[週末科技視頻]光場照相術與新相機

【看中國2013年09月21日訊】雖然照相術已經發明很久了，但是新的改進仍不停的產生，例如之前介紹過的超解析度照片可以從低解析度的照片得到高解析度的影像，立體材質照片可以利用光的散射方式給出大約的材質深度，自動構圖修正可以讓照片自動變成較專業的構圖等等。這些改進都是基於對物理的認識或是軟體分析影像的進步。今天要介紹的光場照相術是一種野心更大的改進技術，或許能帶動另一種新相機的發展。

一般的攝影利用把感光源件放在像平面，讓景物能經由鏡頭投影在這平面上來成像。因為鏡頭有固定的焦距, 所以一張相片只能對應到一個景物的平面(就是所謂的景深範圍, 跟光圈有關)。如果要改變對焦清楚位置,只能經由改變鏡頭位置來達到。不過理論上一個平面上通過的光一定有所有景深影像的訊息, 不然固定的相機就照不出不同的對焦位置的影像。相片之所以不能記錄這所有訊息的原因是因為感光元件只能記錄在像平面的光強, 而不管每一道光(光子)的來源方向。所以剛好對焦的就清楚, 沒有對到焦的就散開。除非移動像平面, 才能讓沒對焦的光又聚合在一起。光場攝影術的概念是由居里夫人的指導教授所提出來的, 主要概念就是不只要記錄光的強度, 對所有光子進入的角度也要記錄。只要記錄了這些資訊, 理論上就可以知道哪些光雖然沒有對到焦可是其實在另外的平面可以成像。而記錄入射角度的方式就是在像平面放一塊小透鏡, 然後每個小透境後面有一群的感光元件(CCD像素), 所以不同角度的光進入透鏡以後就會被轉到不同的感光元件上而被記錄下來。這樣一來, 照出來的照片就不僅有亮度的資訊, 還有入射光角度的資訊。

所這樣的照出來的特殊相片 (微觀影像如上圖) 只要經過軟體處理就可以合成出各種對焦位置影像。當然這種技術有缺點也有限制, 就是必須用很多的像素來儲存一個最後像素中所需要的資訊, 所以解析度很差, 最後的像素多寡取決於小透鏡的數目。不過隨著微鏡片技術跟CCD像素不斷發展, 終於目前快要有可以有商品化的像機產生，就是下面所介紹的影片 (只有九萬的小透鏡, 有就是大約300x300的解析度)。或許在不久的以後, 像素能慢慢提升到不太差的水準。