光場實質(zhì)上就是空間中所有光線光輻射函數(shù)的總體。光線攜帶二維位置信息( u，v) 和二維方向信息( θ，φ) 在光場中傳遞。根據(jù)Levoy 的光場渲染理論，空間中攜帶強度和方向信息的任意光線，都可以用2個平行平面來進行參數(shù)化表示( 圖1) ，光線與這2個平面相交于2點，形成一個四維光場函數(shù)L( u，v，x，y)。對光場的不同理解可形成不同的光場獲取方式。如果把光場看作是位置和角度信息的疊加，可以有比較簡單的獲取方式。比如，通過采用不同的觀察視角和不同位置的照明來抓拍一系列照片的方式。但是這2種方法太慢，而且操作不方便。采用針孔成像的方式原理最簡單，但是由于位置和角度之間不成線性關(guān)系，計算復(fù)雜，因而應(yīng)用也不廣泛。

3.2.光場的獲取方式

目前獲取光場的手段主要分為以下3種:

1)微透鏡陣列。

這是最常用的光場獲取方式，實現(xiàn)方式也最簡單。在普通成像系統(tǒng)的一次像面處插入一個微透鏡陣列，每個微透鏡元記錄的光線對應(yīng)相同位置不同視角的場景圖像，從而得到一個四維光場。微透鏡陣列所在平面可看作圖1 中的u-v 面，探測器面可看作x-y面。Adelson 的全光場相機，Ng 的手持光場相機，Levoy 的光場顯微鏡( LFM)，F(xiàn)ife 的光場“芯片”以及Georgiev 的Plenoptic Camera 2. 0等，都是采用微透鏡陣列來獲取四維光場數(shù)據(jù)，只是在u-v面和x-y面的處理上略有區(qū)別，從而實現(xiàn)不同的功能。其中，Adobe 公司的光場相機，采用透鏡和棱鏡陣列獲取光場數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)的微透鏡陣列方式，可移植性更強。它將透鏡和棱鏡集成為一個光學(xué)元件，外接在普通相機上即可實現(xiàn)，具有較高的圖像分辨率; 但是由于鏡頭外接，會引入新的像差。

2)相機陣列。

它是指通過相機在空間的一定排布來同時抓取一系列視角略有差別的圖像，從而重構(gòu)出光場數(shù)據(jù)的方法。比如斯坦福大學(xué)的128 相機陣列，采用不同空間排布，能夠獲得一些異于普通相機的特性，包括空間分辨率、動態(tài)范圍、景深、幀速、光譜敏感性等。其中大尺度空間排布的相機陣列主要用于合成孔徑成像實現(xiàn)“透視”監(jiān)測，或通過拼接實現(xiàn)大視角全景成像，而緊密排布型則主要用于獲取高性能的動態(tài)場景。還有Isaksen 的單相機掃描系統(tǒng)，是通過相機在場景中特定移動獲取不同視角的圖像，它構(gòu)建的初衷在于研究光場數(shù)據(jù)的動態(tài)參量化。此外，比較成功的樣機還有MIT 的64 相機陣列，卡耐基－ 梅隆大學(xué)的“3D Room”等。

3)掩膜及其他。

其共同點在于都是對相機的孔徑做相應(yīng)處理，都能重構(gòu)出光場數(shù)據(jù)。典型的有Veeraraghavan 的光場相機，通過在普通相機光路中插入一個掩膜實現(xiàn)。其獲取的圖像看似與普通相機類似，但經(jīng)過變換到頻域后發(fā)現(xiàn)，其頻域呈規(guī)律性分布，與光場數(shù)據(jù)的頻域特性類似，也能處理得到四維光場信息。它的優(yōu)點在于掩膜是非折射元件，不管是從后期成像質(zhì)量還是硬件方面，都比微透鏡陣列更容易實現(xiàn)�？删幊炭讖较鄼C插入的是一個特殊的遮光板，它可以通過編碼來提高圖像的空間分辨率和景深，也可以重構(gòu)出四維光場。環(huán)形孔徑相機，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，須做退卷積處理，可達到較高的圖像分辨率。