光场相机

光场相机原理
光场相机原理是一种新兴的摄影技术，其主要原理是利用多个微透镜阵列捕捉光线进入相机的方向和强度信息。

与传统相机不同，光场相机通过在图像传感器上放置微透镜阵列来记录光线的路径和方向信息，从而实现对光场的高精度记录。

在光场相机中，每个微透镜都可以看作一个微型相机，它能够接收到特定方向上的光线并将其聚焦到相应的像素上。

通过记录每个微透镜上进入相机的光线方向和强度信息，光场相机可以得到一组包含了光线传播的完整信息的图像数组，也被称为光场数据。

在获得了光场数据后，利用光场相机的软件算法可以进行后续的图像处理。

其中最常见的应用是改变焦点和景深。

传统相机在拍摄时需要通过调整镜头的焦距来改变焦点位置，而光场相机则可以通过解析光场数据在后期进行对焦，从而实现在不同距离上的物体都能保持清晰的成像效果。

此外，光场相机还可以通过对光场数据进行相应运算，实现改变景深的效果，使得被拍摄物体的前景和背景都能保持清晰，并且可以在后期进行灵活的调整。

除了改变焦点和景深，光场相机还有其他一些应用领域。

例如，通过对光场数据进行解析和处理，可以实现三维立体图像的生成，从而为虚拟现实、增强现实和全息投影等领域提供更丰富的图像数据。

此外，光场相机还可以利用光线传播信息来进行深度感知，实现跟踪和识别目标物体的功能，在机器视觉和自动驾驶等领域有着广泛的应用前景。

总之，光场相机通过多个微透镜阵列记录光线的方向和强度信息，实现了对光场的高精度捕捉。

借助光场数据的处理和算法，光场相机可以实现改变焦点、景深以及其他一些特殊效果的功能。

随着技术的不断发展和创新，相信光场相机在未来将为摄影领域带来更加出色的成像效果和更广泛的应用空间。

Raytrix公司光场相机-R系列概述：Raytrix GmbH公司创建于2008年，其光场相机技术处于世界领先地位，是全球唯一的工业级光场相机。

现凌云与Raytrix达成了战略合作关系，成为Raytrix全线产品的代理商，并可进行从五百万到七千万像素的产品定制。

光场相机在结构原理和成像结果与普通相机有很大的不同，一次拍摄即可捕获视场范围内所有光矢量信息(如灰度、颜色、空间位置、尺寸等)。

通过后期的重聚焦可获得不同景深的图像信息，以及景物的深度信息。

而这项技术的关键在于Raytrix在主镜头与图像传感器间加了独特的微透镜阵列，如下图所示，光场相机则是物体透过主镜头后由微透镜重新聚焦成像，从而不同位置的微透镜可采集到像素点完整的图像信息和位置信息。

技术原理：光线在自由空间中的传播是可以用两个平面、四个坐标(四维量，学术上称为光场)来唯一表示的，而成像过程是对这个四维光场进行了一个二维积分，从而得到了二维图像。

光场相机可采集空间中任意点发出的任意方向的光，相当于直接记录了四维光场，不同焦深的图像再做不同情况下的二维积分，得到不同物距的图像信息。

Raytrix的核心技术优势在于：1、利用在相机的主镜头和传感器之间加入三种不同焦距的微透镜组成的阵列获取光场信息，从而很大程度上扩大了景深;2、通过专业的软件算法对获取的图像信息进行重聚焦，从而得到高分辨率的四维光场信息。

一次取景即可获得3D影像和3D景深信息，从而实现:a.具有立体视差的多视角影像;b.软件自由对焦;c.全幅对焦;d.立体深度信息。

3、专业的相机矫正与图像重建技术：Raytrix光场相机在成像过程中不仅从硬件上对光路进行了矫正，还从软件上对图像的畸变进行了矫正，它通过对标定板的两次拍摄(如图1)建立起物体的图像坐标系与物理坐标系中像素点的坐标对应关系，从而还原了物体的真实数据信息，如下图所示，矫正前图像的深度以及弧度都是有畸变的，经过矫正后能还原物体的真实信息，再经过对图像的拼接后可获得物体完整3D图像结构。

