1 天津津航技术物理研究所，天津 300308
2 北京理工大学 光电学院，北京 100081
全光相机可以在成像后进行重聚焦，并且一次曝光就可以同时获取目标的位置信息和方向信息。相较于主动测距方法和传统的被动测距方法，基于全光相机的深度测量方法具有不易被侦查和易于标定的优势。基于全光相机的三维成像技术是集前端光学系统与后端信息处理为一体的计算成像技术，目前的研究工作主要集中于后端信息处理算法，对前端光学系统的研究鲜有报道，因此对前端光学系统设计进行研究。首先，建立基于多目视觉全光相机深度分辨率计算模型并分析焦距、
F#等光学系统性能参数对物方深度分辨率的影响；然后，分析两反光学系统的遮拦比、次镜的放大倍率等因素对系统参数的影响；最后，综合考虑设计、加工、装调以及测距性能等方面，设计了一款用于亚公里级三维成像的全光相机主物镜光学系统，系统焦距为
$500\;{\rm{mm}}$![]()
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，系统总长小于
${\text{163}}\;{\rm{mm}}$![]()
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，摄远比小于
${1 / 3}$![]()
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，工作温度范围为−40~70 ℃。不同温度下全视场MTF在
$80\;{{{\rm{lp}}}/{\rm{{mm}}}}$![]()
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处优于0.3，使用此物镜的全光相机配合
${1 / 8}$![]()
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像素的亚像元识别精度的算法，在0.5 km处可获得
$ < 5\;{\rm{m}}$![]()
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的深度分辨率。
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210493
1 海军航空大学, 山东 烟台 264001
2 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
3 国防科技大学计算机学院, 湖南 长沙 410073
聚焦型光场相机在运动恢复结构(SFM)和场景重建等领域中的作用日益显现。但是传统SFM算法因聚焦型光场相机具有特殊的结构而难以直接应用。针对这一问题,提出一种完整的聚焦型光场相机等效多目相机模型。在此基础上,利用传统多目相机的SFM算法,给出了适用于聚焦型光场相机的位姿估计算法示例和点云三角化算法示例。最后,通过仿真实验和真实场景重建实验验证了本文等效多目相机模型和SFM算法的正确性,进而表明聚焦型光场相机的SFM问题可以等价为多目相机的SFM问题。
机器视觉 聚焦型光场相机 多目相机模型 运动恢复结构 场景重建 位姿估计 三角化
1 海军航空大学, 山东 烟台 264001
2 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
3 国防科技大学计算机学院, 湖南 长沙 410073
精确标定能够发挥出聚焦型光场相机在场景重建和非接触测量等方面的作用。而标定精度提升的关键之一在于精确的特征提取算法。为了提升特征检测的精度和效率,提出一种基于原始图的棋盘格角点检测算法。利用稳健的角点检测算子对原始图角点进行检测,并利用二维角点与三维光场圆域特征的对应关系进行角点筛选。然后,利用图像一致性对角点进行亚像素优化。进行了仿真角点检测实验和仿真标定实验,并基于R29聚焦型光场相机得到的重建角点进行了距离测量实验。实验结果表明,所提角点检测算法的精度高于现有算法,并证明了基于所提角点检测方法的标定算法能够得到更加精准的结果。
机器视觉 聚焦型光场相机 角点检测 标定 原始图 光场圆域特征 光学学报
2020, 40(14): 1415002
何宇龙 1,2,3,***宁禹 1,2,3,**姜宗福 1,2,3,*孙全 1,2,3张明 1,2,3
1 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
光场相机波前传感器是一种新型的波前传感器,具有视场大、动态范围大的优势,但由于存在信号饱和现象,光场相机的线性度和波前传感精度较低。利用动态调制提高光场相机的线性度和波前传感精度,理论分析了光场相机波前传感的原理与特性,利用MATLAB软件对光场相机在动态调制时的波前闭环校正效果进行数值模拟,并与无调制光场相机的模拟结果进行对比分析。仿真结果表明:光场相机在动态调制时的测量精度高,校正效果较好,校正后远场光斑的斯特列尔比大于0.8,波前传感性能优于无调制光场相机。
传感器 自适应光学 波前传感器 光场相机 动态调制 数值模拟
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
计算光场自适应光学成像技术将目标和干扰的光场进行整体测量，再利用目标与干扰光场的四维光场信息分布特点，通过计算方法将其进行有效地区分、滤除，能在大视角范围内对干扰导致的目标光场波前畸变进行探测复原，并以计算方式自适应地补偿成像空间中的复杂波前像差扰动。与传统自适应光学成像方法相比，该方法具有较大的探测视场，可以直接以扩展目标作为信标进行波前信息解算。本文从传统自适应光学技术面临的挑战出发，简述了计算光场自适应光学成像技术的优势及发展现状，介绍了研究团队在计算光场自适应光学成像方面开展的主要工作。
自适应光学 计算成像 光场成像 光场相机 adaptive optics computational imaging plenoptic imaging plenoptic camera
1 中国科学院 自适应光学重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
焦面哈特曼传感器 (光场相机)具有同时测量距离信息和波前相位信息的优点, 国内目前还没有相关研究。本文对焦面哈特曼传感器的点目标波前相位复原能力进行了研究。首先从结构上将焦面哈特曼传感器与其他常用的波前传感器作了简单的比较, 然后对焦面哈特曼的成像原理进行了推导说明, 最后采用 MATLAB软件对焦面哈特曼传感器的远场光斑进行仿真, 通过相应的斜率估计算法, 进行波前复原。仿真结果表明, 焦面哈特曼传感器能够实现波前复原, 从而达到了仿真验证的目的。
自适应光学 点目标 光场相机 波前复原 adaptive optics point source plenoptic camera wavefront recovery
