We present a light field imaging system that captures multiple views of an object with a single shot. The system is designed to maximize the total light collection by accepting a larger solid angle of light than a conventional lens with equivalent depth of field. This is achieved by populating a plane of virtual objects using mirrors and fully utilizing the available field of view and depth of field. Simulation results demonstrate that this design is capable of single-shot tomography of objects of size $\mathcal{O}$(1 mm$^3$), reconstructing the 3-dimensional (3D) distribution and features not accessible from any single view angle in isolation. In particular, for atom clouds used in atom interferometry experiments, the system can reconstruct 3D fringe patterns with size $\mathcal{O}$(100 $\mu$m). We also demonstrate this system with a 3D-printed prototype. The prototype is used to take images of $\mathcal{O}$(1 mm$^{3}$) sized objects, and 3D reconstruction algorithms running on a single-shot image successfully reconstruct $\mathcal{O}$(100 $\mu$m) internal features. The prototype also shows that the system can be built with 3D printing technology and hence can be deployed quickly and cost-effectively in experiments with needs for enhanced light collection or 3D reconstruction. Imaging of cold atom clouds in atom interferometry is a key application of this new type of imaging device where enhanced light collection, high depth of field, and 3D tomographic reconstruction can provide new handles to characterize the atom clouds.


翻译:我们展示了一个光场成像系统, 以单一镜头捕捉对象的多重视图。 这个系统的设计是为了通过接受比常规透镜大得多的实光角度, 使光的全光收集最大化。 具体地说, 系统可以通过使用镜像来粉碎虚拟天体的平面, 并充分利用可用的视野和深度。 模拟结果显示, 这个设计能够对大小为$\ mathcal{O} 的天体进行单射线透映射( 1 mm$%3美元), 重建三维( 3D) 的分布和特征, 无法从孤立的任何单一视图角度获得。 特别是, 对于在原子内部测量实验中使用的原子云层, 系统可以用 $\ macal{ O} 来重建3D 的三角图层图案, 也可以用 3D 打印的原型模型进行快速重建 3D 。 以3 mum 快速的仪表解算, 以3 3 和 3M 格式进行 快速的打印系统 。

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