使用液晶微透镜的高分辨率三维重建双模相机

提出了一种基于液晶微透镜阵列的双模成像相机。该相机通过打开或者关闭加载在液晶微透镜阵列上的低频电压信号可以快捷地在传统平面成像模式和光场成像模式之间进行切换。液晶微透镜阵列通过常规紫外光刻和湿法刻蚀技术制作而成。通过将液晶微透镜阵列和感光传感器阵列以及主镜头耦合到一起,构造了一个双模成像相机的原型。通过该双模成像相机开展了相关实验,获取了同一目标物的光场图像和平面图像,并对孔径设计和两种工作模式下的景深进行了分析,给出了光场成像模式下目标物三维信息的计算方法,通过将三维光场数据和对应二维平面数据的信息进行融合获得了高分辨率三维图像。     

使用梯度折射率液晶微透镜阵列的光场成像

光场成像可以获取场景的三维信息。通过在主透镜和图像传感器之间插入一个微透镜阵列,不仅可以记录光线的辐射度,还记录了光线入射的方向。提出了使用梯度折射率液晶微透镜阵列进行光场成像的方法。该阵列基于向列相液晶材料,利用其各向异性和双折射的特点,通过紫外光刻技术和湿法刻蚀技术制作,具有圆孔阵列图案。在该阵列的上下电极之间加载一个交流电压信号后,每个微透镜可以有效会聚入射光,搭建了测试系统来测试该阵列的聚焦特性和焦距。将该阵列与一个主透镜和一片图像传感器耦合得到一个光场成像相机,并使用该相机采集了图像。     

基于微透镜阵列的光场显微测量方法研究

与传统成像技术相比,光场成像技术能够利用光场中光线的传播方向信息,采用计算成像的方式极大地提高成像系统的景深。而传统的光学显微镜分辨率越高,景深越小。文章结合光场成像技术和传统光学显微镜,通过在显微镜一次像面插入微透镜阵列,提高显微镜景深,实现光场的显微三维测量。该系统通过单次曝光即可获得光场的四维光场信息,通过数字重聚焦技术和清晰度评价函数完成光场显微测量。实验结果表明,基于微透镜阵列的光场显微测量方法是可行的。测量系统以牺牲16倍横向分辨率为代价,将显微镜头景深提高了近100倍。     

基于Zemax仿真的红外光场成像技术

光场成像作为计算摄影学的研究方向之一,可以通过单次拍摄得到目标的四维全光信息,包括空间两维以及角度两维信息,由此可以通过多视角立体匹配原理实现三维成像。目前光场成像集中应用于可见光领域,用于其他光学成像波段的情况较为少见。本文提出基于Zemax仿真的红外光场成像技术,将光场成像系统与长波红外成像系统相结合,从光场成像原理以及长波红外成像特性出发,对长波红外光场成像系统结构设计进行了深入研究,同时为了提升三维成像的效果,分析了红外光场成像系统光学参数对深度分辨率的影响,得出深度分辨率主要由微透镜成像关系、微透镜工作F数、主透镜焦距、物距以及探测器像素尺寸确定。针对长波红外探测器像素数较少的情况选择了聚焦型光场成像系统,根据设计结果,使用Zemax仿真验证了长波红外系统与光场成像系统相结合的可行性以及理论设计的正确性。     

飞秒脉冲激光空间光场调控的微透镜阵列制备技术进展

作为最基本的微光学元件,微透镜在多个领域都有非常广泛的潜在应用,然而常见的面向透明硬脆材料微透镜的制备方法效率低下,且对作业环境的要求较高,极大地限制了透明硬脆材料微透镜阵列的大面积制备。空间光调制器作为一种对光场进行调制的设备,可以方便地实现多焦点或者结构化的光场,在光通讯、激光加工等领域具有重要的应用潜力。本文介绍了利用飞秒激光烧蚀结合湿法刻蚀制备硬脆材料微透镜阵列的基本方法,并系统地分析了影响所制备微透镜形貌的关键因素。通过在加工过程中对聚焦光斑的数量和位置进行精细调控,极大地提高了透明硬脆材料微透镜阵列的加工效率,且可以在加工过程中动态地调整飞秒激光烧蚀改性的形貌,从而实现不同尺寸微透镜阵列的高速制备,展现了空间光场调制技术在微光子集成芯片加工领域的应用前景。     

