光场相机内微透镜阵列的误差分析及评价

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1、硕士学位论文光场相机内微透镜阵列的误差分析及评价MICROLENSERRORANALYSISANDEVALUATIONOFLIGHTFIELDCAMERA李赛哈尔滨工业大学2016年6月中图分类号：KT123学校代码：10213UDC：621.1.016.7密级：公开工学硕士学位论文光场相机内微透镜阵列的误差分析及评价硕士研究生：李赛导师：谈和平教授申请学位：工学硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:：KT123UDC：621.1.016.7Diss

2、ertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringMICROLENSERRORANALYSISANDEVALUATIONOFLIGHTFIELDCAMERACandidate：LiSaiSupervisor：Prof.TanHepingAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,20

3、16Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要高温燃烧现象各领域内广泛存在，火焰温度作为火焰燃烧的主要评价指标，可实现对燃烧过程的直观描述。然而传统的接触式测量方式已经无法满足目前的测量要求，因此，选用带有微透镜阵列的光场相机来获取高速同步的三维光场信息。随着光场相机成像技术的日益成熟，在各领域的广泛应用，作为高精度测量仪器，光场相机的精确度决定了测量结果的准确性。光场相机中的每块微透镜在探测器上均有一区域与之对应，若微透镜位置、表面轮廓发生变化必然导致与之相对

4、应的区域产生变化，对光场相机成像造成一定的影响，无法实现四维光辐射场信息重构。光场相机的制造和安装过程中，由于不确定因素的存在，必然导致光场相机内存在一定的误差。因此，对于光场相机的误差研究具有重要意义。本文利用基于蒙特卡洛法的光场相机成像物理仿真模型，通过自编程序对微透镜阵列安装、制造过程中可能出现的误差进行模拟成像。在假设探测器和主透镜的安装正确的情况下，在安装和调试过程中，微透镜阵列与探测器之间存在的误差主要有微透镜阵列与探测器间的耦合距离误差、平移误差、旋转误差和倾斜误差。通过对所生成图像、子孔径图像以及重聚焦图像的研究发现，当微透

5、镜阵列存在不同的安装误差时，会导致所生成图像出现不同程度的模糊以及形变，子孔径图像中出现混叠、模糊等失真，无法生成清晰的重聚焦图像。微透镜的车削加工过程中，由于主轴转速以及刀具对心误差的存在，导致微透镜阵列形状精度下降，光场相机所成图像出现不同程度的离焦，子孔径图像亮度出现明显不同。为确保光场相机的正确成像，正确的判断并消除安装误差就显得十分必要。因此，本文结合图像质量评价指标建立了可由误差图像及标准图像确定微透镜阵列安装误差水平并进行校正的安装误差校正模型，对各种安装误差存在条件下所生成图像质量进行定量分析。通过本文工作，获得了在不同安装

6、误差种类下、不同误差范围内的误差校正手段。本课题工作对光场相机准确成像、四维光辐射场信息重构以及光场相机中微透镜阵列的制造及安装过程均具有重要意义。关键字：光场成像；微透镜阵列；蒙特卡洛法；安装误差；图像质量评价；IAbstractAbstractHigh-temperaturecombustionexistsinallareas.Asamainassessmentindexofflame,flametemperaturecandescriptthecombustionprocess.However,traditionalcontactme

7、asurementmethodhasbeenunabletomeetcurrentmeasurementrequirements,usinglightfieldcamerawithamicrolensarraytoobtainathree-dimensionallightfieldinformation.Asahigh-precisionmeasuringinstrument,lightfieldcameraprecisiondeterminestheaccuracyofthemeasurementresults.Andtherearear

8、easinthephotoreceptorthatcorrespondtoeachmicrolensinthelightfieldcamera.Positionchangesin