什麼是光場攝影及其工作原理？
光場攝影已經存在了很長時間。第一個模擬光場裝置於 1908 年由加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 發明，他最終因其在彩色攝影方面的工作而獲得諾貝爾獎。
光場攝影允許您在拍攝圖像後四處移動圖像的焦平面，這在普通攝影中是不可能的。
那麼，光場攝影是如何工作的呢？本文將教給您需要知道的一切。
什麼是光場攝影？
普通攝影的工作原理與人眼非常相似。你用相機對焦，傳感器捕捉三維空間的二維圖像，該空間的“切片”處於對焦狀態。聚焦區域前面或後面的一切都模糊不清。這是因為普通傳感器僅捕獲有關光強度的信息。
光場是指場景中所有光線（每個光子）的整體。構成光場的光線由全光函數定義（這就是為什麼光場相機也被稱為全光相機）。全光函數在五個維度上描述光線：它在 3D 空間中的坐標（X、Y、`）和它在 2D 空間中的方向（兩個角度）。
光場攝影從特定場景中的光場中捕捉信息，包括光的強度和光線的方向（根據全光函數）。
光場攝影與傳統攝影有很大不同。它允許您捕捉三維圖像並在事後選擇焦點所在的位置。通過使用多個傳感器，可以捕獲入射光和光線的方向。
光場攝影如何工作？
光場相機中的信息包括光的強度、顏色和方向。因此，可以通過數學方法確定每條光線在到達傳感器之前從哪裡發出。這意味著可以構建場景的三維模型。
有幾種捕捉光場的技術，例如：
- 使用單個相機從多個角度捕獲有關場景的信息。此方法生成許多圖像的選擇。
- 多相機陣列。這些通常有幾十個廣泛排列的傳感器，每個傳感器都從略微不同的角度捕獲有關場景的信息。此方法還一次生成許多圖像。
- 微透鏡陣列。在單個數碼相機傳感器前面放置數百個微透鏡陣列可以捕獲光場信息。這會產生一個由數百個子圖像組成的圖像。
每個圖像或子圖像的不同之處在於捕獲的光線源自空間中略有不同的位置。由於每個像素因此會顯示略有不同的場景，因此會記錄有關光線角度的信息。這使得計算每個對象與攝像機的距離和場景中的位置成為可能，並最終開發場景的 3D 模型。
光場攝影的應用
光場攝影有多種用途，它們可能非常有用。由於記錄了有關場景光場的所有信息，因此可以用普通攝影無法實現的多種方式處理光場圖像。
1.自定義焦點
光場攝影最著名的特點是可以在拍攝圖像後改變焦點。這是因為相機捕獲的信息包括每個距離的焦點，這意味著使用複雜的軟件，可以選擇任何距離作為場景中的焦點。
2.可變景深
由於所記錄信息的性質，可以使用“合成孔徑”處理圖像。光圈是鏡頭開口的直徑，決定了圖像中的景深（前景和背景離焦的程度）。
由於光場圖像包含每個可能焦距的信息，因此可以創建具有盡可能小景深的圖像（只有非常小的部分在焦點上）。還可以創建具有無限景深的圖像，其中圖像中的所有內容都處於焦點中。
3.視差效果
根據捕獲光場的方式，可能會產生略微不同的場景視角。這取決於用於拍攝圖像的系統的直徑或寬度。鏡頭系統越廣，從更廣的角度捕獲的光線就越多。
拍攝圖像後，可以像在實際場景中四處移動頭部一樣，稍微改變圖像的視角。這被稱為視差效應。使用視差效果，還可以重建 3D 圖像。
4. 計算距離
根據光場攝影系統的靈敏度及其光學特性的知名度，可以計算出鏡頭到場景中物體的距離。它的一個主要應用是在顯微鏡中，它有助於準確測量合成或生物樣品的大小。
5.改變照明條件
由於在光場攝影中記錄瞭如此多的場景深度信息，因此可以使用後期處理軟件準確地重建場景中的照明。由於該軟件知道圖像中所有對象的相對位置，因此它可以令人信服地計算出陰影落在的位置。
6.虛擬現實
在整個 2020 年代初期，虛擬現實成為了一個更突出的話題。這在一定程度上是由 Meta 希望創建 Metaverse 的願望推動的。光場攝影可用於創建現實生活中的VR；Google 開發了這方面的示例，可以在Steam上查看。
使用由 16 個 GoPro 組成的旋轉相機陣列，Google 捕獲了數千張圖像，這些圖像記錄了 3D 空間中的所有光場信息。然後，他們能夠創建一個三維、六自由度的虛擬現實體驗。
光場相機是攝影的未來嗎？
2012 年，第一款消費市場光場相機由 Lytro 公司發布。這台相機具有一百萬像素的分辨率和 f/2 的恆定光圈，售價在 400 到 500 美元之間。從那時起，很少有以消費者為目標的光場相機進入市場。
缺乏分辨率和圖像質量意味著光場相機根本無法像數碼單反相機那樣在消費市場上大放異彩。事實上，光場技術的許多用途仍在開發中。
但是，谷歌（和蘋果）投資這項技術是有原因的，它用於為 VR 創建 3D 用戶體驗只是一個例子！
光場攝影：一項發展中的技術
雖然光場相機相對較新，但它們具有巨大的潛力。您可以將許多相似之處與早期攝影相提並論，儘管它有所不同——固定光圈和低分辨率就是兩個例子。然而，隨著時間的推移，這項技術很可能會發展壯大。
值得關注的是光場攝影在未來的應用。
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