混合式光场相机在聚焦与非聚焦模式下的超分辨重聚焦仿真

光场描述了光在自由空间传播的全四维信息,光场相机可用来获得光场图像。在传统的光场相机中,最终获得图像的空间分辨率受限于微透镜阵列中透镜的个数。聚焦型光场相机相较于传统光场相机能够获得更高的空间分辨率,但是以牺牲其角度分辨率作为代价。在Zemax中建立了传统光场相机与将聚焦光场相机的成像模型,仿真获得了两种光场相机的光场图像,分析了两种不同类型光场相机采样模式的区别。提出将可变焦液体透镜阵列放置在光场相机中,可以同时获得聚焦和非聚焦两种模式下的光场图像。根据记录的光场信息,讨论了相应的重聚焦方法,计算仿真了在不同景深下的重聚焦图像,并提出了一种基于图像融合和超分辨率重构的方法来提高重聚焦图像的分辨率,最终在相同的景深范围内获得了3倍于传统光场相机分辨率的重聚焦图像。     

四焦距聚焦型光场计算成像系统的设计

光场相机是一种在图像传感器前增加微透镜阵列的新型相机结构,除了记录不同位置下光的强度及颜色外,也记录不同位置下光线的方向信息,从而能够计算目标场景的深度图和高阶相位图。该技术由于景深和分辨率相互制约,获得大景深时分辨率会降低。分析了其结构特点并推导了景深和分辨率的关系,并就选定的设计参数绘制了变化曲线。在此基础上,提出了一种新型光场相机的设计方法,该结构基于具有四类焦距的微透镜阵列,可获得超大景深,同时将分辨率的下降程度控制在可接受范围。仿真结果表明:相对于三类焦距微透镜阵列,所设计的四类焦距微透镜阵列景深可提高三倍,而分辨率达到普通相机的18.9%。     

高阶模高斯光束入射时透镜光轴上的光场分布

应用惠更斯－菲涅耳原理和薄透镜的傅里叶变换对柱对称高阶模高斯光束入射时透镜光轴上的光场分布进行了分析，得到了光场复振幅分布的一般表达式，给出了数值计算结果。     

光场相机建模与畸变校正改进方法

光场相机作为一种新型的成像系统,可以直接从一次曝光的图像中得到三维信息。为了能够更充分有效地利用光场数据包含的角度和位置信息,完成更加精准的场景深度计算,从而提升光场相机的三维重建的精度,需要实现精确的几何建模,并精确标定其模型参数。该方法从薄透镜模型和小孔成像模型出发,将主透镜建模为薄透镜模型,将微透镜建模为小孔成像模型,结合光场相机双平面模型,将每个提取到的特征点与其在三维空间中的射线建立联系,详细解释了内参矩阵中每个参数的物理意义,以及标定过程中初值确定的过程,并在镜头径向畸变模型的基础上进一步应用了相机镜头的切向畸变模型以及基于射线重投影误差的非线性优化方法,改进了光场相机的标定方法。实验显示,该方法的RMS射线重投影误差为0.332 mm,与经典的Dansereau标定方法相比,进行非线性优化后得到的射线重投影误差精度提升了8%。该方法详细分析的场景点与特定像素索引的推导过程对光场相机的标定具有重要的研究意义,为光场相机光学模型的建立与初始化标定奠定了基础。     

方形光场LED阵列透镜光学仿真设计

通过对LED一次透镜曲面的分析,建立了透镜表面的数学模型,经过计算得到相应的微分方程,运用龙格-库塔法计算得到透镜中心截面曲线的数据,再将此数据导入Soliworks当中得到中心曲线,之后,通过软件进行曲面扫描、镜像和缝合处理,得到相应透镜的三维模型,接着将该三维模型导入Tracepro中,并作相应的设置进行光学仿真得到所需正方形光场的图像和数据。最后,将设计好的透镜模型进行3×3的阵列设计得到最终的加强正方形均匀光场。     

微小光学与异形孔径微透镜阵列研究

讨论了微小光学的发展和异形孔径(正方形和六角形)微透镜阵列的制作。自聚焦透镜的制作加速了微小光学的产生,微透镜阵列器件的应用,促使微小光学迅猛发展,异形孔径微透镜阵列的研制,开创了微小光学新的研究领域。重点对异形自聚焦透镜和异形孔径微透镜阵列的理论和实验研究工作进行讨论,给出了有益的结果。     

基于压缩感知的稀疏相机阵列光场采集与恢复

针对积分成像光场采集与基于掩膜的压缩光场成 像中空间分辨率低和视场角小,以及稠密相机阵列光 场采集中硬件成本高的问题,提出一种基于压缩感知的稀疏相机阵列光场采集与恢复方 法。将压缩感 知理论运用到稀疏相机阵列的光场恢复中,从稀疏的相机阵列光场拍摄中恢复稠密的光场。 分别采用 滑动窗口和直接分块窗口两种方法进行光场的恢复,实验结果从1×5的稀疏光场中恢复了1×24的稠密光场,并对实验结果进行了分 析。     

