CN105791646B - 一种光场成像装置及其参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光场成像装置及其参数确定方法，光场成像装置包括依次平行布置的成像主透镜、微透镜阵列、成像信息采集感光CCD，所述微透镜阵列包括多个布置于同一平面上的微透镜，成像主透镜的入瞳面侧密接有用于将不同深度范围内的光场信息成像到微透镜阵列上不同区域的正交散焦光栅；参数确定方法包括：为微透镜阵列划分成像采集子区域，选择成像主透镜的焦距和口径，确定不同成像采集子区域的系统等效焦距和正交散焦光栅的离轴量，确定正交散焦光栅的条纹参数，选择微透镜阵列的参数。本发明具有成像分辨率高、深度提取动态范围大、适用范围广、结构简单、成本低的优点。

Description

一种光场成像装置及其参数确定方法

技术领域

本发明涉及光场成像技术，具体涉及一种光场成像装置及其参数确定方法。

背景技术

随着成像技术的迅速发展，人们对成像已经不满足于高分辨率与大景深成像，而是渴望获得成像中包括物深度信息在内的全光场信息。在众多可能的全光场信息获取方法中，集成成像是一种相当有潜力和前景的三维成像技术。随着微透镜阵列制造工艺的发展和高分辨率图像传感器的普及，利用微透镜阵列的集成成像结构的各项性能，比如景深，视场和分辨率等，也得到了较大的提升，由此发展而来的光场照相机由于其结构简单，易于操作的，便携且低成本，越来越受到大家的重视，由于其特殊的结构，使其能在记录成像光场位置信息的同时，记录了光场的传播方向，即记录了四维全光场信息，利用四维全光场信息可以获取包括场景物深度在内的三维立体信息。

但是，由于原理上光场的空间坐标信息与方向信息的测量精度互相抑制，导致传统光场相机的纵向深度提取精度与横向成像分辨率不能同时提升，现阶段的光场相机在实际应用中均存在着一定的局限性。第一代光场相机虽然能对目标进行多视角方向的采集成像，在对场景物深度获取及复杂像差探测中存在着一定优势，但其浪费了大量的横向成像分辨率，用于成像的有效像素只占像素中很小的一部分，不利于高分辨率成像。第二代光场相机在只考虑距离导致的离焦项的情况下，利用获取的部分视角的成像信息根据视差原理即可恢复场景物深度信息，有效的提升了成像的空间分辨率，但其对测量物深度的测量动态范围也大大减小。现有的二代聚焦型光场相机及各类型光场采集结构在获取光场信息时，利用传统光场相机对目标进行成像时，由于单一结构的光场相机只能对一定的景深范围内物空间的光场信息进行成像记录，深度提取范围有限，往往对于光场相机设计景深之外的物不能进行清晰成像，进而丧失了深度提取功能，所以需要依靠多个不同参数的光场相机同步获取各个深度范围内的光场信息，才能对大景深内的物进行清晰成像与深度提取。例如，Raytrix公司借鉴以往的设计经验，将不同参数的微透镜设计在同一块模版上进行制造，把不同参数的光场相机进行集成设计在同一设备中的方案，以增大对场景物深度测量的动态范围，但其制造工艺复杂，复合微透镜阵列价格昂贵，应用仅限于科学研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有光场相机在深度提取范围与横向成像分辨率上的矛盾，提供一种成像分辨率高、深度提取动态范围大、适用范围广、结构简单、成本低的光场成像装置及其参数确定方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种光场成像装置，包括依次平行布置的成像主透镜、微透镜阵列、成像信息采集感光CCD，所述微透镜阵列包括多个布置于同一平面上的微透镜，所述微透镜阵列被划分为多个用于采集不同深度范围光场信息的成像采集子区域，所述成像主透镜的入瞳面侧密接有用于将不同深度范围光场信息成像到不同成像采集子区域的正交散焦光栅，所述正交散焦光栅包括两片平行布置的菲涅尔波带片，所述菲涅尔波带片为离轴的振幅型菲涅尔波带片或者相位型菲涅尔波带片。

优选地，所述成像主透镜的焦距f_l和微透镜阵列的相邻成像采集子区域之间的中心距离σ满足式(1)所示函数关系式，所述成像主透镜的口径衍射展宽小于微透镜阵列中的微透镜尺寸；

式(1)中，θ₀为某一个成像采集子区域成像视场的视场角，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离，f_l为成像主透镜的焦距。

