计算机图形学入门XVI

Cameras,Lenses and Light Fields

本节为拓展内容

一、Field of View(FOV视场)

1. Focal Length(焦距)与视场的关系：

   • h = sensor height
   • f = focal length
     
     $$
     FOV = 2arctan(\frac{h}{2f})
     $$

2. 由于历史原因，通常使用35mm格式的胶片(35x24mm)上透镜的焦距来表示视场，例如：

   • 17mm广角镜头104°
   • 59mm常规镜头47°
   • 200mm长焦镜头12°

3. 可以通过减小焦距的方式保持视场(例如手机的传感器很小，通过缩小焦距增大视场)

二、Exposure(曝光)

$$
H = T \times E
\
(Exposure = time \times irradiance)
$$

1. Exposuer time(T)：由快门控制
   Irrdiance(E)：光落在传感器单位面积上的光的功率，由透镜孔径和焦距控制
2. 相机中的曝光控制
   • 孔径尺寸：通过控制打开/关闭 f-stop 改变光圈大小(如果相机有光圈控制)即F-Number(F-Stop)：Exposure Levels
   • 快门(Shutter Speed)：改变传感器接收光的持续时间
   • ISO(感光度)增益：改变传感器值和数字图像值之间的系数(相当于后期处理，既可以在硬件层面也可以在软件层面)可以提升曝光度，但也会引入噪声问题
3. 也就是景深和动态模糊不可兼得

三、Idel Thin Lens(理想透镜)

1. 透镜性质：
   $$z_s = 物距 \quad z_i = 像距$$
   $$
   \frac{1}{f} = \frac{1}{z_s} + \frac{1}{z_i}
   $$

2. Defocus Blur(散焦模糊)：
   
   $$
   \frac{C}{A}=\frac{d’}{z_i}=\frac{\vert z_s - z_i \vert}{z_i}
   $$
   
   $$
   C=A\frac{\vert z_s - z_i \vert}{z_i}=\frac{f}{N} \frac{\vert z_s - z_i \vert}{z_i}
   $$

3. 因此可以得出结论：为了拍出更清晰的照片选择小光圈(A代表光圈直径)

4. Ray Tracing for Defocus Blur：
   

5. Depth of Field(景深)：
   

6. Depth of Field(FYI)：
   

(下接 计算机图形学XVII)