光场（Light Field）原理

所谓光场，即是空间中任意点发出的任意方向的光的集合。

光是载体，携带了物体的信息，在3D空间中任意一束光我们用5个参数来定义，位置坐标x, y, z和方向坐标角θ，φ。如图1所示: 

图1：光的5D表示

如果将目标锁定为一个观测的物体，将自身限制在物体的周围，由物体发出的光线的所有集合就可以用4D来表示（图2的方式定义光线），并定义为4D光场。

图2：光的4D表示

Marc Levoy在1996年SIGGRAPH会议论文中的光场理论就是基于上述表示方法之上的。

所有的光场理论的应用基础都是这篇大牛文章《Light field rendering》的思想和实现。

图3：光场成像原理

如图3（a）所示， 在目标物“龙”的周围我们可以拍摄不同位置不同角度的图片。

在图3（b）中黄色位置和红色2代表的位置上拍摄物体龙的信息基本相同，但是由于视场不同黄色位置获得的图像视场小于红色位置2，但是获得的细节信息多于红色位置2，

而红色位置1和红色位置3拍摄的图像包含部份黄色位置拍摄图像的信息，因此通过计算可以通过红色位置1，2，3的图像中部分信息计算出黄色位置拍摄的图像的全部信息。

由此，我们可以不在黄色位置拍摄图像，而通过红色位置1，2，3的图像计算出他的图像。

根据这种理论，通过在物体周围拍摄到足够的图片（如图3（b）），形成物体的光场如图3（c）所示，就可以获得任意位置拍摄到的图片，而无须真实的拍摄，从而获得“龙”的所有信息。

藉由这个原理，我们可以实现很多有意义的应用。其中最突出的两个方面就是光场相机和三维重建。

提到光场相机，就不能不说一下前段时间很火的Lytro，这个公司的CEO吴义仁的博士论文就是有关光场理论的实际应用的。

图4：Lytro光场相机

2011年10月20日 在经过年初的产品展示之后 Lytro 公司正式发布了世界首款消费级光场相机，通过光场技术让你可以拥有事后对焦的可能。该款相机就像一个拉长了的ipod nano，具备阳极电镀的铝制外壳，后端则为握持感良好的橡胶材质。整个相机只有两个按钮：电源和快门，还有一个触摸式的变焦杆。

特性：通过光场技术的应用，拍照的时候只需要构图即可，不需要对焦——因为这个可以在拍照完后在电脑上对焦！这将会改变现在的拍照习惯。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。

另外，这种相机拍出来的照片是直接支持3D的，用3D的显示器展示照片并戴上眼镜后，可以清楚的看到 3D 照片，而且在 3D 的环境下同样能够做到实时转移焦点。

这里有Lytro公司在浏览器中做出的展示效果，大家随意感受一下~。~

想看更详细的技术详解请移步。。另附上威锋的测评。

三维重建方面本文暂且不赘述，因为本人刚刚确定了研究方向就是通过光场原理实现三维重建（#_#），so~以后再发文补充啦ORZ