相机阵列,代表方案有斯坦福大学Marc Levoy教授1996推出的128 相机阵列方案、Isaksen 单相机扫描方案、MIT 64 相机阵列方案、卡耐基—梅隆大学的“3D Room”方案等。该方案是通过相机在空间的特定排列来抓取一组不同的图像,然后通过特定的计算方式将这些场景重构,从而获得光场。用这种方案获得的图片可以包含很多直接的数据信息,而且在合成孔径成像、大视角全景成像方面具有优势。缺点是价格昂贵,较难拍摄微小物体。
(相机阵列示意图)
微透镜阵列,利用近轴光学原理,以及主透镜,微透镜和传感器的相对位置,将光线的方向信息以像素的特定位置存储起来,构成了四维的光场信息。
(微透镜阵列示意图)
掩膜技术,此类方案的代表有Veeraraghavan 光场相机等,这一类方案都是针对相机的孔径来做文章,通过有规律的调整孔径及光强等来获得一系列照片。这种方案实行起来硬件方面较容易实现,但反应速度慢,难以进行抓拍。
(掩模技术示意图)
假设我们在每个维度内有N个样本,频域需要对4维数据做傅里叶变换,重聚焦则是对4维的频域图像做切片后再做傅里叶逆变换。而空间域整合算法则是对4维的数据全部做加权处理。因此频域切片算法时间复杂度为:
预处理:O(N^4·log N)
重聚焦:O(N^2·log N)
空间域整合算法时间复杂度为
重聚焦:O(N^4)
假设一部光场相机的主透镜大小为f/A,每个微透镜下有NxN个像素。从它的光场我们能聚焦一幅和透镜尺寸为f/(AxN)一样的深度的图片
(时域与频域傅里叶变换示意图)
利用与光场相机相类似的想法,近年来越来越多的手机厂商在新发布的手机上使用双摄像头的配置,这些手机大多能够实现3D成像、重聚焦、虚化背景等功能,可见光场相机与计算成像的概念正越来越被市场所接受,或许在不久的将来这一概念能够确实地引起下一代摄影革命。
(iphone 7&7 plus / 华为P9)
和所有尚未被市场完全接受的产品一样,光场相机自身有着明显的优点与缺点,与数码相机相比,光场相机如下几点显著特点
光场技术的应用使得用户可以先拍照再对焦,颠覆之前的拍照方式;同时可以产生3D成像的效果,为摄影创作带来更多可能;
由于采用与数码数码不同的成像技术,光场相机没有数码相机上复杂的聚焦系统,整体体积较小,操作也比较简单;同时由于不用选择对焦,拍摄的速度也更快。
相对高昂的售价,图像分辨率很低且成像质量不高,低照度下成像效果不佳;
拍照时只做光场记录,而光场重构需要在计算机中完成,等待光场重构的过程比较长;
没有防抖功能,尽管拍照时可以不考虑虚焦的问题,但是轻微抖动还是会造成照片模糊。
在过去,用普通全景相机拍摄的影像由于焦距固定,让VR设备使用者只有“站在”一个点上才能看它记录了画面中所有光线的相干信息,所以体验者的视角并不会局限于一个固定点的360度视角,他可以更自由地移动头部,这将大大提高VR模拟现实的效果。
Lytro公司推出的专业级VR光场相机Immerge就是这样一款产品。Immerge是一个360度光场相机,它记录了来自四面八方所有光线的信息。使用者可以在一定区域内自由移动,这种体验类似于Vive的房间级VR体验,只不过使用者所看到的场景并不是计算机生成的,而是Immerge所拍摄下来的。Lytro使用的相机技术相比传统VR相机而言无疑是一次巨大的革命。
(Lytro公司推出的专业级VR光场相机Immerge)