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1、计算摄像学专题第三讲戴琼海清华大学自动化系第三讲提纲全光函数一光场概念与理论二光场的多光照拓展三第三讲提纲全光函数一光场概念与理论二光场的多光照拓展三视觉场景信息视觉在人类对世界的感知、理解、交互中的重要意义视觉信息的采集(采样)、表示（数学定义）、重建（恢复）、感知(理解)、渲染(显示)、编辑（交互）、通讯(编码与传输)……涉及学科领域：计算视觉、计算机图形学、图像信号处理、(计算摄像学)如何表示视觉信息是研究视觉信息的基础与核心全光函数plenoptic(拉丁plenus:full，optic:vision)plenopt
2、icfunction[Adelson91]空间中的某个位置(3D)沿着某个方向(2D)在某个具体的时间(1D)具有某个波长(1D)为7维函数涵盖动态场景中的任意光线集单通道图像为光线的强度也可记为P(x,y)从单一位置点看见的光线固定某一时刻对可见光各波长分量作平均颜色图像为光线的强度从单一位置点看固定某一时刻以波长为变量视频为光线的强度从单一位置点看以时间为变量以波长为变量全息视频为光线的强度以视点位置为变量以时间为变量以波长为变量全光函数描述了物理存在的任何视觉信息包含了不可见光等电磁辐射信息没有经过任何物理处理涵盖时变及
3、波长变化情况（如磷光）波长分量一般离散化为R,G,B通道实际系统的辐射度范围受限LDR与HDR全光函数虽然不可能获得，但其作用：为视觉信息的研究提供了基础理论工具全光函数基于全光函数子集的图像采集系统传统图像(和的2D子集)全景图[Chen95](和的2D全集)视频序列(,,,,,的3D子集)光场[Levoy96,Gortler96](,,,,的4D子集)动态光场[Wilburn05](,,,,,的5D子集)第三讲提纲全光函数一光场概念与理论二光场的多光照拓展三光场Thelightfieldisafunctionthatdes
4、cribestheamountoflighttravelingineverydirectionthrougheverypointinspace.MichaelFaradaywasthefirsttopropose(inan1846lectureentitled"ThoughtsonRayVibrations")thatlightshouldbeinterpretedasafield,muchlikethemagneticfieldsonwhichhehadbeenworkingforseveralyears.Thephrase
5、lightfieldwascoinedbyAlexanderGershuninaclassicpaperontheradiometricpropertiesoflightinthree-dimensionalspace(1936).Thephrasehasbeenredefinedbyresearchersincomputergraphicstomeansomethingslightlydifferent[citationneeded].[Levoy96]LightField(光场)[McMillan95]在3D空间，使用规则
6、的离散采样(,,,,)生成连续空间的新视角图像维度仍然过高如何简化？4D光场光线沿着光轴方向辐射度不变自由空间假设光场空间含遮挡物(5D)自由空间，辐射度恒定(4D)由内向外由外向内自由空间自由空间自由空间自由空间4D光场-绘制对目标光线进行参数定位以下将[Levoy96]提出的4D光场简称为光场光场–参数化L(x,y,,)光场–参数化双平面参数法[Levoy96]最常用的参数化方法检索简单（图像阵列）绘制简单（投影几何）缺陷：只覆盖了一个方向覆盖360度视角需要至少6套光板光板之间的切换引入artifacts光场–参数化基于
7、双平面参数法的新视角绘制视角汇聚与视角平行？规则的4D图像集光场–2D绘制绘制步骤：对于给定的视角，将st和uv平面分别投影到虚拟视角xy上对于目标图像上的每个像素，将投影得到的(u,v,s,t)进行查表获得光强L(u,v,s,t)2*投影+查表获得每个像素值，复杂度低光场–2D绘制加权样本最近邻U,V加权U,V,S,T加权光场绘制示例光场–优缺点优点绘制速度快绘制复杂度与场景复杂度无关绘制真实感较强缺点数据量大（虽然压缩率高120:1[Levoy96]）不可编辑（无模型）深度辅助光场绘制无深度信息深度信息辅助需对多个像素进行
8、加权动态可调光场绘制假想对象平面st可变的情况动态可调光场绘制光场的进一步思考4D光场还能简化吗？简化带来采集的便利、重建质量的下降如何在降低维度的过程中尽可能地保留重要的全光信息第三部分将介绍光场的扩展(维度的增加)基于图像绘制vs.基于模型绘制基于图像绘制与基于模型绘制的
