光場 (Light Field) 原理及成像簡介

　　在計算攝影學中，光場是一個研究的熱點領域，國內外都有許多組在進行研究，光場銜接在光學與計算機兩個方向之間，不管是光場重構，光場圖片壓縮等方向，一直是一個值得研究與發現的一個領域。

　　下面將簡要介紹一下光場是什麼以及原理所在。

 

（1）光場介紹

　　簡而言之，光場是一束光在傳播過程當中，所包含的信息涵蓋光線強度，位置，方向等信息，以下圖所示，L是光的強度，(u,v)平面是在空間中光的位置，(s,t)是在空間中光線的散佈方向，因此實際是一個四維的參數化表示，是空間中同時包含位置和方向信息的四維光輻射場，簡單地說，涵蓋了光線在傳播中的全部信息。

       也即爲光線攜帶二維位置信息( u，v)和二維方向信息( x，y)在光場中傳遞。

  　 光場是光線在空間傳播中四維的概念，光場是空間中同時包含位置和方向信息的四維光輻射場的參數化表示，是空間中全部光線光輻射函數的整體。在空間內任意的角度、任意的位置都以得到整個空間環境的真實信息，用光場得到的圖像信息更全面，品質更好。

                                                                                                    

                                                                                                                                                           圖1 傳播過程

（2）光場相機

　　普通數碼相機：針對於在實際世界中對物體的信息捕獲，聚焦後，聚焦區域中央部分是清晰的，邊緣部分是模糊的。

　　光場相機：目前市面上已有實際產品，如Lytro一代及二代，如圖2所示。在拍照整個過程，記錄了物體在空間中傳播時的信息流數據，在照片拍攝後，可在後期pc端進行焦點的調節，使照片得到一個良好的效果。

                                                                              

                                                                              圖2 光場相機                                                                           圖3 調焦效果

 

　　如圖3所示，在後期的調節過程當中，經過在PC端的感興趣區域的選擇進行焦點調節，從而獲得清晰部分的構圖。

（3）成像方式

　　相較於傳統相機成像，光場相機成像在電子結構部件有所不一樣，對於傳統相機成像方式來講，如圖4，光源經過透鏡平面聚焦到傳感器，對於光場相機，與前者不一樣之處在於，在照片傳感器組件前有一組微透鏡陣列，至關於

在光源進入鏡頭後，需先在每一個微透鏡中進行傳播，然後再反映到傳感器上，如圖5，二者之間區別在電子部件差別如此。

 

                                                                                                             

                                                                                                                                                                      圖4  傳統相機成像

                                                                                                        

                                                                                                                                                                      圖5光場相機成像

 

          總而言之，光場做爲在計算攝影學中愈發進步的領域，在整個原理的簡介中與傳統的成像有些許的不一樣，也較爲容易明白理解。在後期，將會針對於光場圖片的壓縮，質量評價等方向簡要介紹部分發佈於CVPR/TPAMI等期刊會議中的paper，

但願能進行較詳細的總結，thanks。

 

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