CN112019831A - 一种拓宽集成成像系统视场区域的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及拓宽集成成像系统视场区域的方法和系统。该拓宽集成成像系统视场区域的方法和系统通过在集成成像捕获系统中，利用场镜对目标光场成像，而后将微透镜阵列和记录介质放在像之前捕获虚拟光场信息，能够有效拓宽视场区域。

Description

一种拓宽集成成像系统视场区域的方法和系统
技术领域
本发明涉及集成成像技术领域，特别是涉及一种拓宽集成成像系统视场区域的方法和系统。
背景技术
光场三维显示始终是国内外研究热点，集成成像技术作为其中一种技术手段也被广泛关注。集成成像技术原理可以概括为：首先利用一组微透镜阵列捕获目标光场三维信息，在记录介质上形成带有视差信息的元素图像阵列，然后利用同一组微透镜阵列重构光场波前，进而显示三维光场。图1展示了其基本原理，其中，图1的(a)部分为捕获原理示意图，图1(b)部分为重构原理示意图。
传统的集成成像技术，再现时将物体的赝实像呈现在观察者的眼前，如图2所示。可以看出，采用传统方法时，不仅不能够得到具有正确深度信息的像，也会局限视场区域的大小。图中视场区域受到元素图像阵列(微透镜阵列)尺寸、成像距离以及透镜视角的共同影响，当透镜视角不大，旁轴近似的情况下，可认为视场区域的值等于元素图像阵列(微透镜阵列)尺寸。当目标光场采样不足，限制了元素图像阵列(微透镜阵列)尺寸的大小时，视场区域也会有所限制。
研究表明，传统集成成像技术中，人眼所能感受到的视场区域被捕获光场信息时的各项要求所限制。
因此提供一种能够有效拓宽集成成像系统视觉区域的方法或系统，是本领域亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种拓宽集成成像系统视场区域的方法和系统，以能够对集成成像系统视觉区域进行有效拓展。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种拓宽集成成像系统视场区域的方法，包括：
采用场镜对目标光场进行成像；
采用微透镜阵列和记录介质根据所述像捕获虚拟光场信息，以拓宽视场区域。
优选的，还包括：
采用平行光在所述记录介质的一侧进行照明，以便人眼在所述记录介质另一侧的光线传播方向上观测得到三维光场的正立虚像。
一种拓宽集成成像系统视场区域的系统，包括：
成像模块，用于采用场镜对目标光场进行成像；
虚拟光场信息捕获模块，用于采用微透镜阵列和记录介质根据所述像捕获虚拟光场信息，以拓宽视场区域。
优选的，还包括：
照射模块，用于采用平行光在所述记录介质的一侧进行照明，以便人眼在所述记录介质另一侧的光线传播方向上观测得到三维光场的正立虚像。
一种拓宽集成成像系统视场区域的系统，微透镜阵列、记录介质和场镜；
所述场镜置于三维光场和所述微透镜阵列之间；
所述所述微透镜阵列置于所述记录介质和所述场镜之间；
采用所述场镜对目标光场成像，而后采用所述微透镜阵列和所述记录介质捕获虚拟光场信息，以拓宽视场区域。
优选的，所述记录介质为显示屏。
优选的，所述场镜为凸透镜。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的拓宽集成成像系统视场区域的方法和系统，通过在集成成像捕获系统中，利用场镜对目标光场成像，而后将微透镜阵列和记录介质放在像之前捕获虚拟光场信息，能够有效拓宽视场区域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的集成成像系统基本原理图；
图2为传统集成成像技术视场区域示意图；
图3为本发明提供的拓宽集成成像系统视场区域方法的流程图；
图4为本发明提供的拓宽集成成像系统视场区域系统的结构示意图；
图5采用本发明提供的拓宽集成成像系统视场区域方法进行捕获优化的示意图；
图6为捕获方法视角大小与视场区域比较结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种拓宽集成成像系统视场区域的方法和系统，以能够对集成成像系统视觉区域进行有效拓展。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图3为本发明提供的拓宽集成成像系统视场区域方法的流程图，如图3所示，一种拓宽集成成像系统视场区域的方法，包括：
步骤100：采用场镜对目标光场进行成像。
步骤200：采用微透镜阵列和记录介质根据像捕获虚拟光场信息，以拓宽视场区域。
为了便于进一步对本发明提供的拓宽集成成像系统视场区域的方法进行优化，该方法还可以包括：
