光场成像原理教学内容
光电成像原理第三章
n1 和 n2
S = n1 − n2
= N
光电成像原理
n1 + n2
14
图像信噪比
n1 − n2 SNR = n1 + n2
光电成像输出图像信号、噪声、信噪比
设景物两个相邻像元的亮度分别为B1和B2，且 B1 > B2 每一像元是边长为h的正方形 令光电成像系统接收孔径为r，光电转换量子效率为η， 有效积分时间为τ，物距为L，像元对系统的张角为α 光电成像系统输出光电子数
光电成像原理
7
四、人眼的分辨力
人眼能区别两发光点的最小角距离称为极限分辨角θ
其倒数称为眼睛的分辨力，也称为视觉锐度
眼睛分辨力与眼睛构造有关：
视角、瞳孔直径
还与目标亮度、形状以及景物
对比度有关
光电成像原理
8
经验公式
1 θ= 0.618 − 1.13 d
光电成像原理
9
五、视觉系统的调制传递函数MTF
Nr ≥ 2
Nr < 2
Nr由目标临界尺寸中所包含的独立可探测点确定 确定实际目标像对人眼的张角α和目标显示对比度C 确定使C满足90%探测概率的CT 确定该CT条件下的最小可探测目标张角α’
Nr = α
α'
光电成像原理
4
η—噪声引起的衰减因子
− ( SNR − 1) 1 − exp η = 0
P2
1 2π
∫
C CT −1
σ
−∞
u2 exp − du 2
CT —50%探测概率的阈值对比度 σ—标准偏差
光学成像资料
CREATE TOGETHER
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
DOCS
03
像场均匀性
• 像场均匀性是成像系统中，像场内的亮度分布的均匀程
度
• 像场均匀性越高，成像系统的性能越好
03
光学成像技术的应用领域
光学成像在医学领域的应用
显微镜成像
• 光学显微镜在医学领域广泛应用于细胞、组织、细菌等微观结构的观察和研究
• 数字显微镜和荧光显微镜等技术的发展，提高了医学成像的分辨率和对比度
广泛应用
02
超高速成像技术
• 超高速成像技术是通过提高成像速度，实现对动态物体
的实时观测和记录
• 超高速成像技术在激光雷达、高速摄影等领域得到广泛
应用
03
立体成像技术
• 立体成像技术是通过获取物体在不同角度下的图像，实
现物体的三维重建和显示
• 立体成像技术在虚拟现实、增强现实等领域得到广泛应
用
光学成像技术面临的挑战
成像系统的性能评价指标
01
分辨率
• 分辨率是成像系统能够分辨物体的最小细节的能力
• 分辨率的表达式：δ = λ / (2 * N.A.)，其中λ是波长，
N.A.是透镜的数值孔径
• 分辨率越高，成像系统的性能越好
02
对比度
• 对比度是成像系统中，明暗区域之间的亮度差
• 对比度越高，成像系统的性能越好
CREATE TOGETHER
DOCS SMART CREATE
光学成像原理与技术应用
DOCS
01
光学成像的基本原理
光的传播与成像的基本概念
《光电成像原理与技术》教学大纲
《光电成像原理与技术》教学大纲课程编号：OPT04043英文名称：The Principle Of Photo-electronic Imaging and Technology学分：3 学时：48 (理论学时：48)先修课程：半导体物理、电动力学、应用光学、物理光学一、目的与任务本课程为光电信息科学与工程专业的专业教育必修课程。
通过本课程的学习，可以培养学生运用所学数理知识和方法认识和分析各种光电成像器件工作机理的能力和创新意识，提高学生对光电成像系统整体技术构成的认识，为他们走上工作岗位从事相关的工作奠定理论基础和技术基础。
通过对本学科新理论、新器件、新系统的认识，还可以使学生了解到本学科的最新发展动态和技术前沿。
本课程的内容亦军亦民，与国防装备密切相关，因此，本课程的学习可以培养学生的爱国主义精神和大国防意识。
