本文转自：东谈主民网-科普中国八月未央 自慰

现在科技连忙发展，显影前言已成为东谈主类探索和体验天下必不成枯竭的伏击桥梁。自1925年英国工程师约翰·贝尔德发明了第一台机械扫描式口角电视机出身以来，从智高手机、高清电视到衣着式泄漏建造，多样泄漏技能不断篡改。

有关词上述这些给咱们带来了浅易和精彩的视觉体验的建造泄漏的图像时常是二维的，只可展示平面上的景物，贫穷深度信息，无法竣工呈现真确天下的立体感。

那么，咱们每天神用的智高手机、电脑屏幕、电视，为什么泄漏的画面老是平面的？能否像咱们用双眼看到的天下雷同，屏幕上的图像也有深度和立体感？这种真确的三维视觉体验是否可能罢了？带着这些疑问，科学家们开启了3D泄漏的探索。

经过一个世纪的发展，3D泄漏技能已经演变出多种格式。左证引起东谈主眼立体视觉机制的不同，3D泄漏主要分为双目视差3D泄漏和真3D泄漏两大类。

双目视差3D泄漏基于东谈主眼瞳距带来的视差旨趣，将左、右眼分手提供略有不同的图像，大脑通过会通这些图像感知立体末端。双目视差3D泄漏可分为助视3D泄漏和光栅3D泄漏。助视3D泄漏需要佩戴格外建造，举例分色3D诈欺不同款式的滤光片，偏振3D使用正交偏振光，快门3D通过同步快门适度图像泄漏，而头盔3D则径直将图像投射到傍边眼。咱们常见的光栅卡便属于光栅3D泄漏，包括了狭缝光栅3D和柱透镜光栅3D，通过特定的光栅结构将傍边眼视差图像分离，罢了裸眼3D末端，但需要特定的不雅看位置。

比拟之下，真3D泄漏技能不错罢了愈加传神的三维体验，包括体3D泄漏、全息3D泄漏和集成成像3D泄漏。体3D泄漏在空间中通过发光物资或像素酿成三维图像，全息3D泄漏诈欺光的干预和衍射旨趣纪录并再现物体的光波信息，而集成成像3D泄漏联接微透镜阵列和光学成像技能，使图像具有显着的深度和眉目感。

其中，“集成光场3D泄漏要道技能及应用”名堂荣获2023年国度技能发明奖二等奖，这一设立记号着该技能的应用和蓄意迈上了新的台阶。集成成像3D泄漏技能不错追料想20世纪初期，法国科学家G.Lippmann初次冷落了“集成影相术”的见解。1911年，莫斯科国立大学的A.P.Sokolov阐述使用针孔阵列代替透镜阵列，初次竣工地用履行考据了集成成像。在20世纪末跟着电子技能的发展，新式光学图像传感器接踵出现，高分辨率的液晶泄漏器与微透镜阵列的制造技能的非凡与趋于熟谙，为集成成像提供了高分辨率的纪录和泄漏建造，使其在近几年景为3D泄漏限度的蓄意热门。

集成成像3D泄漏包括两个主要递次：3D数据取得和3D图像重建。

在数据取得经过中，通过电荷耦合元件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）等高分辨率纪录建造，使用微透镜阵列捕捉3D场景的不同角度和位置的信息。微透镜阵列由多个透镜单位构成，每个透镜单位就像一个小录像头，从不同角度纪录合并个物体的图像，酿成一个微图像阵列。每个透镜单位独速即纪录特定角度的3D场景信息，这些纪录的信息单位被称为图像元。

微透镜阵列的每个透镜单位齐会捕捉到来自不同角度的色泽，并将其聚焦到后方的CCD或CMOS传感器上。传感器将这些色泽信息转机为电信号，并纪录下对应的图像数据。这些图像数据陈列成一个二维阵列，称为微图像阵列，其中每个图像元对应一个透镜单位。

在微图像阵列中，3D场景中的每个物点齐会被多个透镜单位同期纪录。这意味着每个物点在微图像阵列中会有多个对应的“同名点”，这些同名点佩戴了该物点从不同角度的视角信息。通过这种模式，通盘3D场景的立体信息得以捕捉和存储。通过这些经过拿获物体的空间位置和结构信息并纪录了色泽的传播标的和强度，从而确调遣建出的3D图像具有高度的真确感和立体感。

在数据取得后，需要进行3D图像重建的经过。这个经过基于光路可逆旨趣，微透镜阵列会将总共图像元像素发出的色泽再行聚积，还原出具有水顺心垂直视差的3D图像。这仍是过雷同于咱们不雅察立体画，每个细节齐显得维妙维肖。

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咱们不错把微透镜阵列的成像经过不错简化为针孔模子。在这种模子中，每个透镜元的投影中心被针孔替代，微透镜阵列被简化为针孔阵列。针孔阵列与图像传感器平面一谈职责，纪录色泽的位置和标的信息。图像传感器上的每个像素点齐对应一条通过该点和相应针孔的色泽，这条色泽不仅纪录了色泽的空间位置，还纪录了色泽的传播标的。

通过这种模式，每个图像元的像点骨子上代表了以该针孔为投影中心的3D场景的透视投影。这些图像元的信息被存储息争决，在重建经过中，系统会左证纪录的色泽信息，揣度和归附出每个图像元像素点的色泽旅途，从而酿成竣工的3D图像。这些色泽旅途被再行聚积，使得不雅众不错在莫得佩戴格外眼镜的情况下，径直看到具有真确深度感的3D图像。

集成成像3D泄漏技能有好多权贵的上风，它能提供竣工的水顺心垂直视差，这意味着不雅众无论在水平如故垂直方朝上迁移，齐能看到三维图像的不同侧面，使三维信息愈加丰富。何况集成成像3D泄漏提供准集中的视点，不雅众不需要在固定的距离和位置不雅看，幸免了图像串扰和视疲惫问题，使得无论是成东谈主如故儿童，齐能享受愈加平定的3D视觉末端。

集成成像3D泄漏在家庭文娱、培植和行家展示等多种应用场景下有着强大的应用商场。

作家：中国科学院长春光学精密机械与物理蓄意所蓄意生蔡文垂

审核：中国科学院高能物理蓄意所蓄意员李明八月未央 自慰