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1。3 合成孔径成像技术

物体的外观有很多的因素决定，例如物体表面的几何特性，入射时的照明条件以及时间 等等。为了描述物体的这个特性，1936 年，A。Gershun 提出了将在三维空间中光的辐射传输 特性用光场这个概念来表示，描述的是光线的传播规则，而该光线携带有物体的视觉特性[18]。 E。Adelson 等人在 1991 年完善了光场的理论，在他们的理论中，光场被一个七维的全光函数 (Plenoptic function)所表示，表达式为公式 1。1：

p px , y ,z ,,,,t  (1。1)

其中， 表示光线的波长，t 表示 t 时刻，x,y,z 表示 t 时刻光线入射到 x,y,z 点，,表示光线 在传播时候的传播方向。

该方程可以完整地描述一个物体外观的光线辐射，但是函数中的七个未知数难以在实验 中被连续测量到，而且在应用中，很难同时知道七个维度信息。因此，在使用时，会将该全 光函数进行缩减。假设在空间中传播时光线的波长没有变化，并且使用其他的近似，可以将 七维缩减为四维。如此的简化计算与记录过程，光场技术的应用得到了可能。

在光场成像中，常采取的光场采集方式是多相机组合的形式。多相机组合指的是采用相 机阵列对目标物体进行拍摄成像，而每个摄像机在空间中的不同位置处记录不同视场角下的

本科毕业设计说明书 第 3  页 光场信息。在早期阶段，为了实现目标的多视角光场采集，采用的方式是将摄像机放置在可 移动装置上。例如斯坦福大学 M。Levoy 设计的可以移动的机械臂[19]，如图 1。1 所示。该机械来~自,优^尔-论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-

臂的原理是将摄像机安置于采集支架上，而支架可以进行二维的平移与转动，从而达到目标 物体光场采集的目的。2002 年，J。C。Yang 利用透镜阵列对目标物体实现光场采集，所采集到 的信息被扫描记录在平板扫描仪内[20]。这些方法的局限性在于采集的周期太慢，比较适用于 拍摄静物。相机阵列这个概念由此而生。

对大型相机阵列这个课题，斯坦福大学有着深入的研究以及详尽的实验。为了实现成像 效果的差异，B。Willburn 等人搭建了多种不一样的相机阵列[21][22]，阵列排布方式如图 1。2 所 示。通过精确计算各个相机之间的相对位置以及精确控制各个相机之间时间的同步，能够将 光场进行精准的处理，从而提高合成图像的质量。合成孔径成像指的是处理所采集的光场， 进而获得景深非常浅的图像[23]。因为这种成像方式的成像景深短，所以在还原的物体被遮挡 时，能够虚化前方的离焦遮挡物体，从而实现透视