课程主要介绍各类光电成像器件的基本工作原理和各种光电成像系统的结构以及相关的学科知识和技术。
课程的任务是使学生掌握光电成像器件的基础理论和光电成像技术的基本原理，完成知识综合的教育和系统应用的教育。
课程强调应用所学习的基础理论和方法分析光电成像器件各环节的物理过程，理解和认识光电成像系统的结构、各子系统的作用，掌握光电成像技术的基本理论、思想方法和基本技术等。
二、教学内容及学时分配（48学时）第1章绪论（2学时）1.1.光电成像技术的产生及发展1.2.光电成像技术对视见光谱域和视见灵敏阈的延伸1.3.光电成像技术的应用范畴1.4.光电成像器件的分类1.5.光电成像器件的特性第2章人眼的视觉特性与图像探测（2学时）2.1.人眼的视觉特性与模型2.2.图像探测理论与图像探测方程2.3.约翰逊准则第3章辐射源与典型景物辐射（2学时）3.1.辐射度量及光度量3.2.朗伯辐射体及其辐射特性3.3.黑体辐射定律3.4.辐射源及其特性第4章辐射在大气中的传输（2学时）4.1 大气的构成4.2 大气消光及大气窗口4.3大气吸收和散射的计算4.4大气消光对光电成像系统性能的影响第5章直视型电真空成像物理（8学时）5.1.像管成像的物理过程5.2.像管的类型与结构5.3.图像的光电转换5.4.电子图像的成像5.5.电子图像的发光显示5.6.光学图像的传像与电子图像的倍增第6章直视型电真空成像系统与特性分析（4学时）6.1.微光夜视系统的结构与特点6.2.直视型微光成像系统的总体设计6.3.主动红外夜视系统的结构与特点6.4.夜视系统的作用距离第7章电视型电真空成像物理（4学时）7.1.电视摄像的基本原理7.2.光电导型摄像器件7.3.光电发射型摄像器件7.4.摄像管的主要性能参数7.5.热释电摄像器件第8章固体成像器件（CCD和CMOS）原理及应用（8学时）D的物理基础D的结构与工作原理D成像原理与性能参数8.4.增强型CCD及其工作原理D的TDI工作方式D的应用8.7.CMOS成像器件及其应用第9章电视型光电成像系统分析（2学时）9.1.电视系统的组成与工作原理9.2.电视信号的发送与接收9.3.实用微光电视系统第10章红外热成像器件成像物理（8学时）10.1.红外探测器的分类10.2.红外探测器的工作条件与性能参数10.3.光电导型红外探测器10.4.光伏型红外探测器10.5.红外焦平面阵列探测器10.6.非制冷红外焦平面阵列探测器10.7.量子阱红外探测器第11章红外热成像系统及其分析（6学时）11.1.热成像系统的分类与基本参数11.2.光机扫描系统11.3.制冷器工作原理与分类11.4.热成像系统视频信号的处理与显示11.5.热成像系统的性能模型与作用距离11.6.热成像系统的总体设计的基本考虑三、考核与成绩评定本课程以课堂教学为主，平时成绩占总成绩的30%（平时考核10％＋课外作业20％）。
物理实验教案：成像的原理与方法
物理实验教案：成像的原理与方法成像的原理与方法一、引言成像是物理实验中的一个重要环节，通过成像可以观察和记录实验现象。
本教案将介绍成像的原理和方法，包括几种常见的成像方式以及使用相应仪器设备进行实验的步骤。
二、原理1. 成像光学系统成像光学系统是指由物体、透镜（或曲面镜）、光源以及接收屏幕等组成的系统。
透过物体发出或反射出来的光线经过透镜或曲面镜折射或反射后，最终在接收屏幕上形成所谓的“像”。
2. 几何光学法几何光学法是一种近似于直线传播路径并基于点源假设的方法。
根据几何光学法，我们可以使用平行光线和主轴上特定位置上点源发出的波前来推导光线从物体到成像平面上点位置之间传播路径。
3. 公式法公式法是一种基于几何关系建立起来的数学模型。
其中著名且常用的公式为薄透镜公式和球面镜公式。
利用这些公式，我们可以计算出物距、焦距以及像距之间的关系。
三、方法1. 使用凸透镜进行成像实验步骤：（1）将凸透镜放置在光线所通过的平面上。