采用平行光在记录介质的一侧进行照明，以便人眼在记录介质另一侧的光线传播方向上观测得到三维光场的正立虚像。
针对上述提供的拓宽集成成像系统视场区域的方法，本发明还对应提供了两种拓宽集成成像系统视场区域的系统。
如图4所示，第一种拓宽集成成像系统视场区域的系统包括：成像模块1和虚拟光场信息捕获模块2。
其中，成像模块1用于采用场镜对目标光场进行成像。
虚拟光场信息捕获模块2用于采用微透镜阵列和记录介质根据像捕获虚拟光场信息，以拓宽视场区域。
为了对本发明的方法进行进一步优化，上述第一种系统还包括：照射模块。
该照射模块用于采用平行光在记录介质的一侧进行照明，以便人眼在记录介质另一侧的光线传播方向上观测得到三维光场的正立虚像。
如图5(a)部分所示，第二种拓宽集成成像系统视场区域的系统，微透镜阵列、记录介质和场镜。
其中，场镜置于三维光场和微透镜阵列之间。微透镜阵列置于记录介质和场镜之间。在本发明中，记录介质优选为显示屏。场镜优选为凸透镜。
其主要工作原理为采用场镜对目标光场成像，而后采用微透镜阵列和记录介质捕获虚拟光场信息，以拓宽视场区域。
下面提供一个具体实施案例进一步说明本发明的方案。
定义集成成像系统视场区域为Φ，Φ实际上与像的空间分布有着密切联系，它描述的是视场的广度。当视场角一定时，像距离人眼越远，视场区域越大。当人眼与像的距离固定时，像相对于人眼的跨度越大，视场区域越大。
如图5所示，图5(a)为本发明提出的捕获方式，三维光场经场镜在另一侧成像，将微透镜阵列置于像之前，捕获虚拟的光场信息，并记录在记录介质上。图5(b)为再现示意图，使用平行光在记录介质后侧进行照明，人眼在光线传播方向上观察时，会看见三维光场的正立虚像，这实际上是原三维光场经过两次反转得到的。
其主要原理参考图5，以便理解本发明拓宽视场区域的原因。图6(a)所示为利用本发明提出的捕获方式所提供的再现效果，图6(b)为传统集成成像系统再现效果。采用这两种方式最终所形成的视场角θ大小相等，但当人眼位置固定，分别观看两种捕获方法所形成的再现像时，所感受到的视场区域大小是不同的。本发明提供的技术方案所形成的视场区域Φ1会大于传统集成成像系统形成的视场区域Φ2，这是由再现像距离人眼的相对位置不同所造成的。
本发明提出的捕获方式和系统，是先利用场镜对目标物体进行成像，再利用微透镜阵列对物体的像进行光场信息捕获来获得元素图像阵列，其中场镜、微透镜阵列、物体、人眼间的位置关系可参考图5。场镜与微透镜阵列中各元素透镜的型号没有硬性要求，使用普通的凸透镜即可，需要注意的是元素透镜的大小应满足再现像分辨率要求。
分析表明：其对拓宽视场区域效果显著。其主要原因是利用了光沿直线传播的原理，改变了再现像对于人眼的相对位置，这样，在视角一定的情况下，再现像距离人眼越远，人眼可以感受到的视场区域就越大。
基于以上内容，本发明提供的技术方案，能够为观察者带来大视场区域，获得较好的视觉体验。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种拓宽集成成像系统视场区域的方法，其特征在于，包括：
采用场镜对目标光场进行成像；
采用微透镜阵列和记录介质根据所述像捕获虚拟光场信息，以拓宽视场区域。
2.根据权利要求1所述的拓宽集成成像系统视场区域的方法，其特征在于，还包括：
采用平行光在所述记录介质的一侧进行照明，以便人眼在所述记录介质另一侧的光线传播方向上观测得到三维光场的正立虚像。
3.一种拓宽集成成像系统视场区域的系统，其特征在于，包括：
成像模块，用于采用场镜对目标光场进行成像；
虚拟光场信息捕获模块，用于采用微透镜阵列和记录介质根据所述像捕获虚拟光场信息，以拓宽视场区域。
4.根据权利要求3所述的拓宽集成成像系统视场区域的系统，其特征在于，还包括：
照射模块，用于采用平行光在所述记录介质的一侧进行照明，以便人眼在所述记录介质另一侧的光线传播方向上观测得到三维光场的正立虚像。
5.一种拓宽集成成像系统视场区域的系统，包括：微透镜阵列和记录介质；其特征在于，还包括：场镜；
所述场镜置于三维光场和所述微透镜阵列之间；
所述所述微透镜阵列置于所述记录介质和所述场镜之间；
采用所述场镜对目标光场成像，而后采用所述微透镜阵列和所述记录介质捕获虚拟光场信息，以拓宽视场区域。
6.根据权利要求5所述的拓宽集成成像系统视场区域的系统，其特征在于，所述记录介质为显示屏。
7.根据权利要求5所述的拓宽集成成像系统视场区域的系统，其特征在于，所述场镜为凸透镜。
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