สนามแสง

Q: มิติที่สูงขึ้น

เวลา ความยาวคลื่น และ มุม โพลาไรเซชัน สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นมิติเพิ่มเติม ซึ่งจะทำให้ได้ฟังก์ชันที่มีมิติสูงขึ้นตามลำดับ

สนามแสงหรือlightfieldคือสนามทางกายภาพที่อธิบายปริมาณแสงที่ไหลในทุกทิศทางผ่านทุกจุดในปริภูมิสามมิติปริภูมิทางคณิตศาสตร์ของรังสีแสง ที่เป็นไปได้ทั้งหมดนั้น กำหนดโดยฟังก์ชัน plenoptic ห้ามิติ (โดยมีพิกัดตำแหน่งสามพิกัดและมุมทิศทางสองมุมเป็นอาร์กิวเมนต์) และขนาดของแต่ละรังสีจะกำหนดโดยความสว่าง ของ มัน

ไมเคิล ฟาราเดย์เป็นคนแรกที่เสนอว่าแสงควรได้รับการตีความว่าเป็นสนาม เช่นเดียวกับสนามแม่เหล็กที่เขาเคยศึกษา^{[ 1 ]}คำว่าสนามแสงถูกบัญญัติโดยAndrey Gershunในบทความคลาสสิกปี 1936 เกี่ยวกับคุณสมบัติทางรังสีของแสงในพื้นที่สามมิติ

คำว่า "สนามการแผ่รังสี" อาจใช้เพื่ออ้างถึงแนวคิดที่คล้ายคลึงกันหรือเหมือนกัน^{[ 2 ]}คำนี้ใช้ในการวิจัยสมัยใหม่ เช่นสนามการแผ่รังสีประสาท

สูตร

ความสว่างLตามแนวลำแสงสามารถคิดได้ว่าเป็นปริมาณแสงที่เดินทางไปตามเส้นตรงที่เป็นไปได้ทั้งหมดผ่านท่อที่มีขนาดกำหนดโดยมุมตันและพื้นที่หน้าตัด

สำหรับทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต —กล่าวคือ ในขอบเขตของ แสง ที่ไม่สอดคล้องกันและวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่นของแสง—ตัวพาพื้นฐานของแสงคือรังสีหน่วยวัดปริมาณแสงที่เดินทางไปตามรังสีคือความสว่าง (radiance ) ซึ่งแทนด้วยLและมีหน่วยเป็นW·sr ⁻¹ ·m ⁻² กล่าว คือวัตต์ (W) ต่อสเตอเรเดียน (sr) ต่อตารางเมตร (m ² ) สเตอเรเดียนเป็นหน่วยวัดมุมตันและตารางเมตรใช้เป็นหน่วยวัดพื้นที่หน้าตัด ดังแสดงในภาพด้านขวา

ความสว่างตามรังสีทั้งหมดในบริเวณของพื้นที่สามมิติที่ส่องสว่างด้วยการจัดเรียงแสงที่ไม่เปลี่ยนแปลงเรียกว่าฟังก์ชันพลีโนปติก^{[ 3 ]}ฟังก์ชันการส่องสว่างพลีโนปติกเป็นฟังก์ชันในอุดมคติที่ใช้ในคอมพิวเตอร์วิชั่นและคอมพิวเตอร์กราฟิกเพื่อแสดงภาพของฉากจากตำแหน่งการมองที่เป็นไปได้ใดๆ ที่มุมมองใดๆ ณ จุดเวลาใดๆ มันไม่ได้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติในการคำนวณ แต่มีประโยชน์ในเชิงแนวคิดในการทำความเข้าใจแนวคิดอื่นๆ ในวิชั่นและกราฟิก^{[ 4 ]}เนื่องจากรังสีในอวกาศสามารถกำหนดพารามิเตอร์ได้ด้วยพิกัดสามพิกัดx , yและzและมุมสองมุมθและϕ ดังแสดงในภาพด้านซ้าย จึงเป็นฟังก์ชันห้ามิติ นั่นคือฟังก์ชันบน แมนิโฟลด์ห้ามิติที่เทียบเท่ากับผลคูณของพื้นที่ยุคลิด สามมิติ และทรงกลม 2มิติ

สนามการแผ่รังสี

การรวมเวกเตอร์ความเข้มแสงD และD ที่เกิดจากแหล่งกำเนิดแสงสองแหล่ง I และ I จะสร้างเวกเตอร์ลัพธ์Dที่มีขนาดและทิศทางดังที่แสดง^{[ 5 ]}

สนามแสง ณ แต่ละจุดในอวกาศสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นชุดเวกเตอร์อนันต์ โดยแต่ละเวกเตอร์มุ่งไปยังจุดนั้นในทิศทางต่างๆ และมีความยาวแปรผันตรงกับความสว่างของเวกเตอร์เหล่านั้น

การรวมเวกเตอร์เหล่านี้เข้ากับชุดแสงใดๆ หรือทั่วทั้งทรงกลมของทิศทาง จะสร้างฟังก์ชันค่าเวกเตอร์ของพื้นที่ 3 มิติที่เรียกว่าสนามความสว่างเวกเตอร์ [ ^{6 ] ทิศทาง}เวกเตอร์ ณ แต่ละจุดในสนามสามารถตีความได้ว่าเป็นการวางแนวของพื้นผิวเรียบที่วางไว้ ณ จุดนั้นเพื่อให้ส่องสว่างที่สุด ขนาดของเวกเตอร์เป็น ฟังก์ชันค่าสเกลาร์ของพื้นที่ 3 มิติที่เรียกว่าความสว่าง