（2）调整光源位置和物体位置，使得光线射向透镜并通过。
（3）在合适的距离处放置接收屏幕来观察成像现象。
（4）根据观察结果，记录下物距、像距等参数，并利用薄透镜公式计算焦距。
2. 使用反射成像实验步骤：（1）找到一个可以产生反射光线的表面，例如平面镜或者弯曲的镜子。
（2）将物体放置在合适位置，使得物体的光线垂直入射到反射表面上。
（3）使用接收屏幕来观察反射后的成像现象。
（4）根据观察结果，记录下物距、像距等参数，并利用球面镜公式计算出焦点位置。
四、常见问题与解答1. 为什么在几何光学法中我们可以近似认为光线是直线传播的？在大多数情况下，光线与物体相比具有较小的波长。
因此，当光线遇到较大的物体或光程差远远大于波长时，我们可以近似认为光线传播的路径是直线。
2. 为什么成像实验中常使用接收屏幕观察成像现象？通过使用接收屏幕，我们可以从观察角度上获得真实的成像效果。
这样有助于我们记录并分析成像参数，并与理论计算结果进行比较。
学习重点物理光学成像原理
学习重点物理光学成像原理光学成像是物理学中重要的分支之一，涉及到光的传播、反射、折射等多个方面。
学习光学成像原理对于了解光的行为以及应用于实际生活中的光学设备有着重要的意义。
本文将介绍学习光学成像原理的重点内容。
一、光学成像原理概述光学成像原理是指光经过透镜或者其他光学元件，通过折射、反射等作用得到清晰的像的过程。
它基于光的传播规律以及几何光学的原理，通过模拟光线的传播路径，建立图像的形成过程。
光学成像原理应用广泛，包括相机、显微镜、望远镜等光学设备。
二、光学成像的基本规律1. 光的直线传播：在物体和光学元件之间，光线沿直线传播，称为光的直线传播规律。
2. 光的反射：光在光滑表面上的反射遵循反射定律，即入射角等于反射角。
3. 光的折射：当光从一种介质射向另一种介质时，光线会发生折射，遵循折射定律，即入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率比。
4. 光的像的形成：通过透镜或者其他光学元件，光线按照一定的规律折射、反射，最终形成物体的像。
三、透镜成像原理透镜是光学成像中常见的元件，它可以将光线聚焦或发散，从而形成物体的像。
透镜成像原理主要包括以下几个方面：1. 焦点和焦距：透镜有两个焦点，即凸透镜的两个像方焦点和凹透镜的两个物方焦点。
焦距是从透镜的中心到主焦点的距离，用f表示。
2. 近轴光和主平面：近轴光是指光线与光轴的夹角很小，近似平行于光轴的光线。
主平面是指通过透镜中心且垂直于光轴的平面。
3. 透镜成像规律：当物体远离透镜的时候，透镜会将光线聚焦于焦点处，形成实像。
当物体靠近透镜的时候，透镜会让光线发散，形成虚像。
四、光学成像实例1. 相机成像：相机利用透镜对光线进行聚焦，将物体的图像投影在感光材料（胶片或图像传感器）上，形成照片或者影像。
2. 显微镜成像：显微镜通过透镜对微小物体进行放大观察，通过放大物体的像，使其能够被肉眼观察到。
3. 望远镜成像：望远镜利用多个透镜或者反射镜将远处的物体像放大，使其可以被人眼观察到。
光的成像知识点总结
光的成像知识点总结光的成像是光学研究中的重要内容，涉及到光的传播、折射、反射和成像等基本原理。
下面将对光的成像知识点进行总结。
一、光的传播1. 光的本质：光是由电磁波构成的，是一种电磁辐射。
2. 光的速度：光在真空中传播的速度为常数，约为3.00×10^8 m/s。
二、光的折射1. 折射定律：当光从一种介质进入另一种介质时，光线会发生折射。
折射定律表述了入射光线、折射光线和法线之间的关系：入射角的正弦与折射角的正弦成比例，即n₁sinθ₁=n₂sinθ₂，其中n₁和n₂分别为两种介质的折射率。
2. 全反射：当入射光线从光密介质射向光疏介质时，入射角超过临界角，光线将完全反射回原介质，不再折射出去。
