Lecture 19:Cameras, Lenses and Light Fields

• 独立的内容：相机、棱镜和光场

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• 图形学中两种成像的方法：光栅化和光线追踪
• 但他们在自然界中并不存在
• 简单的成像方法：拍照片，捕捉

相机的工作原理

• 从小孔成像开始
• 相机的部件
  • 快门
  • 传感器-其上的每个点记录irradiance
  • 如果相机没“针孔”，就不可能拍照片
• 针孔相机的原理
  • 直到今天都可用，但其没有深度可言，不会有虚化
  • 光线追踪采用了此种原理

Field of View（FOV）视场

• 小孔成像的视场，焦距的影响
  
• 定义视场时，以35mm胶片为基准
  
• 在手机上的数值为等效数值
  
• 小孔成像的视场，传感器的影响
  
• 传感器sensor和胶片film实际上不是一回事
  
• 手机上由于传感器小，焦距也要小
  

Exposure 曝光度

• 相机中影响曝光度的因素
• Aperture size 光圈——仿照瞳孔，可以决定曝光度
• Shutter speed 快门——越快开放时间越短
• ISO gain 感光度——一种后期处理给光强度乘上某一个数（实现可硬可软）
  
  
• ISO同样会放大信号中的噪声——现实生活中易感
• 关于ISO
  
• iso导致噪声的例子
  
  -F数：用来描述光圈的大小
  • 非正式理解：就是 “1/光圈的直径”
    
• 快门
  • 除了调节曝光度以外的作用
  • 运动模糊
    
    
• 运动模糊不一定是坏事，给人增加快速运动的感觉
• 和反走样的思想类似~时间上的采样
• Rolling shutter问题：扭曲高速的物体，一张图像的不同物体不同位置记录的不同时间
  
• 光圈和快门二者
  
  • 曝光度可以调整相同但效果不一定相同，景深和运动模糊不可兼得
• 高速摄影
  • 因为快门时间变短，相应的要调大ISO或者光圈
    
• 长曝光（延时）摄影
  
  • 超级运动模糊

Thin Lens Approximation 薄棱镜近似

• 实际的棱镜设计非常复杂
  
• 理想化的薄棱镜，可以聚光到交点
  • 三个假设~
    
• 棱镜满足的物理规律（初中物理
  
  • 物距 z0
  • 像距 zi
  • 焦距 f
  • 我们推一下三者的关系，通过两组相似三角形
• 景深模糊问题？如何解释？
  • 引入概念CoC——就是物体投影过了的圆
  • 计算CoC的大小
    
  • CoC取决于光圈大小
    
• 光圈（F数）清楚的定义
  • 焦距 / 光圈的直径
    
    
    

利用薄棱镜模拟进行光线追踪

• 定义sensor大小，定义棱镜属性（焦距、光圈大小）
• 定义Z0地点
  • 从而知道了Zi
• 渲染 （突然发现这节课提到的棱镜其实都是透镜）过程见下图
  

Depth of Field 景深

• 景深的概念：成像清晰的一段范围
• 光圈的大小会影响模糊的范围
• 成像平面附近的一小部分范围认为图像锐利