优选地，所述微透镜阵列的成像采集子区域的系统等效焦距f_m和成像主透镜的焦距f_l满足式(2)所示函数关系式；

式(2)中，f_m为某一成像采集子区域的系统等效焦距，f_l为成像主透镜的焦距，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量。

优选地，所述正交散焦光栅离轴布置使得菲涅尔波带片的离轴量x₀和成像主透镜的焦距、相邻成像采集子区域之间的中心距离σ三者之间满足式(3)所示函数关系式；

式(3)中,x₀为离轴量，f_l为成像主透镜的焦距，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离。

优选地，所述正交散焦光栅的条纹参数中，每一环带条纹的外半径满足式(4)所示函数关系式、内半径满足式(5)所示函数关系式、最小菲涅耳半波带序号满足式(6)所示函数关系式、最大菲涅耳半波带序号满足式(7)所示函数关系式；

式(4)中，r_out为环带条纹的外半径，k_out为环带条纹外边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量。

式(5)中，r_in为环带条纹的内半径，k_in为环带条纹内边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量；

式(6)中，k_min为圆光瞳上的最小菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量。

式(7)中，k_max为圆光瞳上的最大菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量。

本发明还提供一种前述光场成像装置的参数确定方法，步骤包括：

1)根据成像视场将微透镜阵列划分用于采集指定的一种深度范围光场信息的成像采集子区域，每一个成像采集子区域包含至少指定数量个微透镜阵列；

2)根据成像视场选择成像主透镜的焦距和口径；

3)确定不同成像采集子区域的系统等效焦距f_m和正交散焦光栅的离轴量x₀；

4)根据系统等效焦距f_m和离轴量x₀确定正交散焦光栅的条纹参数；

5)选择微透镜阵列的参数，使得微透镜阵列保证空间光场成像的横向分辨率和深度提取分辨率。

优选地，所述步骤2)中具体是指根据式(1)根据成像视场选择成像主透镜的焦距，所述成像主透镜的口径衍射展宽小于微透镜阵列中的微透镜尺寸。

式(1)中，θ₀为某一个成像采集子区域成像视场的视场角，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离，f_l为成像主透镜的焦距。

优选地，所述步骤3)中具体是指根据式(2)确定不同成像采集子区域的系统等效焦距f_m；

式(2)中，f_m为某一成像采集子区域的系统等效焦距，f_l为成像主透镜的焦距，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量。

优选地，所述步骤3)中具体是指根据式(3)确定正交散焦光栅的离轴量x₀；

式(3)中,x₀为正交散焦光栅的离轴量，f_l为成像主透镜的焦距，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离。

优选地，所述步骤4)中确定正交散焦光栅的条纹参数中，每一环带条纹的外半径满足式(4)所示函数关系式、内半径满足式(5)所示函数关系式、最小菲涅耳半波带序号满足式(6)所示函数关系式、最大菲涅耳半波带序号满足式(7)所示函数关系式；

式(4)中，r_out为环带条纹的外半径，k_out为环带条纹外边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量。

式(5)中，r_in为环带条纹的内半径，k_in为环带条纹内边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量；

式(6)中，k_min为圆光瞳上的最小菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量。

式(7)中，k_max为圆光瞳上的最大菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅的焦距微调量。

本发明光场成像装置具有下述优点：本发明通过加入正交散焦光栅对相机入曈面透过率函数进行改造，利用不同衍射级上的不同等效焦距，将不同深度的场景物信息成像在同一平面的不同位置，首先完成对场景目标的深度分类与集成，再利用微透镜阵列相机结构对进行深度测量，在保证图像高分辨率的同时，有效加大了场景物目标深度提取的动态范围，具有应用范围广，结构简单成本低，成像深度测量动态范围大的特点，具有广泛的应用前景。

本发明光场成像装置的参数确定方法具有下述优点：本发明光场成像装置的参数确定方法能够为不同的光场成像需求来确定各个部件的参数，同样也通过加入正交散焦光栅对相机入曈面透过率函数进行改造，利用不同衍射级上的不同等效焦距，将不同深度的场景物信息成像在同一平面的不同位置，首先完成对场景目标的深度分类与集成，再利用微透镜阵列相机结构对进行深度测量，在保证图像高分辨率的同时，有效加大了场景物目标深度提取的动态范围，具有应用范围广，结构简单成本低，成像深度测量动态范围大的特点，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例光场成像装置的结构原理示意图。