三、光的反射1. 反射定律：光线在平面镜上的反射遵循反射定律，即入射角等于反射角。
入射光线、反射光线和法线三者在同一平面上。
2. 理想平面镜成像：理想平面镜上的物体成像具有虚实性，形象与物体相似，但位置与物体相对称。
四、薄透镜的成像1. 透镜的类型：透镜分为凸透镜和凹透镜。
凸透镜使光线向其凸起的一侧偏折，凹透镜使光线向其凹陷的一侧偏折。
2. 凸透镜成像规律：对于平行于主轴的入射光线，凸透镜会使光线会收敛于焦点；对于从焦点射入的光线，凸透镜会使光线平行于主轴射出；对于从凸透镜中心射入的光线，光线会保持原方向直线传播。
五、成像问题1. 物距、像距和焦距的关系：根据透镜成像公式，1/f=1/v-1/u，其中f为透镜焦距，v为像距，u为物距。
根据正负号可以判断成像的虚实性和位置关系。
2. 放大率：成像时，物体高度与像高度之比称为放大率。
放大率为正时，图像与物体为正立像；放大率为负时，图像与物体为倒立像。
光的成像是物理学和光学中的重要内容，对于我们理解光的传播和成像原理有着重要的意义。
通过对光的传播、折射、反射和成像等基本知识点的总结，我们可以更深入地理解光的行为和光学现象，并在实际生活和科学研究中应用这些知识。
光场成像优秀课件
视差就是从有一定距离旳两个点上 观察同一种目旳所产生旳方向差别
计算成像公式
经典旳辐射理论表面，在像平面上旳一点旳辐射来 自于镜头上全部辐射旳权重积分
EF
x,
y
1 F2
LF
x,
y,u, vcos4 dudv
LF x, y,u,v是距离目旳平面外F距离旳光场参数 cosΘ是因为光学渐晕效应旳衰减因子
• 动态场景 • 照明变化 • 光与物质旳相互作用
➢ 难于编辑 ➢ 改善
–全光照明函数[Wong02] –反射场[Debevec00]
光场旳参数化
• 光场(Light field)旳概念最早由A. Gershun 于1936年提出，用以描述光在三维空间中 旳福射传输特征。
• 光场是表示光辐射分布旳函数，反映了光 波动强度与光波分布位置和传播方向之间 旳映射关系。
光场成像
背景知识-艾里斑
❖背景知识 ❖全光函数 ❖光场 ❖光场采样 ❖光场旳获取
背景知识-艾里斑
瑞利判据：当一种艾里斑旳边沿恰好与另一种艾 里斑中心重叠时，这两个艾里斑刚好能被区别开。
F1 D d 0 1.22
d为像素尺寸 D为光圈直径
f number F d
D 1.22
假如此圆形足够小，肉眼依然可被视为 点旳成像。这个能够被接受旳最大直径 被称为允许弥散圆直径δ
假如换成微透镜，微透镜尺寸是20微米， 每个下面有十个像素，那么空间辨别率 是1800×1200，方向辨别率是10×10
空间辨别率和方向辨别率
A图微透镜在主镜头焦平 面上，传感器与微透镜间 距为微透镜焦距 最大旳方向辨别率
光场相机成像原理
光场相机成像原理光场相机是一种新型的数字图像采集设备，它利用微透镜阵列和图像处理算法来实现对景深范围内的完整图像信息的采集和重构。
光场相机的成像原理相对传统相机来说更为复杂，下面将详细介绍其成像原理。
光场相机是根据薄透镜的成像原理设计而成的，它在传感器前面加入了一层微透镜阵列。
这个阵列由许多微型透镜组成，每个透镜上都有一个单独的像素。
当光通过透镜进入相机时，透镜上的每个像素都会记录下光线的方向和强度信息。
这种方式使得光场相机能够同时捕捉到不同方向和位置的光线信息。
由于传统相机只能记录光线通过透镜中心的信息，因此它只能获得到一种方向的光线信息，也就是只能获得到一组焦平面上的图像信息。
而光场相机则能够获得到全景深范围内相机前面的所有物体的完整信息。
在光线通过透镜进入传感器之前，会经过微透镜阵列的微透镜透镜，这些透镜会将光线分散到不同的像素上。
当光线通过透镜时，会根据入射光线的方向和强度被分配到不同的透镜上。
这样，每个像素上便记录下了该位置上的光线方向和强度信息。