Lytro光场相机：先拍照再对焦还在纠结于辛苦拍到的照片跑焦了吗？还在苦苦计算相机超焦距景深范围吗？不如把对焦这个麻烦的工作带回家再说吧！世界首款消费型光场相机（Light Field Camera）在经过初步的技术展示后，现在已经正式现身。

这台相机很像一个加厚版的ipod，有红色、蓝色、灰色三种外壳颜色可以选择，外形时尚可爱。

这就是Lytro公司在2011年10月20日发布的号称拥有革命性拍照技术的“光场相机”，该款相机能够实现先拍照后对焦，用户可以在拍照结束后改变焦距进行再对焦，从而获得完美的照片效果。

Lytro相机让拍照更加简单，让拍好照片不再是梦想。

创意亮点：解决对焦难问题对焦问题一直困扰着摄影者。

好的瞬间稍纵即逝，而相机还没有通灵到能够按照摄影者的想法自动对焦的程度。

传统相机的原理是景物发出或者反射的光线进入镜头，通过一组透镜之后，落在感光器件上留下影像。

在这个过程中，镜头只能抓住某个角度的某些光线，而并非像我们所想象的那样真正“抓住瞬间”。

这是因为，相机和我们的眼睛类似，当光线传入的时候，光的方向性会丢失。

而这种方向性是焦点形成的重要依据——焦点实际上反映的是图像的深度信息和相关性，只有那些严格垂直于镜头或者瞳孔表面的光才会精确成像，这就意味着我们看到或拍摄到的每个场景都只有唯一的焦点，任何不在这个焦点上的物体都会模糊。

Lytro公司看准商机，采用独特的思路来解决这个问题：在拍摄时把所有的光线信息都存储下来，让摄影者在后期任意调焦。

具体来说，这个系统可以捕捉有关场景光线所有方向的信息，因此它可以“聚焦”照片中的任何深度。

即使在拍照数年后，通过调整焦点，一瞬间就可以获得拍摄者认为理想的照片，不仅如此，相机还因此可以去掉笨重、耗电和昂贵的聚焦系统，让摄影者可以更快地完成拍照，即便不是专业的摄影师也不必担心对焦问题。

这些创意亮点引起了业内极大的关注和反响。

创新科技：“苍蝇眼”从90年代开始，美国斯坦福大学开始进行“全光场摄影”的研究。

光场相机用途探讨一、引言光场相机是一种新型的数字化设备，它通过捕捉光线的方向和强度信息，记录了光线从空间中某一点发出后，经过光学系统聚焦到图像传感器上的整个过程。