一种基于空间光调制器的微透镜阵列制备技术

提出了一种基于空间光调制器的并行光刻制备微透镜阵列的技术。采用数字微反射镜器件输入光刻图形,结合热回流技术,制作任意结构和排布的微透镜阵列。无限远校正显微微缩光学系统的长焦深保证了深纹光刻的实现,热回流法提供了良好的表面光滑度。与传统逐层并行光刻和掩模曝光技术相比,提出的技术方案更加便捷灵活,特别适合制作特征尺寸在数微米至百微米的微透镜阵列器件。得到的微透镜阵列模版经过电铸转移为金属模具,利用紫外卷对卷纳米压印技术在柔性基底上制备微透镜阵列器件,在超薄液晶显示、有机发光二极管(OLED)照明等领域有广泛应用。     

微透镜阵列扫描成像系统的衍射分析与研究

微透镜阵列是微光学元件典型器件之一,广泛的应用于光束整形、精密测量、光学成像等场景。本文研究了微透镜阵列扫描成像系统的工作机理,并重点分析了影响成像质量的光场衍射效应和杂散光串扰,完成了微透镜阵列扫描成像系统衍射效应的推导与仿真,揭示了衍射效应与焦距及子单元孔径之间的关系,为微透镜阵列扫描成像系统的实际应用提供了导向,并为微透镜阵列的光束控制应用提供理论支撑,为微透镜阵列的建模、设计等提供依据。     

部分相干成像系统分辨极限研究

部分相干理论的引入丰富了光学成像分辨领域的研究,相较于理想情况下的完全相干和完全非相干光照明两点成像系统,部分相干成像系统的分辨率显著提升。本文设计了部分相干光照明两点成像系统,建立像面光强分布的数学模型,利用MATLAB仿真模拟不同空间相干性光源产生的辐射特性和两点间距对成像分辨的影响;并给出部分相干成像系统分辨极限的判定方法:当且仅当像面光强分布的峰值和谷值相等时可判定两点光源恰可分辨;以及不同相干度的光源照明成像系统分辨率的计算方法和差异。同时设计并搭建实验平台,实验结果验证了相干度分别为0、0.9和1.0时,成像分辨极限分别为1.0 mm、1.4 mm和1.5 mm,误差范围小于5%,说明实验结果与理论结果吻合。     

微透镜阵列在提高OLED取光效率中的应用

有机电致发光二极管(OLED)具有寿命长、节能、绿色环保等特点, 有望成为下一代重要光源。制约OLED发展的一个重要障碍是其取光效率较低。为了提高OLED取光效率, 研究者进行了大量的研究, 其中应用微透镜阵列提高OLED取光效率是一种重要方式。文章简单分析了微透镜阵列提高OLED取光效率的原理, 综述分析了各种结构特征的微透镜阵列在提高OLED取光效率中的应用, 总结了在OLED基底表面制备微透镜阵列的方法、优缺点, 以及应用微透镜阵列提高OLED取光效率的最新进展和发展趋势。     

微透镜阵列在提高OLED取光效率中的应用

有机电致发光二极管(OLED)具有寿命长、节能、绿色环保等特点,有望成为下一代重要光源。制约OLED发展的一个重要障碍是其取光效率较低。为了提高OLED取光效率,研究者进行了大量的研究,其中应用微透镜阵列提高OLED取光效率是一种重要方式。文章简单分析了微透镜阵列提高OLED取光效率的原理,综述分析了各种结构特征的微透镜阵列在提高OLED取光效率中的应用,总结了在OLED基底表面制备微透镜阵列的方法、优缺点,以及应用微透镜阵列提高OLED取光效率的最新进展和发展趋势。     

高填充因子微透镜阵列的快速制备及特性分析

微透镜阵列是一种被广泛应用于光信息处理、光传感、光计算、光通信和高灵敏度成像等领域的精密光学元器件之一。通过一些先进的制造技术已经可以制造出不同几何形状、轮廓和光学特性的微透镜阵列。然而,由于三维微制造工艺的难度,使得高填充因子微透镜阵列中的微透镜很难实现紧密排列。提出了一种快速、低成本的微流体操纵技术,用于制备高填充因子微透镜阵列,且对其制备工艺进行了初步的演示。这种易于操作的制造技术适用于微透镜阵列的大批量生产,极大地提高了生产效率。通过预先制备出的三种不同尺寸(微柱直径分别为300、500、700 μm)的微柱,实现了与其对应不同形状和尺寸的微透镜阵列的制备,并搭建了一套光学成像系统以对这些微透镜阵列进行成像性能的评估。主要对微透镜阵列的焦距、成像精度和每个微透镜阵列中各个微透镜子单元成像的均一性进行测试,利用所提出的微流体操控技术制备的微透镜阵列具有良好的成像性能,有望能够被应用到三维成像、光均匀化等诸多应用中。