Lecture 19：Cameras, Lenses and Light Fields
1. 视场（Field of View（FOV））
1.1 概述
FOV：看到的角度
h：高度
f：焦距
1.2 焦距（Focal length）对视场（FOV）的影响
当传感器大小一定时，FOV 随着焦距增加而减少。
1.3 传感器（Sensor）大小对视场的影响
通常，相机（传感器）越大，镜头（焦距）越长越好。
2. 曝光 Exposure
2.1 概述
- H=T×E
- Exposure = Time × Irradiance
- T（曝光时间）由快门（shuttle）控制
- E（Irradiance）由传感器上一个单位区域接收光的能量和镜头的光圈（aperture）和焦距控制。
2.2 曝光的影响因素
- Aperture size（光圈的大小）：通过打开和关闭 apeture 改变 f-stop。
- Shuttle speed（快门开放的时间）：改变sensors的曝光时间即每个像素接收光的时间，快门越快曝光越少
- ISO （Gain 感光度）：更改传感器值和数字图像值之间的倍率（模拟和/或数字）。
2.3 感光度 ISO（Gain）
ISO 是 exposure 的第三个变量，简单放大ISO信号的同时会方法噪声。
Film：权衡对（grain）的敏感度。
Digital：权衡对噪声的敏感度。
- 在模拟到数字的转换前乘以信号。
- 线性作用（ISO 200需要的光是ISO 100的一半）
2.4 F-Number(F-Stop)：Exposure Levels
- 用于描述光圈的
写作 FN或F/N，N就是f-number。
简单理解为光圈的直径的倒数。
正式定义：镜头的 f-number 是 焦距 除以 光圈的直径。
2.5 快门 Physical Shutter
快门可以用于调节曝光度。
运动模糊（Motion blur）：由于快门打开有时间会拍摄到一段运动。
两倍的快门时间意味着两倍的运动模糊。
运动模糊不一定是坏事，从人的感知角度它可以形容速度快从采样角度，它也可以进行反走样。
Rolling shutter：图像上的不同位置可能会记录不同时间进入的光（会造成扭曲）。
2.6 F-Stop vs Shutter Speed
两者可以组合，调节曝光度；
Photographers 需要权衡景深和运动物体的运动模糊。
2.7 高速摄影和延时摄影（Fast and Slow Photography）
High-Speed Photography：每秒拍更多的照片，也导致快门时间很少（短曝光时间，得用更大的光圈）。
Long-Exposure Photography：长曝光时间，小光圈。
3. 薄透镜近似 Thin Lens Approximation
真正的透镜非常复杂，需要一个简单的方法描述。
3.1 理想化薄透镜（Ideal Thin Lens - Focal Point）
- 所有进入透镜的平行光一定过焦点。
- 过交点的在透镜后面一定是平行光。
- 认为焦距可以被随意改变（透镜组）。
3.2 薄透镜公式（The Thin Lens Equation）
- 公式：（物距，像距，焦距 三者的关系）
- 公式推导：
3.3 Defocus Blur
3.3.1 Computing Cicle of Confusion(CoC) Size
如图，Object远离Focal Plane，聚焦后的点不在Sensor Plane上，而是在它前面聚焦，然后光线在聚焦点继续直线传播，到Sensor Plane上就变成了一个圆。（产生了模糊）
其中：A是光圈直径，C是CoC的直径。
Circle of Confusion 与光圈大小成正比。所以看到的东西是否模糊与光圈的大小有关。
将上面的公式与F-Number联系起来。
3.3.2 Ray Tracing Ideal Thin Lenses
步骤：
- 先定义Sensor的大小（成像平面大小），然后定义透镜的属性，即焦距和光圈的大小。
- 定义透镜和关注平面的距离 zo（物距）。
- 根据透镜方程计算相应的深度 zi（相距）。
渲染：
- 对于每个在sensor上的像素 x′
- 在 lens plane上取样随机一点 x′′
- 然后知道了通过透镜的光线会打到 x′′′
- 计算光线 x′′ → x′′′ 的radiance。
3.3.3 景深（Depth of Field）
景深：就是指 成像清晰的一段范围
或者说：在场景内对应的CoC足够小的距离范围。
推导：
参考
图形学笔记（十七）相机，棱镜 ——FOV、焦距、曝光、F-Stop、ISO、薄透镜公式、Circle of Confusion Size、景深、理想薄透镜光线追踪_相机凌镜成像-CSDN博客
光场放在了下一篇。