基于远红外相机的被动式光场成像

吕南方，张存林，谢缘

（首都师范大学 物理系，北京 100048）

光场成像是一种基于几何光学原理与全光函数模型的非相干计算成像方式。在光场成像中，光场被抽象为带有“方向”与“位置”信息的“光线”集合，这种“集合”可通过4D全光函数进行表示[1]。较之传统成像方式，基于4D光场信息的光场成像方式蕴含着更多的信息量。通过基于相机阵列[2-4]、微透镜阵列[5-7]、编码掩模板[8-10]等方式的光场成像系统对成像目标的4D光场进行分辨与采集，可以运用算法对目标的4D光场进行重构与渲染，以实现对目标图像的重聚焦[11]、超分辨率重构[12]、深度估计[13]、3D重构[14]、高速摄影[2]等方面的拓展与增强。

由于光学设计水平与CCD技术的成熟，光场成像在可见光波段已经得到了深入研究与广泛应用。然而在对成像质量提升需求同样迫切的远红外与太赫兹波段，光场成像技术的发展与应用则仍在摸索之中[15-16]。自1991年Adelson从计算机图形学角度提出光场成像的概念[17]，以及1996年Levoy首次提出实用化的光场采集方式与系统以来[18]，可见光波段的光场采集技术与重构算法被广泛研究，基于光场成像原理的商业化光场相机也已见诸市场。

而在远红外波段，一方面，由于远红外与太赫兹波的波长远长于可见光，因而远红外与太赫兹波段成像系统本身的分辨能力受到波长性质的限制；另一方面，工作于远红外与太赫兹波段的探测器件在噪声、敏感度、加工工艺等方面的性能仍不足以满足高性能、高分辨率成像的需求，这进一步限制了远红外与太赫兹波段成像系统的成像能力。……