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synthesis合成成像#xff1a;比如光栅化#xff0c;光线追踪#xff0c;相机是capture捕捉成像#xff0c;
但是在合成渲染时#xff0c;有时也会模拟捕捉成像方式#xff08;包括一些技术 动态模糊 / 景深等#xff09;#xff0c;这时会有涉及很多专有名词比如光栅化光线追踪相机是capture捕捉成像
但是在合成渲染时有时也会模拟捕捉成像方式包括一些技术 动态模糊 / 景深等这时会有涉及很多专有名词以及计算公式因此我们要储备摄像机基础知识
针孔相机
小孔成像光线打击到物体从物体反射后的光线从小孔穿过投射到成像面呈现倒影
思考如果没有这个小孔会成像吗不能因为对应成像面的每一个点都接收四面八方来的光线因此最后的颜色杂乱如果有了小孔相当于只接收一个方向的光线去决定这个成像点的颜色
我们之前模拟的光线追踪相机就相当于针孔相机每个成像点像素中心/采样点都是特定方向的光线决定的 无法做出景深效果 因为不存在焦点也就是没有特定的物距让成像清晰而是距离越远越小并不存在是否清晰理论上应该是清晰的但是由于小孔的光学衍射极限等影响实际并不清晰
薄片透镜相机
光线打击到透镜投影到sensor
平行光会穿过焦点通过透镜中心的光线会不改变通过焦点的光会平行出去 如果光线正好穿过透镜中心方向不会改变
zo物距zi像距f焦距
也就时如果zo越大zi越小zo越小zi越大
Deth of field景深DOF 根据上面的公式当f固定zo固定那么zi也固定因此如果蓝色位置面板不在zi的位置那么图像就会模糊原本一个点形成圆圈
COC计算圆形的大小相似三角形A为透镜高度和A成正比
当透镜位置不变物距不变成像平面不变透镜/光圈越大物体越模糊 对于世界物体的位置不同也会影响在成像平面的COC大小
景深在COC比较小的范围时场景中的一段距离比如coc的大小和像素大小差不多则图像锐利 这里就是利用本节的其他公式首先推导出右边的关系再根据代换表示DFDN的景深位置
可以看右边这个图片近处的酒瓶和远处的酒瓶都很模糊只有中间的酒瓶是清楚的
专有名词:
shutter speed快门
控制开放时间允许光线进入的时间如果速度越快开放时间越短越少的光线进入相机图像比较暗可以增大光圈保证图片亮度
运动模糊当快门打开的时间内物体产生了运动光线都会被记录下来因此图像是模糊的
由于快门打开不可能瞬时发生需要开盖因此对于高速运动的物体会产生一定的扭曲
高速摄影每秒拍更多的相片然后通过正常的帧数播放因此每张照片的快门时间都很少
延迟摄影用非常慢的速度拍摄照片同样需要减小光圈保证较少的曝光度
sensor传感器
存储光能量记录irradiance通常以35mm为基准
focal length焦距focal point焦点
焦点平行光线穿过透镜/光圈后最后汇聚的点为焦点
可逆性同样如果从一个点照射透镜会形成平行光
焦距平行光穿过小孔/透镜时形成的焦点到透镜光心距离
下图为小孔成像相机 Field of viewFOV视场
看到多大范围2 * 一半的角度反正切h/2f))h为传感器的高度f为焦距
反正切若tanA1.9/5则 Aarctan1.9/5若tanB5/1.9则Barctan5/1.9。 当h不变时如果f焦距变小fov变大且看到的距离越远成反比
当f不变时如果h越大fov越大成正比
Exposure曝光图像亮度 H T * E
Exposure time * irradiance(时间 * 收到的光能量时间越长能量越多曝光越高越亮)
光圈
irradiance受光圈大小(aperture孔径)影响每个时刻接收到多少光最大为镜头大小通过f_number / stop简称FN控制f_stop越小光圈越大
f_number / stop 焦距 / 光圈直径 简称N F / D(A)
也就是说想要更清楚的照片需要C越小需要f/N值越小也就是Nf_number值越大
光圈直径越小C越小景深距离越大大量的拍摄范围都是清晰否则图片会模糊
光圈越大景深越小 当f_stop值提高为原来两倍光圈面积缩小为原来的1/4因此需要增加shutter曝光时间补偿
f_stop值会影响景深
ISOgain感光度
后期处理光能量乘以某个值可以在任何时刻处理
图像为什么有噪声因为在一定快门时间光线的光子数量进入的不够多就会形成噪声
当iso值增大同样的增加亮度和噪声因此会看起来噪声更多
比如我们在夜晚拍照片调节亮度后图片是变量但看到噪声很多
合成渲染方式
属性成像平面大小透镜焦距光圈大小
20光场……