通过微透镜阵列获得的光线方向和强度信息被传感器记录下来，经过AD转换后，得到了光场图像。
光场图像则存储了光线的方向和强度等信息，通过对这些信息的处理，便可以获取到景深范围内的完整图像信息。
对光场图像的处理一般包括两个主要步骤，分别是光线重构和景深调整。
光线重构是将光场传感器获取到的图像的不同像素上的光线方向和强度重新组合，形成完整图像。
景深调整则是通过改变焦距和孔径大小等参数来实现对焦平面的调整，从而获得不同景深范围内的图像。
光场相机还可以通过对光场图像进行后处理，如计算机视觉算法等，来实现更多的功能。
例如，可以通过后处理提取景深信息、实现3D重建、实现实时对焦和改变视角等。
总之，光场相机是一种基于微透镜阵列的成像设备，它通过记录光线的方向和强度信息，并经过适当处理，实现了对景深范围内的完整图像信息的采集和重构。
这种成像原理使得光场相机在摄影、计算机视觉和虚拟现实等领域具有广阔的应用前景。
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光场成像原理光场成像理论目录1. 光场概念 (2)1.1 七维全光函数 (2)1.2 全光函数的降维 (3)2. 光场采集设备的发展与典型结构 (4)2.1 多相机光场采集 (4)2.2 单相机光场采集 (9)3. 微透镜阵列的光场采集 (15)3.1 基于针孔阵列的光场采集 (16)3.2 基于微透镜阵列的光场采集 (18)1. 光场概念1.1 七维全光函数光场(Light field)的概念最早于1936年由A.Gershun 提出，用以描述光在三维空间中的辐射传输特性。
1991年，E.adelson 和J.Bergen 根据人眼对外部光线的视觉感知，提出全光函数(Plenoptic function)，利用七维函数表征场景中物体表面发出(或反射)的光线。
在全光函数可以表示为：7(,,,,,,)P P x y z t θϕλ=其中，,,x y z —表征光纤中任意一点的三维坐标；,θϕ—表征光纤传输方向λ—表征光线波长t —表示时间此时，全光函数7(,,,,,,)P P x y z t θϕλ=表示了波长为λ的光线t 时刻经过三维空间中坐标为(,,)x y z 的点，且传播方向为(,)θϕ的一条光线。
与只包含位置信息的光场不同，全光函数的七维表示增加了光线的色彩信息及动态变化。
1.2 全光函数的降维根据全光函数7(,,,,,,)P P x y z t θϕλ=的意义，当光线在自由空间中传播时，其频率(即波长λ)不发生变化，对于静态场，此时全光函数可由七维降至五维，即5(,,,,)P P x y z θϕ=由于观察者往往受限于目标的成像范围，此时五维光场出现一位冗余，当给定光线在自由空间的辐射不发生变化，因此在限光器的空间范围内，五维光场可以表示为四维光场。
四维光场的参数化表征可有一下三种方式：1) 方向-点参数化表政法。
利用光线与平面的交点(,)x y 和光线方向(,)θϕ作为四维参数来描述光场中的光线。
2) 球面光场参数表征法。
利用紧紧包围三维物体的球面上两点，可以表征球面封闭范围内任意一条光线的传播。
尽管该参数表征方式采样均匀，但无法表征与球面相切的光线。
3) 双平面参数化表征法。
双平面参数化表征法是采用光线与两个平行平面的焦点坐标来对光场中光线进行参数化表征。
其表达形式为(,,,)L s t u v ，其中(,)s t 和(,)u v 分表是光纤盒两平面的坐标交点。
由于实际中大部分成像系统都可以简化成两个相互平行的平面，如传统光学系统中的光瞳面和探测器像面，因此双平面参数化表征法具有较高的合理性和实用性。
图1.1 三种光场参数化模型2. 光场采集设备的发展与典型结构区别于传统成像方式，光场成像是一种计算成像技术，对捕获光场信息进行相应的数字处理才能得到相应的图像信息。
