Linseløs lysfeltsbilleddannelse gennem diffuserkodning

Mikrolinse array-baseret lysfelt-billeddannelse lider generelt af en iboende afvejning mellem den rumlige og vinkelopløsningen. Til denne ende, forskere i Kina og tysk foreslog i fællesskab en linseløs lysfeltsbilledmodalitet ved at bruge en diffuser som enkoder. Lysstråler kan afkobles fra et detekteret billede med justerbare spatio-vinkelopløsninger, bryde gennem sensorens opløsningsbegrænsning. Dette arbejde indikerer muligheden for at bruge spredningsmedier til linsefri lysfeltoptagelse og -behandling.

Lysfeltsbilleddannelse kan detektere både rumlig og vinkelinformation af lysstråler. Vinkelinformationen tilbyder ejendommelige egenskaber i forhold til konventionel billeddannelse, såsom skift af synspunkter, post-capture refokusering, dybdeføling, dybdeskarphedsudvidelse, osv. Konceptet med plenoptiske kameraer ved at tilføje en pinhole array eller mikrolinse array blev foreslået for mere end et århundrede siden. I dag, mikrolinse array-baserede plenoptiske kameraer bruges almindeligvis til lysfeltsbilleddannelse, såsom kommercielt tilgængelige produkter, Lytro og Raytrix. Imidlertid, disse enheder står over for en afvejning mellem den rumlige og vinkelmæssige opløsning; den rumlige opløsning er generelt titusinder til hundrede gange mindre end antallet af anvendte pixels.

I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og applikationer , et team af forskere fra College of Physics and Optolectronic Engineering, Shenzhen Universitet, Kina og Institut für Technische Optik, Universität Stuttgart, Tyske har udviklet en ny modalitet til beregning af lysfeltsbilleddannelse ved at bruge en diffuser som enkoder, uden brug af linse. Gennem diffusoren, hver delstråle, der udsendes i retning af en punktkilde i det detekterbare synsfelt, danner et skelneligt underbillede, der dækker et specifikt område på sensoren. Disse underbilleder kombineres til et unikt pseudotilfældigt mønster svarende til systemets respons på punktkilden.

Følgelig, systemet har mulighed for at indkode et lysfelt, der falder ind på diffusoren. Vi etablerer en diffuser-kodende lysfelttransmissionsmodel for at karakterisere kortlægningen af ​​firedimensionelle lysfelter til todimensionelle billeder, hvor en pixel opsamler og integrerer bidrag fra forskellige understråler. Ved hjælp af diffusorens optiske egenskaber, lysfelttransmissionsmatrixen kan kalibreres fleksibelt gennem et punktkildegenereret mønster. Som resultat, lysfelter er beregningsmæssigt rekonstrueret med justerbare spatio-vinkelopløsninger, undgå opløsningsbegrænsning af sensoren.

Forskerne konstruerede et eksperimentelt system ved hjælp af en diffuser og en sensor. Systemet blev demonstreret for distribuerede objektpunkter og områdeobjekter, som viser den objektafhængige præstation af den beregningsmæssige tilgang. Ydeevnen vedrørende rumvinkelprøvetagninger og målte objekter blev yderligere analyseret. Efter det, disse videnskabsmænd lavede et resumé af deres tilgang:

"Forbedringen af ​​den foreslåede metode i forhold til det tidligere arbejde med diffuser-kodning af lysfeltsbilleddannelse ligger hovedsageligt i to aspekter. Det ene er, at vores billedbehandlingsmodalitet er linseløs og dermed er kompakt og fri for aberration; den anden er, at systemkalibreringen og afkoblingsrekonstruktion bliver enkel og fleksibel, da der kun kræves ét mønster genereret af en punktkilde, " konstaterer de

"Baseret på denne enkelt-shot linseløse lysfeltbilledmodalitet, lysstråler, synspunkter, og brændvidder kan manipuleres, og okklusionsproblemet kan til en vis grad tackles. Dette giver mulighed for yderligere at undersøge den iboende mekanisme af lysfeltudbredelsen gennem diffusoren. Det er også muligt at transformere den diffuser-kodende lysfeltrepræsentation til Wigner-faserummet, så diffraktionseffekten introduceret af diffusorens indre lille struktur kan tages i betragtning, og linseløs lysfeltsmikroskopi gennem diffusorkodning kan udvikles , " konkluderer forskerne.