光场相机1.0与光场相机2.0

plenoptic camera 1.0
plenoptic camera 2.0
演化思路
参考文献

目前有两类光场相机，光场相机1.0和光场相机2.0。他们的不同之处在于：plenoptic camera 1.0微透镜阵列在主透镜的成像面上；plenoptic camera 2.0是一种集成成像系统，通过在主透镜的成像面后面插入微透镜阵列来对对象进行重新成像。如下图所示：

plenoptic camera 1.0

传统光场相机由一个主透镜和放置在传感器前f远处的微透镜阵列组成，如下图所示：

微透镜孔径为d，焦距为f，并且间隔相等。相机的主透镜聚焦在微透镜平面，微透镜聚焦在无穷远处（由于微透镜很小，焦距f>>孔径d,因此被视为聚焦在无穷远处）。
考虑到主摄像机镜头的焦距远大于微透镜的焦距，每个微摄像机的焦点都对准了主摄像机镜头的光圈，而不是在那些距离远大于微透镜焦距的被摄物体上。因此，每个微镜头图像都相对于该物体完全散焦，并且它仅表示辐射的角度分布。由于每个微透镜图像都根据其位置对给定位置进行采样，并且跨过相同的角度范围，因此可以通过简单地集成每个微透镜下的所有像素来实现光场1.0的图像渲染。每个微透镜都会生成一个特定视图的图像。在所有情况下，微透镜仅对最终图像中的单个像素起作用。即图像空间分辨率是微透镜阵列中透镜的个数。

plenoptic camera 2.0

光场相机2.0将微透镜阵列放在了主透镜的像面上，此系统中，每个微透镜都会将主镜头的图像重新成像到传感器上，因此光场相机2.0也叫 “focused plenoptic camera”，如下图所示：

光场相机2.0的微透镜形成了一个主透镜图像阵列系统的真实图像阵列。如果主透镜形成在微透镜后面的图像，则仍然有可能将它们聚焦在虚像上，从而在传感器上形成真实图像。在这两种情况下，微透镜成像都由透镜方程1 / a + 1 / b = 1 / f来描述，分别为正或负a。当重新映射到传感器上时，主镜头的图像尺寸减小。我们将这种减少表示为m = a / b。
这种缩放的结果是，光场摄像机捕捉到的空间分辨率是微透镜图像分辨率和渲染重叠量的函数，而不是微透镜数量的函数。角度分辨率的解耦合和微透镜相机的数量是其与传统光场相机的关键区别。
**光场相机1.0与光场相机2.0另一个区别是各自微透镜捕捉到的信息。**光场相机1.0每个微透镜捕捉到的信息场景中的某一点，包含了该点的所有角度信息；光场相机2.0每个微透镜捕捉到的是同一个场景，但捕捉的角度都不同，即场景角度信息通过微透镜被分开。
因此，要渲染光场2.0图像，我们必须在微透镜图像之间进行整合，而不是在单个微透镜图像中进行整合。也就是说，假设我们正在“成像”处于焦点的图像，我们通过以固定的间距将它们重叠来积分微透镜中与图像中相同位置相对应的点。

演化思路

光场相机1.0空间分辨率低的原因是它没有合适的对焦。尽管主透镜创建了场景的聚焦图像，但是微透镜并未聚焦在该图像上，如下图所示：

促成光场相机2.0的想法非常直接：光场相机1.0空间分辨率低的原因是因为没合适的对焦，如果光场相机适当的聚焦并且采用新的渲染算法，那么每个微透镜将会有多个像素点被利用去渲染最终的图像，这将会大大提高分辨率。

原文：
Plenoptic 1.0 cameras produce ﬁnal rendered image with very low resolution, one pixel per microlens . The main idea leading to the Plenoptic 2.0 approach is very simple: The reason for the low resolution of Plenoptic 1.0 is that it is not properly focused. While its main lens creates a focused image of the scene, the microlenses are not focused on that image. See Figure 1. With a defocused system, we are getting poor resolution.
It is clear that with appropriately focused plenoptic camera and a new rendering algorithm we could produce a ﬁnal image utilizing multiple pixels per microlens, thus signiﬁcantly increasing resolution.

参考文献

Georgiev, T. New results on the Plenoptic 2.0 camera[J]. 2009.