紧凑单心镜头实现宽视场光场相机：应用与技术突破

本文主要探讨了一种创新的紧凑型光学设计，用于构建宽视场单心光场相机（LF相机）。LF相机因其能提供丰富的纹理和深度信息，在计算机视觉领域具有广泛的应用前景，尤其是在自动驾驶汽车导航、物体识别与跟踪、以及对象分割和检测等场景中。然而，现有的LF相机设备普遍受限于窄视角或复杂的捕捉技术，如顺序捕获和昂贵的相机阵列。 传统的LF相机往往依赖于鱼眼镜头，但由于受入射光瞳直径的限制，这在追求深度敏感性时面临挑战。作者提出的新型设计通过结合单中心透镜和多个传感器，借助微透镜阵列，突破了这一瓶颈。这种设计的优势在于它能够实现前所未有的宽视场（FOV）成像，同时保持小型化和轻便性，这对于提升LF相机的实用性和市场接受度至关重要。 文章的核心贡献包括： 1. 紧凑光学设计：介绍了一种单中心透镜与微透镜阵列相结合的设计，它能够在有限的空间内提供大视野和较高的分辨率，同时减小了系统尺寸和重量。 2. 传感器耦合：提出了一种利用LF表示能力的新方法，替代了传统的光纤束，实现了球面透镜和平面传感器的有效耦合，降低了成本并简化了系统结构。 3. 原型构建：构建了一台单传感器LF相机原型，通过传感器的旋转模拟宽FOV下的多传感器场景，展示了15×15×1600×200像素（72MPix）的高分辨率和138°的广阔视角。 4. 处理工具链：文章还介绍了用于处理LF数据的工具链，包括球形LF参数化的便捷方法，以及深度估计和捕获后重聚焦等功能的实现。 5. 应用潜力：强调了宽视场LF相机在自动驾驶汽车导航中的重要作用，指出它能显著简化复杂的任务处理，提高系统的实用性。 总结来说，这项工作不仅推动了LF相机技术的发展，也为未来的计算机视觉应用，特别是对实时性和便携性有高要求的场景，开辟了新的可能。通过解决当前技术瓶颈，作者的工作有望促进LF相机在工业和消费级市场的普及。