这种相机的出现，为我们的生活带来了许多新的可能性。

本文将详细介绍光场相机的各种用途。

二、光场相机的基本概念光场相机的核心概念是“光场”，即光线在空间中的分布情况。

与传统的相机不同，光场相机不仅记录了光线的强度，还记录了光线的方向。

这使得光场相机能够提供更为丰富的视觉信息，为我们带来更为真实的视觉体验。

三、光场相机的主要用途1. 3D成像：光场相机可以捕获物体的光场信息，从而生成高质量的3D图像。

这种3D图像不仅可以从任何角度观看，而且具有良好的深度感和真实感。

2. 增强现实（AR）和虚拟现实（VR）：光场相机可以提供更为真实的环境感知，使得AR和VR技术的应用更加广泛。

例如，通过光场相机，用户可以在虚拟环境中与真实的物体进行交互。

3. 光照调整：光场相机可以捕获光线的方向和强度信息，从而对光照进行精确的调整。

这对于电影制作、摄影和其他需要精确控制光照的领域来说，具有重要的价值。

4. 无人驾驶：光场相机可以提供更为准确的环境感知，使得无人驾驶汽车能够在复杂的道路环境中安全行驶。

5. 医疗影像：光场相机可以提供更为详细的影像信息，使得医生能够更准确地诊断疾病。

四、光场相机的挑战和未来发展尽管光场相机具有许多优点，但它也面临着一些挑战，如高成本、大体积和低分辨率等。

然而，随着技术的发展，这些问题有望得到解决。

未来，光场相机有望在更多的领域得到应用，为我们的生活带来更多的便利。

五、总结光场相机是一种具有广泛应用前景的新型设备。

它不仅可以提供更为真实的视觉体验，还可以在3D成像、AR/VR、光照调整、无人驾驶和医疗影像等领域发挥重要作用。

尽管目前它还面临着一些挑战，但随着技术的发展，我们有理由相信，光场相机的未来将会更加光明。

第49卷第11期Vol.49No.ll红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2020年11月Nov. 2020光场相机在湍流下的清晰成像和点云计算张烜喆u’3,王彦3,王佳华3,侯再红杜少军3(1.中国科学院合肥物质科学研究院，安徽合肥230031;2.中国科学技术大学科学岛分院，安徽合肥230026;3.国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南长沙410073)摘要：无变形镜条件下抵抗大气湍流影响获取几百米至几十公里外目标的清晰成像和点云数据具有重要意义。

光场相机是清晰成像和点云计算领域的有力工具，但是它在湍流条件下无法正常工作。

同时光场相机支术的主要研究方向集中在如何提高点云的精度和密度，暂无人将其应用于湍流清晰成 像。

基于相空间光学原理改进了光场相机的信息提取算法，在湍流条件下完成了清晰成像和点云计算。

这种算法使用四维密度函数来描述复眼结构，对原始数据的使用更加充分，能够提取物点完整的低阶相位信息，因而，可以抵抗湍流对局部子孔径的影响，稳健地获取目标点云，解算深度图并得到全聚焦清晰成像。

根据这一原理设计了光场相机系统，探测室内湍流池后方的目标以及室外湍流下500m处目标，均获得了 4 k以上个物点的准确低阶相位分布，给出了目标的三维点云图和清晰成像。

结果表明，该方法无需变形镜系统，也不需要先验信息，是一种稳定工作的解析算法。

关键词：去瑞流清晰成像；三维点云；光场相机；相空间光学中图分类号：0439 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20200053Image clarification and point cloud calculation underturbulence by light field cameraZhang Xuanzhe1，2'3, Wang Yan3, Wang Jiahua3, Hou Zaihong1’2, Du Shaojun3(1.Hefei I n s t i t u t e s of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China;2.Science Island Branch, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China;3.College of Advanced I nterdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)Abstract:It is of great significance to obtain clear imaging and point cloud data of targets from hundreds to dozens of kilometers away under atmospheric turbulence without deformable mirror.Light field cameras are powerful tools in the field of image clarification and point cloud calculation,but they don't work well in turbulent conditions.Meanwhile,the main research direction of light field camera technology focuses on how to improvethe precision and density of point cloud,and no one applies it to turbulence image clarification temporarily.Thisjob was finished by improving information extraction algorithm of light field camera based on phase space optics. This algorithm was more fully to use RAW data,because of adopting four dimensional density functions to describe the structure of compound eye,and therefore,it could resist the influence of turbulence on local sub-aperture images,acquire target point cloud steady,calculate the depth map and clarify turbulence-degraded image. Light field camera based on such method acquired more than 4 k accurate wavefront distribution,when it was used for detecting indoor target behind the turbulence pool and outdoor target500 m far from the camera,and3D收稿日期:2020-02-16;修订日期:2020-03-20作者简介:张烜喆（1981-)，男，助理研究员，博士生，主要从事光场相机和相空间光学方面的研究。

光场相机Lytro 的运作原理和运算方法A Light Field Camera“ Lytro ” , the Principle and Algorithms概略Lytro 以在照片拍摄后，照片的对焦点可以自由变换的相机而被知晓 .Lytro 称其为光场相机.成像部分是由图像感应器和微型镜头所构成，并得到入射光束集中的光场•然后从光场再处理成最终的画面，光线集中相当于计算镜头的运作.本文就Lytro 的动作原理和画面生成的运算方法进 行解释.1 .前言数码相机是在摄像像素点上形成鲜亮的光 像，并把此光像忠实的反应成数码影像的装 置。