มิติที่สูงขึ้น

เวลาความยาวคลื่นและ มุม โพลาไรเซชันสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นมิติเพิ่มเติม ซึ่งจะทำให้ได้ฟังก์ชันที่มีมิติสูงขึ้นตามลำดับ

สนามแสง 4 มิติ

ความสว่างตามแนวลำแสงจะคงที่หากไม่มีสิ่งกีดขวาง

ในฟังก์ชันพลีโนปติก หากบริเวณที่สนใจมี วัตถุ เว้า (เช่น มือที่ประกบกัน) แสงที่ออกจากจุดหนึ่งบนวัตถุอาจเดินทางได้เพียงระยะสั้น ๆ ก่อนที่อีกจุดหนึ่งบนวัตถุจะขวางกั้นไว้ อุปกรณ์ใด ๆ ในทางปฏิบัติก็ไม่สามารถวัดฟังก์ชันในบริเวณดังกล่าวได้

อย่างไรก็ตาม สำหรับตำแหน่งที่อยู่นอกขอบเขตนูน ของวัตถุ (ในเชิงแนวคิด รูปร่างที่แผ่นฟิล์มห่อหุ้มจะกลายเป็น) ฟังก์ชันพลีโนปติกสามารถวัดได้โดยการจับภาพหลายภาพ ในกรณีนี้ ฟังก์ชันจะมีข้อมูลที่ซ้ำซ้อน เนื่องจากความสว่างตามแนวรังสีคงที่ตลอดความยาว ข้อมูลที่ซ้ำซ้อนนั้นมีมิติเดียวพอดี ทำให้เหลือฟังก์ชันสี่มิติที่เรียกว่าสนามโฟติก สนามแสง 4 มิติ^{[ 7 ]}หรือลูมิกราฟ^{[ 8 ]}ตามหลักการแล้ว สนามนี้ถูกกำหนดให้เป็นความสว่างตามแนวรังสีในพื้นที่ว่าง

ชุดของรังสีในฟิลด์แสงสามารถกำหนดพารามิเตอร์ได้หลายวิธี วิธีที่พบมากที่สุดคือการกำหนดพารามิเตอร์แบบสองระนาบ แม้ว่าการกำหนดพารามิเตอร์นี้จะไม่สามารถแสดงรังสีทั้งหมดได้ เช่น รังสีที่ขนานกับระนาบทั้งสอง หากระนาบทั้งสองขนานกัน แต่ก็มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับเรขาคณิตเชิงวิเคราะห์ของการสร้างภาพแบบเปอร์สเปคทีฟ วิธีคิดง่ายๆ เกี่ยวกับฟิลด์แสงแบบสองระนาบคือ มองว่าเป็นชุดของภาพเปอร์สเปคทีฟของ ระนาบ st (และวัตถุใดๆ ที่อาจอยู่คร่อมหรืออยู่นอกระนาบนั้น) โดยแต่ละภาพถ่ายจากตำแหน่งของผู้สังเกตบน ระนาบ uvฟิลด์แสงที่กำหนดพารามิเตอร์ด้วยวิธีนี้บางครั้งเรียกว่าแผ่นแสง (light slab)

ภาพแสดงการกำหนดพารามิเตอร์ทางเลือกบางส่วนของสนามแสง 4 มิติ ซึ่งแสดงถึงการไหลของแสงผ่านบริเวณว่างในปริภูมิสามมิติ ซ้าย: จุดบนระนาบหรือพื้นผิวโค้ง และทิศทางที่ออกจากแต่ละจุด กลาง: คู่ของจุดบนพื้นผิวทรงกลม ขวา: คู่ของจุดบนระนาบสองระนาบในตำแหน่งทั่วไป (หมายถึงตำแหน่งใดๆ)

เสียงอนาล็อก

สิ่งที่เทียบเคียงได้กับสนามแสง 4 มิติสำหรับเสียงคือสนามเสียงหรือสนามคลื่น ดังเช่นในการสังเคราะห์สนามคลื่นและการกำหนดพารามิเตอร์ที่สอดคล้องกันคือปริพันธ์ของ Kirchhoff–Helmholtzซึ่งระบุว่า ในกรณีที่ไม่มีสิ่งกีดขวาง สนามเสียงเมื่อเวลาผ่านไปจะถูกกำหนดโดยความดันบนระนาบ ดังนั้นนี่จึงเป็นข้อมูลสองมิติ ณ จุดใดจุดหนึ่งในเวลา และเมื่อเวลาผ่านไป จะเป็นสนาม 3 มิติ

