光场 (Light Field) 原理及成像简介
在计算摄影学中,光场是一个研究的热点领域,国内外都有许多组在进行研究,光场衔接在光学与计算机两个方向之间,无论是光场重构,光场图片压缩等方向,一直是一个值得研究与发现的一个领域。
下面将简要介绍一下光场是什么以及原理所在。
(1)光场介绍
简而言之,光场是一束光在传播过程中,所包含的信息涵盖光线强度,位置,方向等信息,如下图所示,L是光的强度,(u,v)平面是在空间中光的位置,(s,t)是在空间中光线的散布方向,所以实际是一个四维的参数化表示,是空间中同时包含位置和方向信息的四维光辐射场,简单地说,涵盖了光线在传播中的所有信息。
也即为光线携带二维位置信息( u,v)和二维方向信息( x,y)在光场中传递。
光场是光线在空间传播中四维的概念,光场是空间中同时包含位置和方向信息的四维光辐射场的参数化表示,是空间中所有光线光辐射函数的总体。在空间内任意的角度、任意的位置都以获得整个空间环境的真实信息,用光场获得的图像信息更全面,品质更好。
图1 传播过程
(2)光场相机
普通数码相机:针对于在实际世界中对物体的信息捕获,聚焦后,聚焦区域中央部分是清晰的,边缘部分是模糊的。
光场相机:目前市面上已有实际产品,如Lytro一代及二代,如图2所示。在拍照整个过程,记录了物体在空间中传播时的信息流数据,在照片拍摄后,可在后期pc端进行焦点的调节,使照片获得一个良好的效果。
图2 光场相机 图3 调焦效果
如图3所示,在后期的调节过程中,通过在PC端的感兴趣区域的选择进行焦点调节,从而得到清晰部分的构图。
(3)成像方式
相较于传统相机成像,光场相机成像在电子结构部件有所不同,对于传统相机成像方式来说,如图4,光源通过透镜平面聚焦到传感器,对于光场相机,与前者不同之处在于,在照片传感器组件前有一组微透镜阵列,相当于
在光源进入镜头后,需先在每个微透镜中进行传播,而后再反映到传感器上,如图5,两者之间区别在电子部件差异如此。
图4 传统相机成像
图5光场相机成像
总而言之,光场作为在计算摄影学中愈发进步的领域,在整个原理的简介中与传统的成像有些许的不同,也较为容易明白理解。在后期,将会针对于光场图片的压缩,质量评价等方向简要介绍部分发布于CVPR/TPAMI等期刊会议中的paper,
希望能进行较详细的总结,thanks。
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