微透鏡分散出強度和方向分量，到達(dá)探測器的不同面元，此即該物點的光場信息。如果把微透鏡看作成像器件，主透鏡的主面與探測器陣列滿足物象共軛關(guān)系。所以，主透鏡系統(tǒng)的光瞳經(jīng)過單個微透鏡所成的像正好覆蓋光電探測器的若干像素點。達(dá)到最大的角分辨率，需保證主透鏡系統(tǒng)的像方F 數(shù)與微透鏡陣列的F 數(shù)一致，否則會造成光場方向信息和成像目標(biāo)空間分布的混疊．

如圖1，將相機的光學(xué)系統(tǒng)抽象成四維光場，其中u -v 面是光學(xué)系統(tǒng)的主面，x-y 面是探測器所在平面． L_F( x，y ，u，v ) 代表給定光線的光輻射量，下標(biāo)F 代表兩平面之間的距離，像面上接受到的輻射量可表示為：

  (1)

其中，θ 為光線LF( x，y，u，v) 與u-v 面法線的夾角，A( u，v ) 為光瞳函數(shù)．

假定x-y 和u-v 面無窮大，光瞳之外的光線LF( x，y ，u，v) = 0，引入近軸近似，將公式簡化為：

  （2）

通過數(shù)值積分近似求解，便可得到一幅數(shù)字圖像。

4.2.數(shù)字重聚焦原理

 

圖2. 數(shù)字重聚焦原理圖

如圖2，x-y 面為重聚焦目標(biāo)物所在的空間像平面，其接收到的光輻射量可表示為

  （3）

其中，α = F'/F為變焦倍率。

代入( 2) 式，定義切片算子β［f］( x) = f(βx) ，重聚焦后的圖像表達(dá)式為

 （4）