[发明专利]用于全分辨率光场捕获和绘制的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于全分辨率光场捕获和绘制的方法和设备。

优先权信息

本申请要求于2008年1月23日提交的名为“Full-resolutionLightfield Rendering”的美国临时申请序列号No.61/023,036的优先权，在此通过引用并入其全部内容。

背景技术

在传统照相机中，主透镜将照相机外部场景中的3D世界映射为照相机内部的3D世界。图1示出了传统照相机中的成像。“内部世界”表示相机内部。阴影椭圆形区域表示外部世界中深度状况以及照相机内部的相应深度。示出了照相机内部的一个特定图像平面。照相机以外场景的3D世界映射到照相机内部3D世界的映射遵循如下透镜等式：

1A+1B=1F]]>

其中A和B分别是从透镜到对象平面的距离以及从透镜到图像平面的距离。通常，使用此等式来描述在两个固定平面之间的单一图像映射的结果。然而在实践中，透镜等式描述无穷数量的映射——其对在距离A和距离B的值之间的关系进行约束而不是固定。即，由物镜(objective lens)将外部场景中的每个平面(将其描述距物镜透镜某距离A)映射至处于距离B处的照相机内部的相应平面。在将传感器(例如，传统胶片、电荷耦合设备(CCD)等)放置在照相机内部的F与∞(无穷大)之间的距离B的位置处时，传感器捕获位于A处相应平面的焦点对准的图像，该图像从透镜之前的场景被映射。

传统照相机将三维场景绘制到二维传感器之上。在操作期间，传统数字照相机捕获二维(2D)图像，其表示每个点到达照相机内部光传感器上的光的总量。然而，2D图像不包含关于到达光传感器的光的方向的信息。由传统照相机捕获的图像基本上是在其角度部分上对辐射率函数进行积分，这得到了作为位置的函数的二维强度。原始辐射的角度信息被丢失。由此，传统照相机不能捕获大量的光学信息。

光场或者辐射度捕获照相机

相对于传统照相机，光场或称辐射度(radiance)捕获照相机对四维(4D)光学相位空间或称光场进行采样，以此来捕获关于光线方向分布的信息。由光场照相机捕获的这一信息可以称作光场、全光函数或者辐射度。在计算摄影中，光场是3D中所有光线的4D记录。辐射度描述空间信息和角度信息两者，其被定义为每个立体角度(以弧度为单位)单位区域的能量密度。光场照相机捕获辐射度，由此，可以对原始拍摄时焦点未对准的光场图像进行重新聚焦，并且可以降低噪声、改变视点、并且可以实现其他光场效果。

光场(即，辐射度)可以利用传统照相机来捕获。在一个传统方法中，可以利用传统照相机从不同位置来捕获场景的M×N的图像。例如，如果从64个不同位置捕获了8×8的图像，则产生64个图像。来自每个图像中的每个位置(i，j)的像素被拍摄并且被放置在块之中，以生成64个块。图2示出了示例性现有技术的光场照相机或者照相机阵列，其使用了两个或者更多物镜透镜110的阵列。每个物镜透镜聚焦于光传感器108的特定区域，或者备选地聚焦于分离的光传感器108。此光场照相机100可以看作两个或者更多传统照相机的组合，其中每个传统照相机同时将对象的图像记录在光传感器108的特定区域上，或者备选地记录在特定的光传感器108上。继而，可以将捕获的图像进行结合以形成一个图像。