基于微光学元件的波前编码技术拓展集成成像三维景深的研究

• 作 者: 谢良星
• 机 构: 南开大学
• 出 处: 南开大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 三维立体成像 集成成像 波前编码 微光学元件 三维景深 立体显示

集成成像是一种采用微透镜阵列对三维景物进行成像与显示的裸眼三维立体显示技术。由于它具有不需要相干光源、在视场角内可提供全视差的三维立体图像、能实时显示真彩色的动态影像、可以很好地与现有的高清晰度电视制式相兼容等优点，引起了越来越多的研究人员的关注，被认为是最有潜力实现实用化、商品化的三维立体成像技术。但是，三维景深的不足阻碍了集成成像技术的进一步发展，小的三维录深意味着只能对较小的三维场景进行三维记录与显示，集成成像系统的分辨率和视场角更因此受到限制。现有的拓展三维景深的方法普遍存在牺牲分辨率、景深拓展范围小、实时性差等缺点，波前编码技术由于其能在保证成像分辨率的前提下大幅度地提高成像系统的景深，成为拓展普通成像系统景深的优先选择。然而，波前编码系统中的关键器件相位板通常由非球面加工制得，而非球面加工技术还存在一定的困难，这使得波前编码技术在集成成像中的应用受到了限制，目前仅有理论模拟计算的研究报道。为此，本论文采用一种易于加工和实现的微光学元件，围绕如何基于微光学元件拓展集成成像三维景深这一主题展开研究，主要研究内容如下：　　
1．研究了基于连续三次相位板的波前编码系统，采用计算机数值积分的方法分析了其成像特性，并对该成像系统进行了模拟计算，探讨了波前编码技术拓展景深的机理；　　
2．设计了一种用于波前编码系统的新型相位板，即微光学元件，对基于微光学元件的波前编码系统的成像特性进行了分析，模拟计算和实验研究结果表明，微光学元件具有显著拓展景深的能力；　　
3．采用基于微光学元件的波前编码技术拓展集成成像三维景深，实验结果表明，与普通集成成像系统相比，采用基于微光学元件的波前编码技术的集成成像系统能拓展大于6倍的三维景深；　　
4．将基于微光学元件的波前编码技术应用于基于多视点投影图像的计算全息记录系统中，计算机数字再现结果和光学再现结果验证了此方案具有显著拓展三维景深的能力。