มิติสองมิตินี้ เมื่อเปรียบเทียบกับมิติสี่มิติที่ปรากฏของแสง เป็นเพราะแสงเดินทางเป็นลำแสง (0 มิติ ณ จุดเวลาหนึ่ง 1 มิติเมื่อเวลาผ่านไป) ในขณะที่ตามหลักการของฮุยเกนส์-เฟรสเนล คลื่นเสียงสามารถจำลองได้เป็นคลื่นทรงกลม (2 มิติ ณ จุดเวลาหนึ่ง 3 มิติเมื่อเวลาผ่านไป) แสงเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว (2 มิติของข้อมูล) ในขณะที่เสียงขยายตัวออกไปทุกทิศทาง อย่างไรก็ตาม แสงที่เดินทางในตัวกลางที่ไม่ว่างเปล่าอาจกระเจิงในลักษณะเดียวกัน และความไม่สามารถย้อนกลับได้หรือข้อมูลที่สูญเสียไปในการกระเจิงนั้นสามารถสังเกตได้จากการสูญเสียมิติของระบบที่ปรากฏ

การปรับโฟกัสภาพใหม่

เนื่องจากสนามแสงให้ข้อมูลเชิงพื้นที่และเชิงมุม เราจึงสามารถปรับตำแหน่งของระนาบโฟกัสได้หลังจากการถ่ายภาพ ซึ่งมักเรียกว่าการปรับโฟกัสใหม่หลักการของการปรับโฟกัสใหม่คือการสร้างภาพถ่าย 2 มิติแบบดั้งเดิมจากสนามแสงโดยใช้การแปลงเชิงปริพันธ์การแปลงนี้ใช้สนามแสงเป็นอินพุตและสร้างภาพถ่ายที่โฟกัสบนระนาบเฉพาะ

สมมติว่า $L_{F}(s,t,u,v)$ แสดงถึงสนามแสง 4 มิติที่บันทึกรังสีแสงที่เดินทางจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง $(u,v)$ บนเครื่องบินลำแรกเพื่อจัดวางตำแหน่ง $(s,t)$ บนระนาบที่สอง ซึ่ง $F$ คือระยะห่างระหว่างระนาบสองระนาบ ในภาพถ่ายสองมิติที่ระดับความลึกใดๆ $\alpha F$ สามารถหาได้จากการแปลงอินทิกรัลต่อไปนี้: ^{[ 9 ]}

{\mathcal {P}}_{\alpha }\left[L_{F}\right](s,t)={1 \over \alpha ^{2}F^{2}}\iint L_{F}\left(u\left(1-{\frac {1}{\alpha }}\right)+{\frac {s}{\alpha }},v\left(1-{\frac {1}{\alpha }}\right)+{\frac {t}{\alpha }},u,v\right)~dudv

,

หรือกล่าวโดยย่อกว่านั้นก็คือ

{\mathcal {P}}_{\alpha }\left[L_{F}\right]({\boldsymbol {s}})={\frac {1}{\alpha ^{2}F^{2}}}\int L_{F}\left({\boldsymbol {u}}\left(1-{\frac {1}{\alpha }}\right)+{\frac {\boldsymbol {s}}{\alpha }},{\boldsymbol {u}}\right)d{\boldsymbol {u}}

,

ที่ไหน ${\boldsymbol {s}}=(s,t)$ , ${\boldsymbol {u}}=(u,v)$ , และ ${\mathcal {P}}_{\alpha }\left[\cdot \right]$ คือผู้ควบคุมการถ่ายภาพ

ในทางปฏิบัติ สูตรนี้ไม่สามารถนำมาใช้ได้โดยตรง เนื่องจากกล้องแบบเพลนอปติกมักจะบันทึกตัวอย่างแสงแบบแยกส่วน $L_{F}(s,t,u,v)$ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการสุ่มตัวอย่างใหม่ (หรือการประมาณค่าในช่วง) เพื่อคำนวณ ${\textstyle L_{F}\left({\boldsymbol {u}}\left(1-{\frac {1}{\alpha }}\right)+{\frac {\boldsymbol {s}}{\alpha }},{\boldsymbol {u}}\right)}$ อีกปัญหาหนึ่งคือความซับซ้อนในการคำนวณสูง การคำนวณ... $N\times N$ ภาพถ่าย 2 มิติจาก $N\times N\times N\times N$ สนามแสง 4 มิติ ความซับซ้อนของสูตรคือ $O(N^{4})$ [ ⁹^]

การถ่ายภาพแบบ Fourier slice

วิธีหนึ่งในการลดความซับซ้อนของการคำนวณคือการนำแนวคิดของทฤษฎีบท Fourier slice มาใช้ : ^{[ 9 ]}ตัวดำเนินการถ่ายภาพ ${\mathcal {P}}_{\alpha }\left[\cdot \right]$ สามารถมองได้ว่าเป็นการเฉือนตามด้วยการฉายภาพ ผลลัพธ์ควรเป็นสัดส่วนกับส่วนตัด 2 มิติที่ขยายใหญ่ขึ้นของการแปลงฟูริเยร์ 4 มิติของสนามแสง กล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้น ภาพที่ปรับโฟกัสใหม่สามารถสร้างขึ้นจากสเปกตรัมฟูริเยร์ 4 มิติของสนามแสงได้โดยการดึงส่วนตัด 2 มิติออกมา ใช้การแปลงผกผัน 2 มิติ และปรับขนาด ความซับซ้อนเชิงอะซิมโทติกของอัลกอริทึมคือ $O(N^{2}\operatorname {log} N)$ .

