PDF《先拍照后对焦 ,向您介绍革命性新相机 LYTRO》

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4 1卷(2012年) 4期 物理学和高新技术 先拍照后对焦, 向您介绍革命性新相机 L Y T R O ― ― ―光场相机的原理、 技术创新和应用 李宗琦( C h a r l e sL e e ) L(美国 V i s t a3 D公司∶拦髂崴沾镏5

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1 2-0 1-1 7收到 LEmail:Charlescdlee@c o m c a s t . n e t

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1 1年1 2月刚刚出版的美国《 大众科学》 杂志 ( P o p u l a rS c i e n c e) 介绍了2

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0 0个最佳创新 产品, 名列榜首的是先拍照后对焦的"光场相机 ( L y t r oL i g h t FieldC a m e r a ), 自从2

0 1 1年7月份 以来, 有关它的报道可谓车载斗量, 不少行家牛人称 许光场相机为百年难遇的产品, 必将引起第2个摄 像数码化革命, 前途不可限量. 这则消息吸引我的关注的原因不仅是它将会为 照相工业开辟广阔的新天地, 更在于发明人是一位 马来西亚华人科学家 N gY iR e n( 中文音译名为黄 逸人) ,

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1 1年时他3 1岁( 见图1) . 他2

0 0 6年在美 国斯坦福大学发表的博士论文详细阐述了光场相机 的技术原理. 论文的标题是: 《 数码光场摄影术》 , 指导教授是: P a t r i c k H a n r a h a n ,M a r c L e v o y ,M a r k H o r o w i t z . 此论文一举获得两个大奖: 全球计算机科 学和工程最佳论文奖(ACMDoctoralD i s s e r t a t i o n A w a r d ) ,和斯坦福大学亚瑟塞缪尔最佳论文奖(StanfordU n i v e r s i t y sA r t h u rS a m u e lA w a r df o rB e s t P h . D. D i s s e r t a t i o n ) . 图1÷砝次餮腔丝蒲Ъ N gY iR e n和他发明的新相机L y t r o 光场相机

2 新相机 L Y T R O 技术创新原理和 历程 在2 0世纪9 0年代和2

0 0 0年初, 斯坦福大学有 一组百台相机组成的多相机系统, 与超级计算机连 接, 进行各种试验( 见图2) . R e n对它非常有兴趣, 因为它可捕捉光场中各方向来的光束信息. 图2∷固垢４笱У亩嘞嗷低 可是, 斯坦福大学的多相机系统像一个大笨象, 不实用, 为何不将它做成掌心大小呢? 在微小的空 间安置大量镜头, 从各角度捕捉全方位光线信息, 这 是可以做到的. 早在1

9 0 8年, 著名的法国科学家李 普曼( M. G. L i p p m a n n ) 就发明了集成照相术( i n t e gralphotography),他提出用苍蝇眼微透镜阵列, 将 物像聚焦在感光片上, 如果微透镜有1万个, 我们就 能在感光片上纪录1万个像. 它们代表光线各个方 向的视角, 观看者会看到真正的立体图像. 我所描述 的过程如图3所示. 大概由于科技条件不成熟, 此方 案拖延了6

0 年都未成功, 近来才在柱面透镜光栅 ( l e n t i c u l a r l e n s ) 领域成功开发产品, 用于3维多变 的动画图像. 我想 R e n在攻关博士论文时就想到, 何不将有9万个微透镜的微透镜阵列胶片( m i c r o 病652・∥锢怼

4 1卷(2012年) 4期h t t p : oowww. w u l i . a c . c n l e n sa r r a y ) 放置在相机中的透镜组之后和传感器之 前呢? 这样相机瞄准任何景象, 都会在数码传感器 上记录9万个代表各方向的光束信息. 这使他在不 可思议的路程中迈开了一大步. 图3“倌昵暗募烧障嘣 ( a ) 在照相感光片上成像;

( b ) 光 照使集成照相片显示实像 我认为微透镜阵列是 R e n 事业有成的核心突 破. R e n 在2

0 0 5年发表的另一篇文章应用了傅里叶 变换( F o u r i e ra n a l y s i s )研究光场和成像的关系, 加 上他在计算机软件方面的功力, 开发了一套软件算 法, 在上万帧数码图像文件中采样、 重组和调整, 达 到一个不可思议的先照相后聚焦的效果, 只须按一 次快门, 就可在瞬间纪录场景的全方位的信息, 而且 可以在任何地方随心所欲地聚焦. 此软件算法附在 每张照片上, 可由网络传送, 方便之极. 这是他第二 个重大突破. 这些突破从根本上解决了如今照相师 面临的三大难题: (