图2为本发明实施例中微透镜阵列的成像采集子区域划分示意图。

图3为本发明实施例中微透镜阵列某一个成像采集子区域的成像原理示意图。

图4为本发明实施例中正交散焦光栅的结构示意图。

图5为本发明实施例光场成像装置的参数确定方法的基本流程示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例光场成像装置包括依次平行布置的成像主透镜1、微透镜阵列2、成像信息采集感光CCD3，微透镜阵列2包括多个布置于同一平面上的微透镜，微透镜阵列2被划分为多个用于采集不同深度范围光场信息的成像采集子区域，成像主透镜1的入瞳面侧密接有用于将不同深度范围光场信息成像到不同成像采集子区域的正交散焦光栅4，正交散焦光栅4包括两片平行布置的菲涅尔波带片，菲涅尔波带片为离轴(菲涅尔波带片的波带中心和几何中心不重合)的振幅型菲涅尔波带片或者相位型菲涅尔波带片。参见图4，本实施例的正交散焦光栅4实际上是对普通衍射光栅的结构进行修改，使得正交散焦光栅4用作分束镜的同时，还能够使±1级衍射的相位变化相当于一个凸透镜和凹透镜的相位变换，即对±1级有一正一负的散焦作用(这也是称之为散焦光栅的原因)。将正交散焦光栅4、成像主透镜1密接作为光场相机的主镜使用，透镜提供主要的聚焦能力，散焦光栅产生多个光轴，且在每个光轴上对焦距进行微调，使之具有不同的等效焦距，这样就可以在同一像平面(主镜焦平面)上对多个深度的物平面同时成像，通过合理的设计参数，可以使不同物空间的光场信息投射在微透镜阵列的不同区域进行采集，而互不影响，对于每个微透镜阵列区域与其对应的衍射级次，都相当于一个光场相机，对整个成像结构而言，能够同时完成多参数光场相机的功能。本实施例光场成像装置的实现途径是通过在光场相机入曈面处加入正交散焦光栅4对成像主透镜1的入曈面透过率函数进行改造，完成对物空间光场深度信息的调制，成像主透镜1将不同深度范围内的光场信息投射在微透镜阵列2上的不同区域范围内进行采集，使得本实施例光场成像装置能够在一套固定结构参数下完成不同参数光场相机的拍摄功能，等效于将不同参数的光场相机在一套光学结构下进行了集成，利用现有的发展较为成熟的光场相机算法进行大景深清晰成像与深度提取，进而有效的增大现有光场成像结构的景深及深度提取动态范围。本实施例光场成像装置通过对现有的光场相机的镜头进行简单改造而不需要对微透镜阵列进行复杂的工艺改造，可将不同参数光场相机的集成在一套光学结构中，完成多个不同参数光场相机的拍摄功能，在保证横向成像分辨率的同时，可以在大的场景深度范围内进行深度提取，有效提升了现有光场相机光场信息获取能力，具有成像分辨率高、深度提取动态范围大、适用范围广、结构简单、成本低等特点。

本实施例中，正交散焦光栅4包括两片平行布置的菲涅尔波带片，每片离轴菲涅尔波带片对光只在一个方向上进行衍射，菲涅尔波带片可以根据需要选择振幅型菲涅尔波带片或者相位型菲涅尔波带片，其中振幅型菲涅尔波带片是指相邻波带之间存在着0与1振幅透过率差异的菲涅尔波带片，相位型菲涅尔波带片是指相邻波带之间存在着0与pi附加相位差异的菲涅尔波带片，相位型菲涅尔波带片在正负一级上的衍射效率高于振幅型菲涅尔波带片，更利于正负一级上成像亮度的提升。本实施例中，菲涅尔波带片相对于入射光线垂直布置，两片菲涅尔波带片之间紧密放置(相邻布置且相互接触)。

参见图1，本实施例中以区域1、区域2、区域3、……进行简略表示成像采集子区域，通过正交散焦光栅4使得最大深度处的I#1成像在区域1，中间深度处的I#2成像在区域2，最小深度处的I#3成像在区域3，需要说明的是，图1仅仅为平面的原理性说明。实际上，本实施例在微透镜阵列2被划分为9个用于采集不同深度范围光场信息的成像采集子区域，参见图2，从上往下第一排分别为f_-1,1、f_0,1、f_1,1三个成像采集子区域(从左至右)，第二排分别为f_-1,0、f_0,0、f_1,0三个成像采集子区域(从左至右)，第一排分别为f_-1,-1、f_0,-1、f_1,-1三个成像采集子区域(从左至右)，相邻成像采集子区域之间的中心距离用σ表示，每一个微透镜的直径大小为a。