การแปลงสแต็กโฟกัสแบบไม่ต่อเนื่อง

อีกวิธีหนึ่งในการคำนวณภาพถ่าย 2 มิติอย่างมีประสิทธิภาพคือการใช้การแปลงโฟกัสแบบแยกส่วน (DFST) ^{[ 10 ]} DFST ได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างชุดภาพถ่าย 2 มิติที่ปรับโฟกัสใหม่ หรือที่เรียกว่าFocal Stackวิธีนี้สามารถนำไปใช้ได้โดยการแปลงฟูริเยร์เศษส่วน แบบเร็ว (FrFT)

ช่างภาพที่ทำงานอย่างลับๆ ${\mathcal {P}}_{\alpha }\left[\cdot \right]$ มีนิยามดังต่อไปนี้สำหรับสนามแสง $L_{F}({\boldsymbol {s}},{\boldsymbol {u}})$ สุ่มตัวอย่างในตาราง 4 มิติ ${\boldsymbol {s}}=\Delta s{\tilde {\boldsymbol {s}}},$ ${\tilde {\boldsymbol {s}}}=-{\boldsymbol {n}}_{\boldsymbol {s}},...,{\boldsymbol {n}}_{\boldsymbol {s}}$ , ${\boldsymbol {u}}=\Delta u{\tilde {\boldsymbol {u}}},{\tilde {\boldsymbol {u}}}=-{\boldsymbol {n}}_{\boldsymbol {u}},...,{\boldsymbol {n}}_{\boldsymbol {u}}$ :

{\mathcal {P}}_{q}[L]({\boldsymbol {s}})=\sum _{{\tilde {\boldsymbol {u}}}=-{\boldsymbol {n}}_{\boldsymbol {u}}}^{{\boldsymbol {n}}_{\boldsymbol {u}}}L({\boldsymbol {u}}q+{\boldsymbol {s}},{\boldsymbol {u}})\Delta {\boldsymbol {u}},\quad \Delta {\boldsymbol {u}}=\Delta u\Delta v,\quad q=\left(1-{\frac {1}{\alpha }}\right)

เพราะ $({\boldsymbol {u}}q+{\boldsymbol {s}},{\boldsymbol {u}})$ โดยปกติแล้วค่าที่อยู่นอกกริดจะไม่ปรากฏบนกริด 4 มิติ ดังนั้น DFST จึงใช้การประมาณค่าแบบตรีโกณมิติเพื่อคำนวณค่าเหล่านั้น

อัลกอริทึมนี้ประกอบด้วยขั้นตอนดังต่อไปนี้:

สุ่มตัวอย่างสนามแสง $L_{F}({\boldsymbol {s}},{\boldsymbol {u}})$ โดยมีช่วงเวลาการสุ่มตัวอย่าง $\Delta s$ และ $\Delta u$ และรับสนามแสงแบบแยกส่วน $L_{F}^{d}({\boldsymbol {s}},{\boldsymbol {u}})$ .
แผ่นรอง $L_{F}^{d}({\boldsymbol {s}},{\boldsymbol {u}})$ โดยมีค่าเป็นศูนย์เพื่อให้ความยาวของสัญญาณเพียงพอสำหรับ FrFT โดยไม่เกิดการบิดเบือนสัญญาณ (aliasing)
สำหรับทุกๆ ${\boldsymbol {u}}$ คำนวณการแปลงฟูริเยร์แบบไม่ต่อเนื่องของ $L_{F}^{d}({\boldsymbol {s}},{\boldsymbol {u}})$ และได้รับผลลัพธ์ $R1$ .
สำหรับทุกช่วงความยาวโฟกัส $\alpha F$ คำนวณการแปลงฟูริเยร์เศษส่วนของ $R1$ โดยที่ลำดับของการแปลงขึ้นอยู่กับ $\alpha$ และได้รับผลลัพธ์ $R2$ .
คำนวณการแปลงฟูริเยร์แบบไม่ต่อเนื่องผกผันของ $R2$ .
ลบพิกเซลขอบของ $R2$ เพื่อให้ภาพถ่าย 2 มิติแต่ละภาพมีขนาด $(2{n}_{\boldsymbol {s}}+1)$ โดย $(2{n}_{\boldsymbol {s}}+1)$

วิธีการสร้างสนามแสง

ในกราฟิกคอมพิวเตอร์ โดยทั่วไปแล้วฟิลด์แสงจะถูกสร้างขึ้นโดยการเรนเดอร์โมเดล3 มิติหรือโดยการถ่ายภาพฉากจริง ไม่ว่าในกรณีใด เพื่อสร้างฟิลด์แสง จะต้องได้รับมุมมองจากชุดมุมมองจำนวนมาก ขึ้นอยู่กับการกำหนดพารามิเตอร์ ชุดมุมมองนี้โดยทั่วไปจะครอบคลุมส่วนใดส่วนหนึ่งของเส้นตรง วงกลม ระนาบ ทรงกลม หรือรูปร่างอื่นๆ แม้ว่าชุดมุมมองที่ไม่มีโครงสร้างก็เป็นไปได้เช่นกัน^{[ 11 ]}