从目前光场相机的结构组成上区分，可分为多相机阵列和单相机改造两种方式。
多相机阵列采集光场信息是通过相机阵列对同一目标进行成像，因为每一个相机分别处于不同视角，因此对应光场的一个方向采样。
单相机改造结构是利用在单个相机中引入光学调制元件，改变成像结构进行如何光场的重新采集，实现将入射的四维光场重新分布在二维探测器平面。
2.1 多相机光场采集在多相机阵列出现之前，一般通机械移动装置实现相机多目标多视角图像采集。
其中典型结构包括M.Levoy所设计的移动机械臂和A.Isaksen等人设计的二维移动平台。
自1996年，美国斯坦福大学的Marc Levoy等人将相机固定到一个广场采集支架，如图2.1所示。
利用支架的二维平移和二维转动实现四个自由度的调整，仅为完成目标广场的完成采集。
在2000年，根据斯坦福实验室所设计的移动机械臂原理，A.Isaksen等人设计了类似的二维移动平台驱动相机进行光场采样，如图2.2所示，利用光场参数的变化实现不同的成像应用，包括改变景深及调节焦点。
当相机在平台上能够移动较大范围距离时，合成光场能够穿透遮挡物对其后目标进行图像的重构。
图2.1 斯坦福采集光场平台图2.2 二维移动平台和相机在2002年，J.C.Yang利用结构排列紧密的微透镜阵列代替摄像头阵列设计了一种结构紧促、成本低廉的光场采集设备，如图2.3所示。
设备通过8×11 个微透镜阵列对物体进行多角度成像实现光场采集，再利用一个平板扫描仪对透镜像平面完成一次扫描，即可将所有微透镜所成的像记录到计算机中。
图2.3 采集微透镜阵列和平板扫描仪的光场采集装置早期的多相机阵列还包括J.C.Yang等人设的8×11个摄像机阵列(如图2.4)，以及C.Zhang和T.Chen设计可独立调节姿态的多相机阵列(如图2.5)。
在后者的设中，每个相机都固定到一个移动机构单元中，可以各自在水平方向和两维转动方向进行调节。
图2.4 J.C.Yang等人设计的实时相机阵列图2.5 可独立调节姿态的相机阵列论是采用外部机械或是扫描仪，要完成光场的采集都需要一定的扫描周期，因此只能局限于对静态物体的拍摄，而采用多相机阵列可以弥补这一缺陷。
斯坦福大学的学者利用大型的相机阵列对光场进行捕捉与处理，对此进行全面的分析和研究。
围绕成像应用领域的不同，在 2003 年 B.Wilburn等人设计了几种不同的摄像机阵列，如图2.6.所示。
通过严格控制每个相机单元的时间同步以及位置的精度，从而能精确地对光场数据进行捕捉处理，获得高分辨率光场图像。
图2.6 斯坦福相机阵列2.2 单相机光场采集多相机阵列的规模和尺寸限制其使用场合，而实现单相机内的广场获取则更具实际意义。
1992年，E.Adelson和J.Wang设计了一种全光相机(Plenoptic camera)，其结构原理如图2.7.a所示，系统由主镜头、微透镜阵列、成像探测器组成。
探测器与主镜头的光瞳关于微透镜共轭，主镜头出射的光线经过每个微透镜后投影到其对对应的若干像元上，这些像元共同组成一个“宏像素”(Macropixel)。
此时每个宏像素的坐标对应目标像点的几何位置，二宏像素中所覆盖的每个探测器像元则代表目标的不同视角信息。
在该系统的设计中，包含了一个光学扩散片和一个场景。
前者的作用类似于摄影相机中的额低通滤镜，相处高于透镜阵列采样频率的高频成分；而场景的引入可以将宏像素对齐到微透镜所在位置。
在如图2.7.b所示系统中，利用中继镜头将微透镜阵列焦面上的像转接到探测器，可以解决犹豫微透镜焦距非常小导致的探测器和微透镜阵列难以直接耦合的困难。
由于二次成像具有较严重的渐晕效应，因此在微透镜焦平面处加入一片毛玻璃进行匀光补偿。
图2.7 (a)全光相机设计结构；(b)采用终极镜头的全光相机2005年，R. Ng等人简化了全光相机的设计，在常规摄影相机的基础上制成手持式全光相机(光场相机)，如图2.8所示。