在一套固定的光场采集结构中，微透镜阵列2与成像信息采集感光CCD3的靶面大小是有限且固定的，在本实施例中，不同的成像采集子区域对应构成了处于不同工作距离的不同参数的光场相机，所以首先需要将微透镜阵列2进行分区，并依据成像采集靶面的大小与成像视场合理选择成像主透镜1的焦距f_l，其中对物进行成像的微透镜阵列2的每个成像采集子区域应包含足够多的微透镜数目(成像单元)从而保证合理的成像采样率，本实施例中每个成像采集子区域的微透镜数目均为25个。本实施例中，成像主透镜1的焦距f_l和微透镜阵列2的相邻成像采集子区域之间的中心距离σ(参见图2)满足式(1)所示函数关系式，成像主透镜1的口径衍射展宽小于微透镜阵列2中的微透镜尺寸；

式(1)中，θ₀为某一个成像采集子区域成像视场的视场角(图3中θ₀为区域2对应成像视场的视场角)，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离，f_l为成像主透镜1的焦距。

本实施例中，微透镜阵列2的成像采集子区域的系统等效焦距f_m和成像主透镜1的焦距f_l满足式(2)所示函数关系式；

式(2)中，f_m为某一成像采集子区域的系统等效焦距，f_l为成像主透镜1的焦距，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量。

本实施例中，正交散焦光栅4离轴布置使得菲涅尔波带片的离轴量x₀(参见图4)和成像主透镜1的焦距、相邻成像采集子区域之间的中心距离σ满足式(3)所示函数关系式；

式(3)中,x₀为离轴量，f_l为成像主透镜1的焦距，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离。

参见图4，本实施例正交散焦光栅4的条纹参数中，每一环带条纹的外半径满足式(4)所示函数关系式、内半径满足式(5)所示函数关系式、最小菲涅耳半波带序号满足式(6)所示函数关系式、最大菲涅耳半波带序号满足式(7)所示函数关系式；

式(4)中，r_out为环带条纹的外半径(参见图4)，k_out为环带条纹外边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量。

式(5)中，r_in为环带条纹的内半径(参见图4)，k_in为环带条纹内边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量；

式(6)中，k_min为圆光瞳上的最小菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径(参见图4)，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量。

式(7)中，k_max为圆光瞳上的最大菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量。

环带条纹外边的菲涅耳波带片半波带序号k_out、环带条纹内边的菲涅耳波带片半波带序号k_in的取值的计算函数表达式如式(8)所示；

式(8)中，k_min为圆光瞳上的最小菲涅耳半波带序号，k_in为某一条环带条纹内边的菲涅耳波带片半波带序号，k_out为某一条环带条纹外边的菲涅耳波带片半波带序号。对于散焦光栅的第k条条纹而言均有一定宽度，加工时以条纹曲率中心为圆点，从环带条纹的内半径r_in到环带条纹的外半径r_out范围内加工介质，如振幅型散焦光栅涂覆不透光介质，相位型在此环形区域内涂覆半波长相位光程的透光介质。加工时，先将菲涅耳波带片半波带序号范围由公式(6)、(7)计算出来，表明设计的散焦光栅是由此范围序号内的菲涅耳波带片半波带构成的，然后将间隔的波带范围进行加工涂覆介质，例如通过公式(6)、(7)计算出的k_min＝100，k_max＝200，总共需要加工50个环状条纹区域，那么对第一条环带条纹来说(如图4)，k_in＝100、k_out＝101；对第二条条纹，则由k_in＝102，k_out＝103，以此类推。最终在每一条环带条纹的环带条纹外边的菲涅耳波带片半波带序号k_out、环带条纹内边的菲涅耳波带片半波带序号k_in的范围内加工，即可形成菲涅耳波带片上环状结构的光栅。

如图5所示，本实施例光场成像装置的参数确定方法的步骤包括：

1)根据成像视场将微透镜阵列2划分用于采集指定的一种深度范围光场信息的成像采集子区域，每一个成像采集子区域包含至少指定数量个微透镜阵列2；

2)根据成像视场选择成像主透镜1的焦距和口径；

3)确定不同成像采集子区域的系统等效焦距f_m和正交散焦光栅4的离轴量x₀；

4)根据系统等效焦距f_m和离轴量x₀确定正交散焦光栅4的条纹参数；

5)选择微透镜阵列2的参数，使得微透镜阵列2保证空间光场成像的横向分辨率和深度提取分辨率。

本实施例中，步骤2)中具体是指根据式(1)根据成像视场选择成像主透镜1的焦距，成像主透镜1的口径衍射展宽小于微透镜阵列2中的微透镜尺寸。

式(1)中，θ₀为某一个成像采集子区域成像视场的视场角，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离，f_l为成像主透镜1的焦距。