อุปกรณ์สำหรับจับภาพสนามแสงด้วยการถ่ายภาพอาจรวมถึงกล้องมือถือที่เคลื่อนที่ได้หรือกล้องที่ควบคุมด้วยหุ่นยนต์^{[ 12 ]}ชุดกล้อง (เช่นเดียวกับ เอฟเฟกต์ bullet timeที่ใช้ในThe Matrix ) ชุดกล้องที่หนาแน่น^{[ 13 ]}กล้องมือถือ [ ¹⁴^]^[¹⁵^]กล้องจุลทรรศน์^[¹⁶^{] หรือระบบออ}^ปติคอลอื่นๆ^[¹⁷^]

จำนวนภาพในฟิลด์แสงขึ้นอยู่กับการใช้งาน การจับภาพฟิลด์แสงของรูปปั้นราตรีของมิเกลันเจโล^{[ 18 ]}ประกอบด้วยภาพ 1.3 ล้านพิกเซลจำนวน 24,000 ภาพ ซึ่งถือว่ามีขนาดใหญ่ในปี 2022 สำหรับการเรนเดอร์ฟิลด์แสงเพื่อให้สามารถจับภาพวัตถุทึบแสงได้อย่างสมบูรณ์ จะต้องถ่ายภาพอย่างน้อยด้านหน้าและด้านหลัง นอกจากนี้ สำหรับวัตถุที่วางคร่อมระนาบstจะต้องถ่ายภาพที่มีระยะห่างละเอียดบน ระนาบ uv (ในการกำหนดพารามิเตอร์สองระนาบที่แสดงไว้ข้างต้น)

จำนวนและการจัดเรียงภาพในฟิลด์แสง และความละเอียดของแต่ละภาพ เรียกรวมกันว่า "การสุ่มตัวอย่าง" ของฟิลด์แสง 4 มิติ^{[ 19 ]}ผลกระทบจากการบดบัง^{[ 20 ]}แสง และการสะท้อน ก็มีความน่าสนใจเช่นกัน ^{[ 21 ]}

แอปพลิเคชัน

แหล่งกำเนิดแสงที่หันลงด้านล่าง (FF') ทำให้เกิดสนามแสงที่มีเวกเตอร์ความเข้มแสงโค้งออกไปด้านนอก เมื่อใช้แคลคูลัส เกอร์ชุนสามารถคำนวณความเข้มแสงที่ตกกระทบจุด (P , P ) บนพื้นผิวได้^{[ 22 ]} )

วิศวกรรมแสงสว่าง

เหตุผลของเกอร์ชุนในการศึกษาฟิลด์แสงคือการหา (ในรูปแบบปิด) รูปแบบการส่องสว่างที่จะสังเกตได้บนพื้นผิวเนื่องจากแหล่งกำเนิดแสงที่มีรูปร่างต่างๆ ที่วางอยู่เหนือพื้นผิวเหล่านี้^{[ 23 ]}สาขาของทัศนศาสตร์ที่อุทิศให้กับวิศวกรรมการส่องสว่างคือทัศนศาสตร์ที่ไม่สร้างภาพ [ ^{24 ] ซึ่ง}ใช้แนวคิดของเส้นการไหล (เส้นฟลักซ์ของเกอร์ชุน) และฟลักซ์เวกเตอร์ (เวกเตอร์แสงของเกอร์ชุน) อย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม ฟิลด์แสง (ในกรณีนี้คือตำแหน่งและทิศทางที่กำหนดรังสีแสง) มักจะถูกอธิบายในแง่ของปริภูมิเฟสและทัศนศาสตร์แฮมิลโทเนียน

การเรนเดอร์ภาพสนามแสง

การสกัดส่วนตัด 2 มิติที่เหมาะสมจากสนามแสง 4 มิติของฉาก ช่วยให้สามารถมองเห็นฉากในมุมมองใหม่ได้^{[ 25 ]}ขึ้นอยู่กับการกำหนดพารามิเตอร์ของสนามแสงและส่วนตัด มุมมองเหล่านี้อาจเป็นมุมมองแบบเปอร์ สเปคทีฟ มุมมอง แบบออร์โธกราฟิก มุมมอง แบบครอสสลิต^{[ 26 ]}กล้องเชิงเส้นทั่วไป^{[ 27 ]}มุมมองแบบหลายเปอร์สเปค ทีฟ ^{[ 28 ]}หรือการฉายภาพประเภทอื่น การเรนเดอร์สนามแสงเป็นรูปแบบหนึ่งของ การเรนเดอ ร์ภาพ

การถ่ายภาพด้วยรูรับแสงสังเคราะห์

การรวมชุดย่อย 4 มิติที่เหมาะสมของตัวอย่างในฟิลด์แสงสามารถประมาณมุมมองที่จะจับภาพโดยกล้องที่มีรูรับแสงจำกัด (เช่น ไม่ใช่รูเข็ม ) มุมมองดังกล่าวมีความลึกของสนาม ที่จำกัด การเฉือนหรือการบิดเบี้ยวฟิลด์แสงก่อนทำการรวมนี้สามารถโฟกัสไปที่ระนาบขนานด้านหน้า^{[ 29 ]}หรือระนาบเฉียง^{[ 30 ]} ที่แตกต่างกันได้ ภาพที่ถ่ายโดยกล้องดิจิทัลที่จับภาพฟิลด์แสง^{[ 14 ]}สามารถปรับโฟกัสใหม่ได้

