《基於相空間光學的光場三維成像與顯示》是依託深圳大學，由彭翔擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於相空間光學的光場三維成像與顯示
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭翔
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對基於相空間光學的光場三維成像與顯示的若干關鍵問題開展研究。理論研究包括：建立光場和傅立葉光學相互統一的廣義理論框架，尤其是部分相干周期結構光場的相空間建模和相干疊加光場的相空間表達，以及基於幾何模型與計算全息結合的光場三維顯示理論。實驗研究包括：光場三維成像的實驗系統，基於景物真實感模型的計算全息圖合成和三維顯示的實驗系統，系統參數最佳化，系統定標與表征，三維圖象重構算法設計等。在套用方面，本項目將探索如何通過相位層析光場三維顯微成像和結構照明光場三維顯微成像獲取晶片上培養的肌纖維中的肌電傳輸，肌細胞培養溝道及肌細胞激發電極的三維圖像的理論和方法。對上述問題的研究和探索不僅能豐富和發展相空間光學光場理論，而且對光場三維成像與顯示在生命科學中的套用具有重要意義。預期的研究結果不僅對光學，而且對計算機視覺和計算機圖形學領域都會產生深刻影響。
結題摘要
為了能夠通過低維度的成像系統測量高維度信息，研究人員近年來一直在不斷地探索各種空變成像核、復用技術、以及編碼成像的新方法和新系統。值得注意的是，在計算機視覺和圖形學領域，近年來也在活躍開展著類似的研究並逐漸形成了計算攝影學和計算成像的新研究方向，其中主流思想是“光場（light field）”成像與顯示。“光場（LF）”是全光函式的四維參數化形式，表達了光線在某個空間位置沿著某個角度方向傳播的輻射率。基於射線的“四維光場（4D LF）”建立在三維幾何的原理之上，並由此發展了一系列新的成像方法和新的套用，其中包括了數字重新聚焦、深度估計、合成孔徑、層析成像、以及對隱藏於屏障之後的景物成像等。然而，基於光線理論的“四維光場”表達並不能直接用於分析衍射和相位敏感的光學元器件，從而導致LF思想的進一步套用受到很大限制。 本項目按照項目計畫書對基於相空間光學的LF三維成像與顯示的幾個關鍵問題開展研究。（1）深入研究了相空間光學與光場理論，通過Wigner分布函式以及模糊度函式探索相空間光學與光場理論之間的聯繫。（2）相空間光學在光學信息處理中的套用研究，探索了Talbot效應、Moiré效應的相空間表達，並提出一種在相空間中基於非周期光柵莫爾效應的光學身份認證方案。（3）在光場成像中引入結構照明，發展了主動光場三維成像方法，提出一種結構光場高動態範圍深度測量方法；進一步推導了通用的結構光場相位-深度映射，消除了投影光軸垂直於參考面的隱性條件；並且藉助輔助三維測量系統初步完成了光場光線標定，提出一種結構光場三維-相位映射的三維測量方法。 本項目基本按照申請書的思路執行，取得了一系列成果。目前正搭建光場顯微系統，使用主動光場三維成像方法進一步研究細胞活動的生命科學問題。然而，在計算全息和光場三維顯示方面的進展不如預期順利，不同理論框架下全息與光場的統一理論描述仍需繼續深入研究和探索。
