1.研究目的及意义

现代科技正在以日新月异的速度蓬勃发展，它使得世界发生着天翻地覆的变化。在这场科技高速发展的浪潮之中，以计算机技术为核心的相关科技产业起到了领头的作用。作为计算成像领域的一个分支，光场成像技术完美将光学系统的硬件设计和信息处理的软件算法结合在一起，提升了光学系统的分析处理能力，克服了传统光学系统的局限性。通过光场成像技术，我们可以对空间三维光场进行获取，再根据不同的需求进行光场重建，以此获得我们期望的图像。随着光场成像技术的研究逐步深入，研究难度逐步上升，在实验中，搭建实际光场成本较高、实验难度较大，因此对光场系统的准确仿真研究显得十分必要。本课题通过搭建理想的光学系统，利用光线追踪算法，对成像系统中的光线进行记录，从而对所搭建的光学系统进行分析。

本次设计目的在于通过对光场成像技术的学习研究，搭建基于微透镜阵列的光学成像系统，利用计算机算法对成像过程进行仿真实验，分析实验过程中不同成像器件表面光线的记录方式，准确的模拟出光学系统的成像过程。巩固和扩大大学生在校期间的基础知识和专业知识，训练大学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。通过本次设计，对光学系统设计、光线追踪原理、光场成像技术进行研究学习，同时可以培养设计、开发人员查阅资料和阅读文献的能力，以适应以后的设计及开发工作。

2.国内外研究现状

1936年，Gershun提出了光场的概念。1996年，Levoy进一步完善了光场理论，将光场参数化表示，并给出了相应的计算公式。对于光场的获取方式有大量的科研人员对此进行了研究，其中多相机光场采集方式，通过不同位置分布的多个相机来获取不同视点的位置图像，完成多视角图像采集。M.Levoy等人将相机安装到一个光场采集支架，通过二维的平移和二维的旋转采集目标的完整光场。2002年，J.C.Yang设计了一种通过8×11个透镜阵列对目标进行多个视角成像，再用平面扫描仪进行扫描，完成图像的记录。但多相机阵列的规模和尺寸限制了其应用，1992年，E.Adelson和J.Wang设计了一种全息相机。2005年，R.Ng等人简化了该相机的设计，在传统摄影相机的基础上制作成了手持式光场相机。这是光场技术的一次飞跃式发展，并且该突破使得国外国内的很多研究单位开始对基于微透镜阵列的光场技术进行研究。在国内，光场成像技术这一话题也引起了多方关注。国内的各大高校和知名研究所对光场成像技术进行广泛的理论研究与应用设想，同时国内叠境数字科技公司等多家公司，展开了对光场技术产品化的深入开发，积极将光场技术运用到VR技术的发展中。

2. 研究的基本内容与方案

1.研究课题的基本内容

（1）通过学习光学系统设计方向的相关知识，利用主透镜、微透镜阵列以及CCD元件相结合，在MATLAB软件中设计并搭建一个光学成像系统。

（2）通过学习光线追踪算法知识，理解光线追踪算法的实现方法和目的，自主设计完成光线追踪算法，并对该算法进行调试，利用所编写的算法对成像系统中不同器件表面的光线进行记录，完成仿真实验。

（3）使用MATLAB软件对所搭建的光学成像系统进行光学仿真实验分析，并记录相应的实验数据，分析光学系统中不同器件表面光线的记录方式，准确的模拟出光学系统的成像过程。

（4）完成光学成像系统过程的软件设计。