1、全光成像技术：原理、发展与应用

全光成像技术：原理、发展与应用

1. 全光成像概述

全光成像（Plenoptic Imaging）一词源于拉丁语“plenus”（意为“完整”）和“optic”，它为成像领域带来了革命性的方法。与传统成像系统通常仅记录光线强度不同，全光成像利用微透镜阵列或特殊的相机设置来捕获光场的额外信息，包括光线的方向、颜色等。通过先进的算法和计算能力，全光成像在图像处理、分析和操作方面实现了新的功能，如深度传感、图像增强、超分辨率，甚至是传统成像系统无法实现的拍摄后重新聚焦功能。这种技术在摄影、计算机视觉、机器视觉、无人系统、机器人智能、增强现实、虚拟现实等领域有广泛应用，因为在这些领域中，从场景中提取三维信息的能力至关重要。

1.1 什么是全光成像

全光函数使用七维函数 (P(x, y, z, θ, Φ, λ, t)) 来参数化空间中的光线，其中 ((x, y, z)) 表示位置，((θ, Φ)) 表示角度，(λ) 表示波长，(t) 表示时间。而基于针孔相机模型的传统成像技术仅捕获二维位置、波长和时间信息 ((x/z, y/z, λ, t))。这种受限的感知模型无法满足各种视觉应用的需求，例如，由于缺少深度信息，无人系统无法基于单张图像恢复三维环境，从而限制了导航和交互应用。人类和大多数动物进化出了双目视觉系统以获得现实的三维视角，全光成像则扩展了这一概念，旨在检测和重建空间中光线的多维和多尺度信息。

1.2 全光函数原理

在讨论全光函数之前，先介绍基本的针孔相机模型。没有镜头或针孔时，来自不同点的光线会在传感器上的同一点汇聚，导致传感器接收到非常模糊的图像。传统相机通过在中心放置镜头或针孔来解决这个问题，这样只有来自同一点的光线会到达传感器