合成孔径光场成像抗混叠渲染研究

杨凯

（四川大学计算机学院，成都 610065）

0 引言

近年来，虽然微型相机（如智能手机相机）越来越受到人们的喜爱，但是对于专业摄影师而言，依然青睐于数码单反相机生成的美学照片。由于采用了大光圈镜头和大型图像传感器，数码单反相机能拍摄出浅景深和高信噪比的照片。然而大光圈数码单反相机在价格昂贵制造工艺难度高，可以通过合成孔径光场成像[1]，利用相机阵列来模拟大光圈光学设备拍摄图像。随着硬件设备的发展，光场成像作为计算机视觉的一个重要分支，近年来也越来越受到研究人员的关注。早在1936 年，Gershun 等人[2]就提出“光场”（Light Field）这一概念，表征光线在现实空间中的性质。到1991 年，E.Adelson 和J.Bergen[3]提出全光函数这一概念，用一个7 维函数p(x,y,z,θ,φ,λ,t)来表示空间中的几何光线分布，其中，x，y，z表示光线的三维空间中的坐标，θ,φ表示光线的传播方向，λ表示光的波长，t表示时间。该七维函数可以表示任意时间任意光线的传播特性，但是难以捕获。1996 年，Levoy[4]和Gortler[5]等人提出双平面模型，如图1 所示，来简化七维全光函数，用于记录光线在空间中的角度信息和位置信息，u，v表示相机平面，s，t表示成像平面。

图1 双平面模型

在此模型的基础上，斯坦福大学研究人员设计了光场显微镜[6-7]、微透镜光场相机[8-9]、光场相机阵列[10-11]；Ng 设计研发出第一款商用级光场相机Lytro[12]，即Plenoptic1.0，利用傅立叶变换实现在频域中快速重聚焦，能够实现先拍照后聚焦。但是考虑到角度分辨率和空间分辨率的折中，光场相机的分辨率往往不高，一般采用超分辨技术处理最后的重聚焦图片，例如在Lytro 相机中，CCD 的像素为11M，但实际有效分辨率只有0.7M，但最后得到的图片分辨率为3M 左右[13]。……