จอแสดงผล 3 มิติ

การนำเสนอสนามแสงโดยใช้เทคโนโลยีที่แมปแต่ละตัวอย่างไปยังรังสีที่เหมาะสมในพื้นที่ทางกายภาพ ทำให้เกิดเอ ฟเฟกต์ภาพ สามมิติอัตโนมัติที่คล้ายกับการดูฉากต้นฉบับ เทคโนโลยีที่ไม่ใช่ดิจิทัลสำหรับการทำเช่นนี้ ได้แก่การถ่ายภาพแบบบูรณา การ ภาพพาโนรามาแบบพาราแลกซ์และโฮโลแกรมเทคโนโลยีดิจิทัล ได้แก่ การวางเลนส์ขนาดเล็กจำนวนมากไว้เหนือหน้าจอแสดงผลความละเอียดสูง หรือการฉายภาพลงบนเลนส์ขนาดเล็กจำนวนมากโดยใช้โปรเจ็กเตอร์วิดีโอจำนวนมาก กล้องวิดีโอจำนวนมากสามารถจับภาพและแสดงสนามแสงที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาได้ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วก็คือระบบโทรทัศน์สามมิติ^{[ 31 ]}แนวทางที่ทันสมัยในการแสดงสนามแสงนั้นสำรวจการออกแบบร่วมกันขององค์ประกอบทางแสงและการคำนวณแบบบีบอัดเพื่อให้ได้ความละเอียดสูงขึ้น ความคมชัดที่เพิ่มขึ้น มุมมองที่กว้างขึ้น และประโยชน์อื่นๆ^{[ 32 ]}

การถ่ายภาพสมอง

สามารถบันทึกกิจกรรมทางประสาทด้วยแสงได้โดยการเข้ารหัสเซลล์ประสาททางพันธุกรรมด้วยเครื่องหมายเรืองแสงแบบย้อนกลับได้ เช่นGCaMPซึ่งบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของไอออนแคลเซียมแบบเรียลไทม์ เนื่องจากกล้องจุลทรรศน์สนามแสงสามารถบันทึกข้อมูลปริมาตรทั้งหมดได้ในเฟรมเดียว จึงสามารถตรวจสอบกิจกรรมทางประสาทในเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ที่กระจายแบบสุ่มในปริมาตรขนาดใหญ่ด้วยอัตราเฟรมวิดีโอได้^{[ 33 ]}การวัดกิจกรรมทางประสาทเชิงปริมาณสามารถทำได้แม้จะมีสิ่งผิดปกติทางแสงในเนื้อเยื่อสมองและไม่ต้องสร้างภาพปริมาตรขึ้นใหม่^{[ 34 ]}และสามารถใช้ตรวจสอบกิจกรรมในเซลล์ประสาทหลายพันเซลล์ได้^{[ 35 ]}

การสร้างภาพเหตุการณ์ทั่วไป (GSR)

นี่เป็นวิธีการสร้างและ/หรือปรับปรุงแบบจำลองฉากที่แสดงถึงสนามแสงทั่วไปและสนามสสารที่สามารถให้แสงใหม่ได้^{[ 36 ]}ข้อมูลที่ใช้ในการสร้างใหม่ประกอบด้วยรูปภาพ วิดีโอ แบบจำลองวัตถุ และ/หรือแบบจำลองฉาก สนามแสงทั่วไปแสดงถึงแสงที่ไหลในฉาก สนามสสารที่สามารถให้แสงใหม่ได้แสดงถึงคุณสมบัติการโต้ตอบของแสงและการแผ่รังสีของสสารที่อยู่ในฉาก โครงสร้างข้อมูลฉากสามารถนำไปใช้ได้โดยใช้โครงข่ายประสาทเทียม^{[ 37 ]}^{[ 38 ]}^{[ 39 ]} และโครงสร้างตามหลักฟิสิกส์^{[ 40 ]}^{[ 41 ]}เป็นต้น^{[ 36 ]}สนามแสงและสนามสสารนั้นแยกออกจากกันอย่างน้อยบางส่วน^{[ 36 ]}^{[ 42 ]}

สเตอริโอแกรมโฮโลแกรม

การสร้างภาพและการบิดเบือนล่วงหน้าของภาพสังเคราะห์สำหรับสเตอริโอแกรมโฮโลแกรมเป็นหนึ่งในตัวอย่างแรกสุดของฟิลด์แสงที่คำนวณได้^{[ 43 ]}

