宇视期刊NO.2

光场相机:让细节无所遁形

谢会斌

大家的机器里都有很多这样的“经典”照片,跑焦了。很多都是有纪念意义的照片,尤其是那些外出旅游不会购物不会游泳的人来说太“痛苦”了。多希望是这样的:

这样多好,海边没白去,回去还能做成游记给熟悉的人显摆。
但目前无论你是手机、卡片机、单反还是摄像机,都不能解决这个问题,如果跑焦,就只能认命了。

上世纪90年代,美国斯坦福大学的Marc Levoy开始进行“全光场摄影”的研究。所谓光场就是空间每一点所有方向光线的总和,它不仅包括颜色、光强等信息,还包括光线的方向信息。光场可以看作是对摄影场景的完整描述,场景中任何物体的每一个角落都是一个不同的焦点。如果能够把光场信息完整地记录下来,就可以获得在拍照后任意调整焦点的能力。先拍摄再对焦,跑焦问题解决了。

挺好!稍等,下页图为斯坦福大学为设备,100台相机,它们可以在不同角度拍摄同一个场景,尽可能地收集光场的所有信息。好是好!但,这种“大家伙”显然不适合家用,你不能把它带到海边去。

二十一世纪,有一家创业公司Lytro,试图把全光场摄影的能力放进口袋里。这家公司的CEO和创始人Ren Ng博士毕业于斯坦福大学,在博士期间就与Marc Levoy一起从事全光场摄影的研究工作。2007年,他的以全光场摄影为主题的博士论文获得了美国计算机学会最优博士论文奖,在这篇论文中,他详细描述了家用级全光场数码相机的硬件、软件问题及其易彩网官方 。

大体来说,全光场数码相机和普通相机在硬件上的最大不同,在于在光电感应器件和镜头之间,多了一层微型透镜阵列(Lytro的第一个易彩网官网 宣称是9万个)。这层透镜阵列像是昆虫的复眼,每个透镜都会覆盖几个光电感应像素,在这些像素上存储场景的光线方向信息。

在软件方面,则需要用到一些数学方法来生成具有指定焦点的图片。在记录下全部光场信息时,原始信息中会包含大量不同方向的光信号,它们叠加在一起,无法直接输出成图片。Ng提出了利用傅立叶变换把不同的信号分解开,再根据使用者的需要重新组合的方法,这种名为“傅立叶切片摄影”的后期处理方式能够合成出聚焦于任意一点的照片。

2012年,Lytro了发布下图所示的这款 1,100万像素的光场相机,相机有8GB和16GB两个版本,具备阳极电镀的铝制外壳、f/2的大光圈镜头与 8倍的变焦能力,通过光场技术的应用,在使用该相机拍照的时候只需要构图即可,不需要对焦,因为对焦可以在拍照完成后在电脑上完成。

《福布斯》杂志称,这是摄影术的巨大革命,甚至可能是从胶片摄影转为数码摄影之后最大的革命。而这类相机将成为抓拍利器:无论抓拍的照片模糊与否,只要在相机的焦距范围内,对焦点可以在拍完之后随意选择,因为相机在拍照的时候就把焦距范围内所有光学信息都记录在内了。此外,该款相机即使在弱光条件下也无需使用闪光灯即可正常拍摄。毫无疑问,Lytro相机彻底解决了困扰摄影者的对焦问题,该款相机能够让照片拍摄的成功率更高,而且通过对焦点的变换使得同一张照片能够获得多种不同效果。

假如视频监控上加入这样的阵列相机,会发生什么样的情况?

这样的照片,多牛的智能算法都找不出来。

这样就容易多了。另外的好处就是,其在弱光下表现很好,对周边环境的配套要求就会降下来;由于其记录的信息很多,为智能算法以及后端的大数据挖掘提供了更多有价值的参考值,各种识别准确率更高,能衍生出很多有特色的业务。

当然,要应用上去还有很多问题,如硬件接口、硬件成本、数据格式、存储容量、计算性能等问题,但大势所趋,这些问题总是有解决办法的。(具体就不描述了)。

2013年,Nokia和高通投资了一个叫Pelican Imaging的公司,其开发的摄像头采用了突破性光场阵列式技术,内置了16个复眼式微型感光摄像头,具备无限景深和后期对焦能力,而且还能作为3D打印建模工具使用,具有改变传统成像技术的巨大潜力。

试问,手机上都有了,离视频监控还远吗?