基于可变焦液体透镜阵列的高分辨光场成像理论与技术研究

Plenoptic cameras can capture both the spatial information and directional information in one picture. By image reconstruction technology, it can provide large depth range in a picture and be used in 3-D imaging, digital refocusing and aberration correction and so on. Plenoptic cameras has very wide potential application in many fields. But the plenoptic camera technology now has a serious disadvantage which is not able to get both high spatial resolution and high directional resolution. For this problem, this project presents a way by using of a novel optical device named tunable-focus liquid lens array. With the application of this kind of lens array, the plenoptic camera can work at both un-focused mode and focused mode. And through the image reconstruction and fusion technology, we can get the light field imaging with both high spatial resolution and high directional resolution. In this project the imaging model of the new plenoptic camera based on the tunable-focus liquid lens array will be set up. The reconstruction algorithm of the high resolution light field image will be studied. The method of design, optimization and fabrication of the tunable-focus liquid lens array will also be discussed. Finally a kind of novel high resolution light field imaging method will be given, and a new active tunable-focus device can be provided after this project.

光场成像通过一次曝光可同时获得物体的空间与方位信息，通过对光场图像的重构与反演，能方便实现大景深范围、立体成像、数字聚焦以及像差校正等功能，在军用与民用方面具有广泛的应用前景。本项目针对目前光场成像技术不能同时获得高空间分辨率和高方向分辨率的瓶颈问题，提出以一种液体可变焦透镜阵列为关键器件的新型光场相机方案，使系统在非聚焦和聚焦模式间方便转换，通过相应的图像重构与融合算法，获得既具有高空间分辨率又具有高方向分辨率的光场图像。项目将建立基于可变焦液体透镜阵列的光场相机成像的理论物理模型；研究高分辨率光场图像信息提取及重构算法；以及光场相机中可变焦微透镜阵列的参数评价与优化方法，并完成新型液体透镜的微光学制备方法和加工工艺的研究。最终形成一种新的光场成像方法，并提供一种新型光学主动变焦元件。

光场成像通过一次曝光可同时获得物体的空间与方位信息，通过对光场图像的重构与反演，能方便实现大景深范围、立体成像、数字聚焦以及像差校正等功能，在军用与民用方面具有广泛的应用前景。本项目针对目前光场成像技术不能同时获得高空间分辨率和高方向分辨率的瓶颈问题，提出以一种液体可变焦透镜阵列为关键器件的新型光场相机方案，使系统能够在非聚焦和聚焦模式间方便转换，并能够通过相应的图像重构与融合算法，调和高空间分辨率和高方向分辨率间的矛盾。主要研究成果如下：.1）.提出了以可变焦液体透镜阵列为关键器件的混合式光场成像系统，建立并分析了系统的物理成像模型，提出了系统在两种模式下实现融合的途径；.2）.分析了可变焦微透镜阵列的参数对光场成像系统的影响，提出了含有液体透镜的变焦系统的设计优化方法；.3）.通过大量实验，研究了一种单液体、电控可变焦液体透镜及阵列的制备方法，改进了制备工艺，虽然目前的实验室样品仍存在诸如膜层牢固度等问题，但也为后续研究提供了一定借鉴；.4）.提出了一种基于光场成像与数字重聚焦技术的多图像加密和解密方法，可同时对多幅图像进行加密和解密，使加密过程密钥使用复杂性降低，提高加密效率；并且在部分信息丢失的情况下，仍旧可以通过解密恢复出原有图像信息。