ลดแสงสะท้อน

แสงจ้าเกิดขึ้นเนื่องจากการกระเจิงของแสงหลายครั้งภายในตัวกล้องและเลนส์ ทำให้ความคมชัดของภาพลดลง แม้ว่าแสงจ้าจะได้รับการวิเคราะห์ในพื้นที่ภาพ 2 มิติ^{[ 44 ]}แต่การระบุว่าเป็นปรากฏการณ์ในพื้นที่รังสี 4 มิติก็มีประโยชน์^{[ 45 ]}การวิเคราะห์ทางสถิติของพื้นที่รังสีภายในกล้องช่วยให้สามารถจำแนกและกำจัดสิ่งแปลกปลอมจากแสงจ้าได้ ในพื้นที่รังสี แสงจ้ามีพฤติกรรมเหมือนสัญญาณรบกวนความถี่สูงและสามารถลดลงได้โดยการปฏิเสธค่าผิดปกติ การวิเคราะห์ดังกล่าวสามารถทำได้โดยการจับภาพสนามแสงภายในกล้อง แต่จะทำให้สูญเสียความละเอียดเชิงพื้นที่ การสุ่มตัวอย่างรังสีแบบสม่ำเสมอและไม่สม่ำเสมอสามารถใช้เพื่อลดแสงจ้าโดยไม่กระทบต่อความละเอียดของภาพ อย่างมีนัยสำคัญ ^{[ 45 ]}

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

↑ Faraday, Michael (30 เมษายน 2552). "LIV. ความคิดเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนของรังสี" . วารสารปรัชญา . ซีรีส์ 3. 28 (188): 345– 350. doi : 10.1080/14786444608645431 . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 18 กุมภาพันธ์ 2556
↑ Mildenhall, Ben; Srinivasan, Pratul P; Tancik, Matthew; Barron, Jonathan T; Ramamoorthi, Ravi; Ng, Ren (2021-12-17). "NeRF: การแสดงฉากเป็นสนามความสว่างของโครงข่ายประสาทสำหรับการสังเคราะห์มุมมอง" . Communications of the ACM . 65 (1): 99– 106. doi : 10.1145/3503250 .
↑อเดลสัน 1991
↑หว่อง 2002
↑เกอร์ชุน, รูปที่ 17
↑อาร์โว, 1994
↑เลวอย 1996
↑กอร์ทเลอร์ 1996
1 2 3 Ng, Ren (2005). "Fourier slice photography" . ACM SIGGRAPH 2005 Papers . นิวยอร์ก, นิวยอร์ก, สหรัฐอเมริกา: ACM Press. หน้า735– 744. doi : 10.1145/1186822.1073256 . ISBN 978-1-4503-7825-3. S2CID 1806641 .
↑นาวา, เอฟ. เปเรซ; มาริชัล-เฮอร์นันเดซ เจจี; โรดริเกซ-รามอส, เจเอ็ม (สิงหาคม 2551) "การแปลงกองโฟกัสแบบแยกส่วน " 2008 การประชุมการประมวลผลสัญญาณยุโรปครั้งที่ 16 : 1– 5
↑บิวเลอร์ 2001
↑เลวอย 2002
↑คานาเดะ 1998; หยาง 2545; วิลเบิร์น 2005
1 2ง 2005
↑จอร์จีฟ 2549; มาร์วะห์ 2013
↑เลวอย 2006
↑โบลส์ 1987
↑ "ภาพแสงเงาของรูปปั้นราตรีของมิเกลันเจโล " accademia.stanford.edu สืบค้นเมื่อ2022-02-08
↑ชัย (2000)
↑ดูรันด์ (2005)
↑รามามูรติ (2006)
↑เกอร์ชุน, รูปที่ 24
↑แอชดาวน์ 1993
↑ชาเวส 2015; วินสตัน 2005
↑ Levoy 1996; Gortler 1996
↑ Zomet 2003
↑หยูและแมคมิลแลน 2004
↑ราเดมาเคอร์ 1998
↑อิซักเซ็น 2000
↑ไวช์ 2005
↑ Javidi 2002; Matusik 2004
↑ Wetzstein 2012, 2011; Lanman 2011, 2010
↑โกรเซนิค 2009, 2017; เปเรซ, 2015
↑เพการ์ด, 2016
↑โกรเซนิก, 2017
1 2 3เลฟฟิงเวลล์, 2018
↑มิลเดนฮอลล์, 2020
↑ Rudnev, Viktor; Elgharib, Mohamed; Smith, William; Liu, Lingjie; Golyanik, Vladislav; Theobalt, Christian (21 กรกฎาคม 2022). "NeRF สำหรับการปรับแสงฉากกลางแจ้ง". การประชุมวิชาการด้านคอมพิวเตอร์วิชั่นแห่งยุโรป (ECCV) 2022 : 1– 22. arXiv : 2112.05140 .
↑ Srinivasan, Pratual; Deng, Boyang; Zhang, Xiuming; Tancik, Matthew; Mildenhall, Ben; Barron, Jonathan (7 ธันวาคม 2020). "NeRV: Neural Reflectance and Visibility Fields for Relighting and View Synthesis". CVPR : 1– 12. arXiv : 2012.03927 .
↑ Yu & Fridovich-Keil, 2021
↑ Kerbl, Bernhard; Kopanas, Georgios; Leimkühler, Thomas; Drettakis, George (2023-08-08). "3D Gaussian Splatting for Real-Time Radiance Field Rendering". arXiv : 2308.04079 [ cs.GR ].
↑ Zhang, Jingyang; Yao, Yao; Li, Shiwei; Liu, Jingbo; Fang, Tian; McKinnon, David; Tsin, Yanghai; Quan, Long (30 มี.ค. 2023). "NeILF++: Inter-Reflectable Light Fields for Geometry and Material Estimation". หน้า1–5 . arXiv : 2303.17147 [ cs.CV ].
↑ฮัลเล 1991, 1994
↑ทัลวาลา 2007
1 2ราสการ์ 2008

