快照式光谱光场成像技术

吕晓波，刘宇丰，李毅威，朱帅帅，林 杰*，金 鹏*

（1.哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150080；2.微系统与微结构制造教育部重点实验室（哈尔滨工业大学），黑龙江哈尔滨150080；3.西安航天动力试验技术研究所，陕西西安710100）

1 引 言

来自目标场景的光线携带着丰富的信息。Adelson和Bergen［1］首次提出使用全光函数P（x，y，z，θ，φ，λ，t）来表示这些信息，其中（x，y，z）表示空间维，（θ，φ）表示光线的传播角度，λ表示光的波长，t表示光子的发出时间。Gao和Wang［2］又加入了两维偏振信息（Ψ，χ），将该函数扩展到九维。传统的成像系统通常仅获取目标场景的空间二维信息（x，y），而忽略了其他维度的信息。光谱成像具备(x，y，λ)三维成像能力，光谱信息能够反映物质的化学和分子特性［3］，因此光谱成像被广泛应用于生物医学［4-5］、遥感［6］及食物质量检测［7］等领域。另一方面，目标物的三维空间信息（x，y，z）表征了其形态和位置，因此三维空间成像技术在生物医学［8-9］、摄影［10］、目标识别［11-13］以及粒子图像测速［14］等领域得到了广泛的应用。

在过去几十年里，学者们付出大量努力突破成像系统的限制，以获得更多维度的光信息。其中，光谱-立体(x，y，z，λ)成像备受关注。大多数光谱-立体成像系统基于扫描或者多次拍照，这会导致拍照时间的延长并因此限制它应用于动态场景。将多个探测器的信息进行融合可以在一次快照获取(x，y，z，λ)信息，然而这样的系统比较笨重并且存在对准误差。本文提出一种快照式光谱-光场成像方法，将聚焦光场成像结构引入到快照式傅里叶变换光谱仪中，在不损失系统横向分辨率的基础上，一次快照就能记录目标场景的(x，y，z，λ)信息。……