光場相機

光場相機是一種捕捉景物所形成光場資訊的相機，除了記錄不同位置下光的強度及顏色外，也記錄不同位置下光線的方向，而一般的相機只能記錄不同位置下光的強度。

有一種光場相機是在傳統的图像传感器前加上了阵列，來偵測光的強度、顏色及方向。多相機陣列（Multi-camera arrays）是另外一種光場相機。全像術是一種以薄膜為基礎的光場影像。

 工作原理 
光场相机的核心技术是利用微透镜阵列（microlens array）置于镜头与传感器之间，将进入相机的光线划分成多个方向信息，记录光线的角度和强度。这种设计使得相机能够捕获到光线的四维信息（位置和方向），而不仅仅是二维图像。

拍摄完成后，通过专门的软件处理这些光场数据，可以实现：

 重新对焦：改变照片的焦点位置，拍摄后即可选择对焦点；
 景深调整：模拟不同的景深效果；
 视角微调：产生稍有不同视角的图像，便于三维重建和虚拟现实应用。

 历史发展 
光场成像的理论最早由英国物理学家加布里埃尔·利普曼（Gabriel Lippmann）于1908年提出。20世纪末及21世纪初，随着计算摄影和数字图像处理技术的快速发展，光场相机得以逐渐实现。

2011年，Lytro公司发布了第一款消费级光场相机，标志着光场摄影进入商业市场。随后，2014年Lytro推出性能更强的Lytro Illum，支持RAW格式和更高的图像质量。此外，德国公司Raytrix开发了针对工业和科研用途的光场相机。

 技术特点 

 微透镜阵列 
微透镜阵列是光场相机的关键组件，它将传感器上的每个像素划分到不同的视角，采集光线方向信息。

 数据采集与处理 
光场相机采集的数据远大于传统相机，需要复杂的算法进行解码与渲染，才能获得最终的可用图像。

 图像分辨率 
由于每个像素分配给了多个方向信息，光场相机的空间分辨率往往低于传统相机的传感器分辨率。

 计算摄影 
光场相机的出现催生了计算摄影的新兴领域，将摄影硬件与强大的软件算法结合，实现超越传统相机的功能。

 优势 

 后期对焦自由，提升拍摄灵活性；
 可生成多视角图像，便于三维重建和虚拟现实应用；
 能捕获丰富的光学信息，如光线方向和强度，增强图像表现力；
 可调整景深，实现更多艺术表现。

 特点 

 可在拍后重新对焦、改变景深与生成多视角图像；
 对深度估计、三维重建高度适用；
 达到虚拟现实领域二体交互的拍摄基础。

 缺点与限制 

 相较传统相机，图像分辨率较低；
 数据量大，对计算和存储资源需求高；
 设备复杂且成本较高，目前消费级市场较小；
 光场技术仍处于发展阶段，普及度有限。

 主要产品实例 

 Lytro 第一代光场相机：2011年推出，首款面向消费者的光场相机，支持拍后对焦。
 Lytro Illum：2014年发布，提升传感器规格，支持RAW格式，面向专业摄影师。
 Raytrix 光场相机：德国研发，主要服务科研和工业检测领域。

 应用领域 
光场相机不仅限于普通摄影，也广泛应用于：

 计算摄影研究；
 影视后期制作，灵活调整焦点和景深；
 虚拟现实（VR）与增强现实（AR）；
 三维场景重建与计算机视觉；
 工业检测与测量。

 前沿研究与未来趋势 

 超分辨率与去模糊：深学习等算法提升空间分辨率和成像质量。
 金属透镜阵列：2022年推出钛氧化物metalens方案，实现3 cm~1.7 km范围聚焦。
 光场显示与实时视频：如Looking Glass、Project Starline等实现裸眼3D与实时光场通信。
 融合AI与集成硬件：AI算法增强光场数据处理，液体镜头与传感器或将集成到手机与摄像头中。

 相关概念 

 微透镜阵列
 计算摄影
 光场渲染
 三维重建
 虚拟现实

參見

 光場
 光場顯微鏡
 計算攝影
 虛擬現實

參見
 複眼
 積分圖

外部連結
Article by Ren Ng of Stanford (now at Lytro)
Lytro site (previously Refocus Imaging), a Stanford spinoff.
 Raytrix GmbH  Raytrix English website.
Say Sayonara to Blurry Pics. Wired.
Fourier slice photography
Rebellion Photonics
Light Field Microscopy video by Stanford Computer Graphics Laboratory.

Category:照相机類型
Category:顯微鏡
Category:光学仪器
 参考文献