本实施例中，步骤3)中具体是指根据式(2)确定不同成像采集子区域的系统等效焦距f_m；

式(2)中，f_m为某一成像采集子区域的系统等效焦距，f_l为成像主透镜1的焦距，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量。

本实施例中，步骤3)中具体是指根据式(3)确定正交散焦光栅4的离轴量x₀；

式(3)中,x₀为正交散焦光栅的离轴量，f_l为成像主透镜1的焦距，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离。

本实施例步骤4)中确定正交散焦光栅4的条纹参数中，每一环带条纹的外半径满足式(4)所示函数关系式、内半径满足式(5)所示函数关系式、最小菲涅耳半波带序号满足式(6)所示函数关系式、最大菲涅耳半波带序号满足式(7)所示函数关系式；

式(4)中，r_out为环带条纹的外半径，k_out为环带条纹外边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量。

式(5)中，r_in为环带条纹的内半径，k_in为环带条纹内边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量；

式(6)中，k_min为圆光瞳上的最小菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量。

式(7)中，k_max为圆光瞳上的最大菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅4的焦距微调量。

本实施例中，步骤5)选择微透镜阵列2的参数的标准是使得微透镜阵列2保证空间光场成像的横向分辨率和深度提取分辨率。物空间光场成像的角分辨率即为成像图像分辨率，是评价图像清晰与否的标准，深度提取分辨率则决定于对物空间光场成像的空间采样率。根据不同类型的光场相机而言，选取微透镜阵列参数的原则不同。对第一代传统光场相机而言，单微透镜下的像素个数决定了物空间光场采集的空间采样率，进而决定了物空间的深度提取分辨率，而微透镜的尺寸决定了对物空间成像的角分辨率，从而决定了所成图像的分辨率。在像素尺寸一定的情况下，微透镜过小导致每个微透镜下的像素数减少，导致物空间光场的空间采样率下降，系统深度提取能力下降，不利于物空间深度提取。微透镜过大导致系统对物空间光场采集的角分辨率下降，有效成像单元数目减少，所成图像的分辨率下降。对第二代聚焦型光场相机而言，单微透镜下的像素个数决定了物空间光场采集的角分辨率，从而决定了所成图像的分辨率，而微透镜的尺寸决定了对物空间光场采集的空间采样率，进而决定了物空间的深度提取能力。微透镜过小导致每个微透镜下的像素数减少，有效成像单元数目减少，所成图像的分辨率下降。微透镜过大导致物空间光场的空间采样率下降，物空间的深度提取能力下降。

在确定本实施例光场成像装置的参数后，即可按照本实施例光场成像装置的结构组建光场成像装置以对目标进行光场成像。在对目标进行光场成像后，利用现有较为成熟的光场成像算法对系统采集的各个深度范围内的光场信息进行处理，得到物空间的大景深范围内的清晰成像与深度信息。其基本原理均为在在入瞳面处的不同物空间光场的空间坐标下获取得到的光场信息成的子图像，利用子图像之间的视差原理获取物空间成像物的深度信息，在入瞳面处采集物空间光场，光场的横向分辨率即对系统的角分辨率，即图像的成像分辨率，纵向深度分辨率即深度提取精度。与现有技术相比，本实施例组建的光场成像装置系统的成像分辨率高于各类传统光场相机，用于成像的有效像素数目占比大，场景深度更大，深度提取动态范围更大。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光场成像装置，包括依次平行布置的成像主透镜(1)、微透镜阵列(2)、成像信息采集感光CCD(3)，其特征在于：所述微透镜阵列(2)包括多个布置于同一平面上的微透镜，所述微透镜阵列(2)被划分为多个用于采集不同深度范围光场信息的成像采集子区域，所述成像主透镜(1)的入瞳面侧密接有用于将不同深度范围光场信息成像到不同成像采集子区域的正交散焦光栅(4)，所述正交散焦光栅(4)包括两片平行布置的菲涅尔波带片，所述菲涅尔波带片为离轴的振幅型菲涅尔波带片或者相位型菲涅尔波带片；所述成像主透镜(1)的焦距f_l和微透镜阵列(2)的相邻成像采集子区域之间的中心距离σ满足式(1)所示函数关系式，所述成像主透镜(1)的口径衍射展宽小于微透镜阵列(2)中的微透镜尺寸；

