基于波前編碼技術(shù)拓展集成成像系統(tǒng)景深的應(yīng)用研究.pdf

1、集成成像技術(shù)是由Lippmann在1908年提出，近十幾年來得到迅速發(fā)展的新型三維顯示技術(shù)。其基本原理是利用微透鏡陣列記錄物體三維場景，利用微透鏡陣列再現(xiàn)三維場景。集成成像技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)。與偏振、紅綠等需要佩戴眼鏡的立體顯示技術(shù)相比，它是一種裸眼三維顯示技術(shù);與光柵、柱面透鏡等三維顯示技術(shù)相比，它可以顯示三維視場信息;與全息三維顯示相比，它不需要激光記錄和再現(xiàn)。簡而言之，集成成像是一種裸眼、非相干、全視角三維顯示技術(shù)。然而，這種顯示技

2、術(shù)也并非十全十美。如分辨率受到顯示器像素大小和微透鏡數(shù)值孔徑的制約。微透鏡的數(shù)值孔徑和顯示器的像素大小限制了景深。因此，提高集成成像系統(tǒng)的景深和分辨率具有十分重要的意義。
　　本文主要工作是利用波前編碼技術(shù)拓展集成成像系統(tǒng)的景深，其中包括設(shè)計(jì)優(yōu)化用于景深拓展的位相片和具體景深拓展實(shí)驗(yàn)。具體內(nèi)容可以概括為以下6個(gè)方面:
　　1、介紹了集成成像技術(shù)的原理。分析了集成成像的特征參數(shù)，包括視場角、分辨率和景深。重點(diǎn)研究了現(xiàn)有擴(kuò)大景深

3、的方法，進(jìn)而提出了基于波前編碼技術(shù)拓展集成成像系統(tǒng)景深的方法。
　　2、分析了波前編碼技術(shù)增大景深的原理。指出波前編碼技術(shù)的本質(zhì)在于利用位相片改造系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)，使其對離焦變化不敏感。分析了現(xiàn)有兩種產(chǎn)生波前編碼位相片的方法。給出了各種位相片的表達(dá)式。
　　3、提出了一種產(chǎn)生高質(zhì)量三次位相片的方法。通過在傳統(tǒng)位相片上加上閃耀光柵，來克服傳統(tǒng)位相片零級光的干擾，提高了位相片衍射圖樣的質(zhì)量。以三次位相片為例，通過在三次位相片上

4、加上閃耀光柵，形成閃耀型三次位相片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，閃耀型三次位相片的光斑分布要遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)三次位相片的光斑分布。
　　4、提出了一種利用波前編碼技術(shù)拓展相機(jī)陣列集成成像系統(tǒng)景深的方法。具體實(shí)驗(yàn)過程中，利用了三次位相片和CCD相機(jī)組成波前編碼相機(jī)。并用單個(gè)波前編碼相機(jī)在二維電動平移臺的移動來代替波前編碼相機(jī)陣列。獲取的元素圖像結(jié)果表明，波前編碼相機(jī)整列成像系統(tǒng)獲取的元素圖像景深有著明顯增加。同時(shí)，我們利用投影儀和微透鏡陣列系統(tǒng)組成集成

5、成像顯示系統(tǒng)。重構(gòu)實(shí)驗(yàn)顯示，波前編碼系統(tǒng)的景深得到明顯提高。
　　5、提出將波前編碼技術(shù)運(yùn)用到顯微集成成像系統(tǒng)中。搭建了波前編碼顯微系統(tǒng)。通過對頭發(fā)和手表中的齒輪進(jìn)行成像，獲取了編碼的元素圖像陣列。利用維納濾波對編碼圖像進(jìn)行了解碼。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的顯微集成成像相比，解碼圖像景深有所提高。
　　6、設(shè)計(jì)并制作了一種改進(jìn)型正弦位相片。與正弦位相片相比，這種位相片多了一個(gè)可以優(yōu)化的參數(shù)。采用一系列的評價(jià)函數(shù)對現(xiàn)有的各種位相片（包