等通探测器芯片立接安装在微透镜阵列的焦面上，减少了中继镜头所带来的额外尺寸以及渐晕效应。
由于宏像素的排列次序与相应微透镜单元的排列保持一致，两者并不需要严格的对齐，因此也可以去除场镜。
图2.9中，顶部两幅图片为手持式光场相机所拍摄的光场图像，宏观上来看与常规图像没有太大区别，但从放大后的图中可以明显看出，每个微透镜所对应的宏像素均覆盖了若干个探测器像元。
对二维光场图像中的像素进行重新排列，得到四维光场矩阵，将四维光场重新投影到新的像平而进行积分叠加，就可以获得不同像平而上的对焦图像。
这一对焦过程完全依靠数字计算来完成，而非传统的机械对焦方式，因此称之为“数字对焦”(Digital refocusing)。
图2.9底部三幅图片给出光场相机依次对焦到前、中、后三个、同深度位置的重构图像。
图2.9 上图为光场相机结构原理图；下图为光场相机外观图2.8光场图像与数字对焦T.Georgiev等人基于光场维度冗余性，减少光场方向维度的采样，即用较低的分辨率换取相对较高的空间分辨率。
在光场相机中，减少方向采样的直接方法就是减小微透镜单元的孔径和焦距，使单个宏像素所覆盖的像元数减少。
减小微透镜单元孔径和焦距的方法分别会引入制造和处理的两大问题。
为此，T.Georgiev等人对此展开相关研究，其中A.Lumsdaine和T.Georgiev提出的光场相机2.0，又称”聚焦光场相机”，其结构如图2.9所示。
探测器位于微透镜阵列之前某个有限距离处的虚拟无平面上。
若该虚拟物平面和探测器分别距离微透镜a和b，那么光场相机对光场的方向分辨率为/a b，空问分辨率为探测器分辨率的/b a倍。
通过调整参数a和b可以对光场方向采样和空问采样进行折衷调节。
图2.9 光场相机2.0结构针对处理的问题，T.Georgiev等设计了一种外置与常规相机镜头前端的微透镜阵列(或透镜-棱镜阵列)，如图2.10所示。
每个子图像为光场的一个方向维度采样，而子图像内的像元表示光场的空间采样。
由于光场的方向采样数一般都远小于其空间采样数，因此采用这种排列方式能够减少子图像边缘像素的比例，因而提高了探测器像元的有效利用率。
图2.10 采用外置透镜-棱镜阵列的光场相机与此结构类似，由P.Green等人设计的多孔径相机，如图2.11所示。
多孔径相机将主镜头的孔径分割为四个同心环，目标经过每个环形子孔径所成的像，经过不同的反射光路重新分布到探测器像面。
与上述光场相机在光场方向维度的二维形采样方式不同，多孔径相机只对光场的方向维度沿径向进行一维采样，将其获得的多孔径图像直接相加即可合成为常规扣机在不同光圈下的图像。
环形孔径分割方式难以直接在折射型透镜上实现，因此需采用额外的反射和中继光路，增加了整个系统的尺寸重量和工程复杂度。
图2.11 基于环形分割的多孔径相机C.K.Liang 等人设计的一种可编程孔径相机(Programmable aperture camera)，可通过多次曝光对主镜的子孔径进行采样，每次曝光只允许特定子孔径位置的光线成像到探测器。
可编程孔径相机所采集到的光场具有与探测器桕当的空问分辨率，但这同时是以牺牲噪光时间或图像信噪比为代价的，多次曙光成像所形成的庞大数据量也成为额外的负担。
A.Veeraraghavan等人还提出了另一种采用编码调制的方式获取光场的方法，即外差式光场相机(Heterodyne light field camera)，如图2.12所示。
与空域对光场进行调制的光场相机不同，外差式光场相机实现的是四维光场在傅里叶频域中的调制。
在傅里叶域来看，某个深度位置所成的像就是四维光场沿相应角度θ的二维切片。
如果在这个深度平面放置一片具有特定透过率函数的编码掩膜，则光线经过掩膜滤光的过程在傅里叶域表现为光场频谱与透过率函数傅里叶变换的卷积。
将掩膜透过率函数设计为余弦函数，其傅里叶变换为脉冲函数，就可以实现光场频谱沿θ角度的复制和搬移。