式(1)中，θ₀为某一个成像采集子区域成像视场的视场角，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离，f_l为成像主透镜(1)的焦距。

2.根据权利要求1所述的光场成像装置，其特征在于：所述微透镜阵列(2)的成像采集子区域的系统等效焦距f_m和成像主透镜(1)的焦距f_l满足式(2)所示函数关系式；

式(2)中，f_m为某一成像采集子区域的系统等效焦距，f_l为成像主透镜(1)的焦距，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量。

3.根据权利要求1或2所述的光场成像装置，其特征在于：所述正交散焦光栅(4)离轴布置使得菲涅尔波带片的离轴量x₀和成像主透镜(1)的焦距、相邻成像采集子区域之间的中心距离σ满足式(3)所示函数关系式；

式(3)中,x₀为离轴量，f_l为成像主透镜(1)的焦距，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离。

4.根据权利要求3所述的光场成像装置，其特征在于：所述正交散焦光栅(4)的条纹参数中，每一环带条纹的外半径满足式(4)所示函数关系式、内半径满足式(5)所示函数关系式、最小菲涅耳半波带序号满足式(6)所示函数关系式、最大菲涅耳半波带序号满足式(7)所示函数关系式；

式(4)中，r_out为环带条纹的外半径，k_out为环带条纹外边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量；

式(5)中，r_in为环带条纹的内半径，k_in为环带条纹内边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量；

式(6)中，k_min为圆光瞳上的最小菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量；

式(7)中，k_max为圆光瞳上的最大菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量。

5.一种权利要求1所述光场成像装置的参数确定方法，其特征在于步骤包括：

1)根据成像视场将微透镜阵列(2)划分用于采集指定的一种深度范围光场信息的成像采集子区域，每一个成像采集子区域包含至少指定数量个微透镜阵列(2)；

2)根据成像视场选择成像主透镜(1)的焦距和口径；

3)确定不同成像采集子区域的系统等效焦距f_m和正交散焦光栅(4)的离轴量x₀；

4)根据系统等效焦距f_m和离轴量x₀确定正交散焦光栅(4)的条纹参数；

5)选择微透镜阵列(2)的参数，使得微透镜阵列(2)保证空间光场成像的横向分辨率和深度提取分辨率；所述步骤2)中具体是指根据式(1)根据成像视场选择成像主透镜(1)的焦距，所述成像主透镜(1)的口径衍射展宽小于微透镜阵列(2)中的微透镜尺寸；

式(1)中，θ₀为某一个成像采集子区域成像视场的视场角，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离，f_l为成像主透镜(1)的焦距。

6.根据权利要求5所述的光场成像装置的参数确定方法，其特征在于：所述步骤3)中具体是指根据式(2)确定不同成像采集子区域的系统等效焦距f_m；

式(2)中，f_m为某一成像采集子区域的系统等效焦距，f_l为成像主透镜(1)的焦距，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量。

7.根据权利要求6所述的光场成像装置的参数确定方法，其特征在于：所述步骤3)中具体是指根据式(3)确定正交散焦光栅(4)的离轴量x₀；

式(3)中,x₀为正交散焦光栅的离轴量，f_l为成像主透镜(1)的焦距，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量，σ为相邻成像采集子区域之间的中心距离。

8.根据权利要求7所述的光场成像装置的参数确定方法，其特征在于：所述步骤4)中确定正交散焦光栅(4)的条纹参数中，每一环带条纹的外半径满足式(4)所示函数关系式、内半径满足式(5)所示函数关系式、最小菲涅耳半波带序号满足式(6)所示函数关系式、最大菲涅耳半波带序号满足式(7)所示函数关系式；

式(4)中，r_out为环带条纹的外半径，k_out为环带条纹外边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量；

式(5)中，r_in为环带条纹的内半径，k_in为环带条纹内边的菲涅耳波带片半波带序号，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量；

式(6)中，k_min为圆光瞳上的最小菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量；

式(7)中，k_max为圆光瞳上的最大菲涅耳半波带序号，R为菲涅尔波带片的半径，x₀为正交散焦光栅的离轴量，λ为光波长，f_g为正交散焦光栅(4)的焦距微调量。