[1] Faraday, Michael (30 เมษายน 2552). "LIV. ความคิดเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนของรังสี" . วารสารปรัชญา . ซีรีส์ 3. 28 (188): 345– 350. doi : 10.1080/14786444608645431 . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 18 กุมภาพันธ์ 2556

[2] Mildenhall, Ben; Srinivasan, Pratul P; Tancik, Matthew; Barron, Jonathan T; Ramamoorthi, Ravi; Ng, Ren (2021-12-17). "NeRF: การแสดงฉากเป็นสนามความสว่างของโครงข่ายประสาทสำหรับการสังเคราะห์มุมมอง" . Communications of the ACM . 65 (1): 99– 106. doi : 10.1145/3503250 .

[3] อเดลสัน 1991

[4] หว่อง 2002

[5] เกอร์ชุน, รูปที่ 17

[6] อาร์โว, 1994

[7] เลวอย 1996

[8] กอร์ทเลอร์ 1996

[renng-9] 1 2 3 Ng, Ren (2005). "Fourier slice photography" . ACM SIGGRAPH 2005 Papers . นิวยอร์ก, นิวยอร์ก, สหรัฐอเมริกา: ACM Press. หน้า735– 744. doi : 10.1145/1186822.1073256 . ISBN 978-1-4503-7825-3. S2CID 1806641 .

[10] นาวา, เอฟ. เปเรซ; มาริชัล-เฮอร์นันเดซ เจจี; โรดริเกซ-รามอส, เจเอ็ม (สิงหาคม 2551) "การแปลงกองโฟกัสแบบแยกส่วน " 2008 การประชุมการประมวลผลสัญญาณยุโรปครั้งที่ 16 : 1– 5

[11] บิวเลอร์ 2001

[12] เลวอย 2002

[13] คานาเดะ 1998; หยาง 2545; วิลเบิร์น 2005

[ng-14] 1 2ง 2005

[15] จอร์จีฟ 2549; มาร์วะห์ 2013

[16] เลวอย 2006

[17] โบลส์ 1987

[18] "ภาพแสงเงาของรูปปั้นราตรีของมิเกลันเจโล " accademia.stanford.edu สืบค้นเมื่อ2022-02-08

[19] ชัย (2000)

[20] ดูรันด์ (2005)

[21] รามามูรติ (2006)

[22] เกอร์ชุน, รูปที่ 24

[23] แอชดาวน์ 1993

[24] ชาเวส 2015; วินสตัน 2005

[25] Levoy 1996; Gortler 1996

[26] Zomet 2003

[27] หยูและแมคมิลแลน 2004

[28] ราเดมาเคอร์ 1998

[29] อิซักเซ็น 2000

[30] ไวช์ 2005

[31] Javidi 2002; Matusik 2004

[32] Wetzstein 2012, 2011; Lanman 2011, 2010

[33] โกรเซนิค 2009, 2017; เปเรซ, 2015

[34] เพการ์ด, 2016

[35] โกรเซนิก, 2017

[auto-36] 1 2 3เลฟฟิงเวลล์, 2018

[37] มิลเดนฮอลล์, 2020

[38] Rudnev, Viktor; Elgharib, Mohamed; Smith, William; Liu, Lingjie; Golyanik, Vladislav; Theobalt, Christian (21 กรกฎาคม 2022). "NeRF สำหรับการปรับแสงฉากกลางแจ้ง". การประชุมวิชาการด้านคอมพิวเตอร์วิชั่นแห่งยุโรป (ECCV) 2022 : 1– 22. arXiv : 2112.05140 .

[39] Srinivasan, Pratual; Deng, Boyang; Zhang, Xiuming; Tancik, Matthew; Mildenhall, Ben; Barron, Jonathan (7 ธันวาคม 2020). "NeRV: Neural Reflectance and Visibility Fields for Relighting and View Synthesis". CVPR : 1– 12. arXiv : 2012.03927 .

[40] Yu & Fridovich-Keil, 2021

[41] Kerbl, Bernhard; Kopanas, Georgios; Leimkühler, Thomas; Drettakis, George (2023-08-08). "3D Gaussian Splatting for Real-Time Radiance Field Rendering". arXiv : 2308.04079 [ cs.GR ].

[42] Zhang, Jingyang; Yao, Yao; Li, Shiwei; Liu, Jingbo; Fang, Tian; McKinnon, David; Tsin, Yanghai; Quan, Long (30 มี.ค. 2023). "NeILF++: Inter-Reflectable Light Fields for Geometry and Material Estimation". หน้า1–5 . arXiv : 2303.17147 [ cs.CV ].

[43] ฮัลเล 1991, 1994

[44] ทัลวาลา 2007

[Raskar-45] 1 2ราสการ์ 2008

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

6 ] ทิศทาง

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

14

15

16

ปติ

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

24 ] ซึ่ง

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 30 ]

[ 31 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

[ 35 ]

[ 36 ]

[ 37 ]

[ 38 ]

[ 39 ]

[ 40 ]

[ 41 ]

[ 42 ]

[ 43 ]

[ 44 ]

[ 45 ]