但是光场相机则是采用与数码相机完全不 同的原理所被认知。

此相机是采用光场（光线 空间）得到多条光线，再将光线集合并经过一 种图像处理得到最终成像的相机。

其代表机能 为利用摄影后的后处理，变更相机焦点距离的 再对焦机能。

初期的光场相机是用多台相机纵横排列成 的相机矩阵的实配.相机矩阵对机能有验证作 用，但是没有实用性•另一方面， Ng 式做了在 成像像素的前面配置微镜头，通过致密的框体 集中光线的光场相机.之后， Ng 为了将此技术 商品化而成立了公司，在2012年开发了 Lytro . 本文是根据Ng 的论文及实际的分析解析为基 础解释Lytro 的运作原理，机能，运算方法图1为Lytro 的影像感应器的扩大照片影像感应器是数 码相机用的CMOS 感应器，内间距为1.4卩m ，影像 感应器上覆盖蜂巢结构的微镜头，微镜头的内间距 为14卩m 。

影像感应器3280*3280像素的面积上覆盖 330*380个微镜头，一个微镜头的直径大约是 10个 像素点的长度。

2. Lytro 的影像感应器 図］测廿一豁e 扭;大写卓豊迪工iz 夕卜口二夕乂 卜十一）微镜头和保护用玻璃一体成型， CMOS 感 应器上面有少量空间，保护玻璃上面平坦，底 面排列微镜头。

保护玻璃和微镜头的厚度约为 430卩m ,另外CMOS 表面设置了拜尔型彩色滤 膜。

光场相机视差计算公式
光场相机是一种特殊的摄影设备，它可以捕捉场景中每个点的光线方向和强度信息。

视差计算是光场相机中的一个重要问题，它用于确定场景中不同点之间的深度差异。

视差计算的公式可以通过光场图像中的像素位置和光线方向来推导。

在光场相机中，光线的方向可以表示为一个二维向量(u, v)，而光线的强度可以表示为一个标量值。

视差计算的公式通常涉及到光线的方向和强度信息，以及像素位置之间的关系。

由于视差计算涉及到复杂的光学原理和数学推导，其精确的公式可能较为复杂。

一般来说，视差计算的公式可以通过光场图像中的像素坐标、光线方向和强度信息来推导出每个像素点的深度信息。

在实际的光场相机应用中，视差计算的公式可能会涉及到多个阶段的处理，包括光线重构、深度估计和视差图生成等步骤。

这些步骤可能会涉及到复杂的数学运算和计算机视觉算法。

因此，视差计算的公式往往是基于特定的光场相机模型和算法设计的。

总的来说，光场相机视差计算的公式涉及到光线方向、强度和像素位置等信息，其精确的推导可能较为复杂。

在实际应用中，视
差计算的公式会根据具体的光场相机模型和算法设计而有所不同。

希望这个回答能够帮助到你。

光场相机的技术原理Light field camera, also known as plenoptic camera, is a revolutionary imaging technology that captures both the intensity and direction of light rays. It differs from traditional cameras in that it can refocus images after they have been taken, giving users the ability to change the point of focus and depth of field in post-processing. This technology has the potential to revolutionize photography and computer vision, and has been implemented in consumer cameras as well as research and industrial applications.光场相机，也被称为光场相机，是一种革命性的成像技术，可以捕捉光线的强度和方向。

它不同于传统相机，可以在拍摄后重新聚焦图像，使用户能够在后期处理中改变焦点和景深。

这项技术有潜力改变摄影和计算机视觉，已经在消费相机以及研究和工业应用中得到实现。

The fundamental principle behind the light field camera lies in the concept of the light field, which describes the amount of light flowing in every direction through every point in space. By capturing not only the intensity of light, but also its direction, the camera is able to record a more comprehensive set of data about the scenebeing photographed. This allows for a wider range of creative possibilities and post-processing capabilities than traditional cameras are able to achieve.光场相机背后的基本原理在于光场的概念，它描述了光在空间中每个点处的每个方向中流动的量。