[周末科技视频]光场照相术与新相机

【看中国2013年09月21日讯】虽然照相术已经发明很久了，但是新的改进仍不停的产生，例如之前介绍过的超分辨率照片可以从低分辨率的照片得到高分辨率的影像，立体材质照片可以利用光的散射方式给出大约的材质深度，自动构图修正可以让照片自动变成较专业的构图等等。这些改进都是基于对物理的认识或是软件分析影像的进步。今天要介绍的光场照相术是一种野心更大的改进技术，或许能带动另一种新相机的发展。

一般的摄影利用把感光源件放在像平面，让景物能经由镜头投影在这平面上来成像。因为镜头有固定的焦距, 所以一张相片只能对应到一个景物的平面(就是所谓的景深范围, 跟光圈有关)。如果要改变对焦清楚位置,只能经由改变镜头位置来达到。不过理论上一个平面上通过的光一定有所有景深影像的讯息, 不然固定的相机就照不出不同的对焦位置的影像。相片之所以不能纪录这所有讯息的原因是因为感光元件只能纪录在像平面的光强, 而不管每一道光(光子)的来源方向。所以刚好对焦的就清楚, 没有对到焦的就散开。除非移动像平面, 才能让没对焦的光又聚合在一起。光场摄影术的概念是由居里夫人的指导教授所提出来的, 主要概念就是不只要纪录光的强度, 对所有光子进入的角度也要纪录。只要纪录了这些资讯, 理论上就可以知道哪些光虽然没有对到焦可是其实在另外的平面可以成像。而纪录入射角度的方式就是在像平面放一块小透镜, 然后每个小透境后面有一群的感光元件(CCD像素), 所以不同角度的光进入透镜以后就会被转到不同的感光元件上而被纪录下来。这样一来, 照出来的照片就不仅有亮度的资讯, 还有入射光角度的资讯。

所这样的照出来的特殊相片 (微观影像如上图) 只要经过软件处理就可以合成出各种对焦位置影像。当然这种技术有缺点也有限制, 就是必须用很多的像素来储存一个最后像素中所需要的资讯, 所以分辨率很差, 最后的像素多寡取决于小透镜的数目。不过随着微镜片技术跟CCD像素不断发展, 终于目前快要有可以有商品化的像机产生，就是下面所介绍的影片 (只有九万的小透镜, 有就是大约300x300的分辨率)。或许在不久的以后, 像素能慢慢提升到不太差的水准。