光場成像原理
一. 傳統成像與光場成像
為了進一步理解光場的原理和作用,我們先來分析一下傳統二維顯示的原理,如圖1所示:物點A向四面八方發出無數條光線,為了簡潔,這裡只取其中的三條來分析,發出的三條不同方向的光線在經過主透鏡折射後在A'點相遇(費馬原理)。這三束光線攜帶了A點不同方向的資訊,但由於記錄介質CCD只能記錄三束光線干涉後疊加的振幅資訊,所以會丟了A點的方向資訊。簡言之,傳統成像方式只能記錄光線所經過的位置資訊,而丟失了與場景深度、目標幾何形態、場景遮擋關係等光線角度資訊,即三維資訊。
圖1 圖2
為了記錄A點的方向資訊,即從根本上解決光線角度資訊的採集問題,
二.四維光場函式模型與光場成像
我們常在很多論文中看到用全光函式模型分析光場,但鮮有將其與光場成像的關係講清楚的,從而給我們造成誤解。首先了解一下七維全光函式,如圖3所示:我們用三維座標(x, y, z)、任意傳輸方向(θ,φ
圖3 圖4
三. 位置和角度解析度
上面介紹的光場取樣方式我們將其稱為“全光1.0”,它有一個嚴重的問題:受CCD感光元件解析度的限制,所採集光場的角度解析度和位置解析度相互制約,滿足:位置解析度×角度解析度=CCD畫素個數。
圖5
【1】Zhu H, Wang Q, Jingyi Y U. Light field imaging:models, calibrations, reconstructions, and applications