光场函数

2021-04-07 13:47:10 浏览:1340

定义

光场是空间中任意点所有方向的光的集合,是空间中某点给定方向上的辐射度,它以光线为载体携带物体信息。为了定量描述光场成像捕获到的光线,需要用合适维度的函数来定量表达,这个函数我们称为光场函数。

光场函数表征

光场(Light field)的概念最早于1936年由A.Gershun提出,用以描述光在三维空间中的辐射传输特性。1991年,E.adelson和J.Bergen根据人眼对外部光线的视觉感知,提出全光函数(Plenoptic function),利用七维函数表征场景中物体表面发出(或反射)的光线。在全光函数可以表示为:

其中,x,y,z表征光纤中任意一点的三维坐标;表征光纤传输方向;表征光线波长;表示时间 。

此时,全光函数表示了波长为 的光线 时刻经过三维空间中坐标为的点,且传播方向为的一条光线。与只包含位置信息的光场不同,全光函数的七维表示增加了光线的色彩信息及动态变化。

根据全光函数的意义,当光线在自由空间中传播时,其频率(即波长 )不发生变化,对于静态场,此时全光函数可由七维降至五维,即:

由于观察者往往受限于目标的成像范围,此时五维光场出现一位冗余,当给定光线在自由空间的辐射不发生变化,因此在限光器的空间范围内,五维光场可以表示为四维光场。

光场参数化方法

四维光场的参数化表征可有一下三种方式:

(1)方向-点参数化表征法

利用光线与平面的交点和光线方向作为四维参数来描述光场中的光线。

(2)球面光场参数表征法

利用紧紧包围三维物体的球面上两点,可以表征球面封闭范围内任意一条光线的传播。尽管该参数表征方式采样均匀,但无法表征与球面相切的光线。

(3)双平面参数化表征法

双平面参数化表征法是采用光线与两个平行平面的焦点坐标来对光场中光线进行参数化表征。其表达形式为,其中分表是光纤盒两平面的坐标交点。

由于实际中大部分成像系统都可以简化成两个相互平行的平面,如传统光学系统中的光瞳面和探测器像面,因此双平面参数化表征法具有较高的合理性和实用性。

 三种光场参数化模型

参考文献

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成像基本概念

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