光场成像系统仿真分析与深度标定研究

于成帅, 周 骛, 蔡小舒

（上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093）

相比于传统成像而言，光场成像能采集整个空间的光辐射分布，经过相位变换和投影积分能得到不同空间位置的图像，能对光辐射直接进行误差校正，达到去除几何像差的目的，能计算出物体的三维结构。光场的概念最早由Gershun 于1936 年提出，用于表征整个空间光线的辐射传输特性[1]。麻省理工学院的Adelson 教授于1991 年将光场表示成7 维的全光函数，并将该概念引入视觉与感知研究，首次提出全光相机模型[2]。Levoy于1996 年将光场简化成光线与2 个平面相交的模型，用4 维参数表示光线的分布[3]。

光场采集方法主要分为两类：多相机组合和单相机改造。斯坦福大学的Wilburn 等设计了几种不同配置的摄像机阵列，每个相机分别位于不同的视角方向，对应光场的一个方向采样，相机中的探测器像元经过镜头投影到外部空间后对应光场的位置采样，通过严格控制各相机的同步时间精度和相对位置精度，能获得高质量的合成图像[4]。但是，由于相机阵列体积较大、费用较高、相机同步控制较复杂等原因，目前只处于实验室研究和商业开发阶段。斯坦福大学的Ng 于2005 年在Adelson 提出的全光相机模型的基础上进行了改进，首次研制出了手持式光场相机，利用数字重聚焦理论实现了先拍照后聚焦[5]。但是，该光场相机的空间分辨率和角度分辨率严重地受到微透镜单元数量的限制。Andrew 于2009 年基于光场相机的方向分辨率冗余性提出了聚焦型光场相机模型[6]，该光场相机的空间分辨率和角度分辨率与微透镜单元的数量无关，只与微透镜阵列与传感器的距离有关，改变这个距离可以调整角度分辨率和空间分辨率。……