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基于微透镜阵列器件的成像技术研究

史柴源  
【摘要】:针对目前许多领域对光学成像系统重量小、视场大、结构紧凑和对运动对象更加敏感等需求,在保证成像质量的前提下,光学系统小型化、微型化是目前发展的主要方向之一。基于传统理论,成像质量与系统体积存在一定的矛盾。光学阵列元件所具备高速度、并行性、大容量和巨大的互联能力可有效解决成像质量与系统体积之间的矛盾。其中较为常用的一种阵列光学元件就是微透镜阵列。微透镜阵列成像在某种意义上是对昆虫复眼的仿生,然而,目前的仿生复眼系统灵敏度虽然很高,但是作用距离以及分辨率与昆虫复眼一样,存在一定的不足。在此背景下,本文对基于微透镜阵列的成像系统进行了研究,尤其是在提高系统分辨率和作用距离方面进行了重点分析和讨论,对目前已有复原重构算法进行了改进,有效提高了获取图像的分辨率,且有效成像距离也大大增加。首先,对微透镜阵列的相关内容及其在成像系统中的研究现状做了简介。其次,研究了阵列光学的基本理论以及微透镜阵列在成像系统中发挥的作用;介绍了基于图像序列的重构算法;对本文采用的算法进行了阐述,得到了像质较高的图像。针对获得的图像高频信息缺失的现象,通过对获得的复合图像进行去模糊预处理来实现对算法的改进,获得的图像分辨率得到了提高。再次,分析了基于微透镜阵列直接成像系统结构紧凑的优势,构建了该系统的数学模型。鉴于普通微透镜阵列视场与单元透镜视场一致,存在视场较小的缺陷,本文设计了一个相对于普通微透镜阵列来说视场较大的微透镜阵列。然后,对系统进行了模拟和实验,验证了本文内容的正确性。将处理结果与单透镜成像系统结果进行了对比,得出本文系统可以保证成像质量的结论。最后,总结了本文的工作,提出了今后研究工作的展望。


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