第十九章：相机、透镜、光场
Cameras, Lenses and Light Fields (相机、透镜、光场)
成像（Image） = 合成（Synthesis） + 捕捉（Capture）
transient image：研究光在极短时间内传播会看到什么。
整个 Imgae 更多的是在 computational photography 里面的研究。
回到图形学里面：
捕捉
相机
小孔成像
快门控制光进入相机
传感器（记录 irradiance）
如果没有透镜，一个点可能接受各个方向传播过来的光，成的像就是糊的
有一些研究在研究一些传感器，可以分开不同的方向记录
针孔相机
针孔相机拍出的像没有景深，各个方向都不会虚化。做光线追踪的时候也是用的针孔相机的模型。模拟光线和透镜作用，也可以做出景深的效果。
视场（Field of View）
能看到多大的范围，h：传感器的高度，f：焦距（传感器离小孔的距离）。焦距越小，视场越大。
一般定义视场都是认为以 35mm 的胶片（传感器）为基准，通过定义焦距来定义 FOV。
传感器越小，FOV 也越小
传感器（Sensor）和胶片（Film）不完全等价，传感器负责记录每个像素收到的 irradiance 有多大，胶片决定存成什么样的图片格式。
大的相机有大的传感器，所以有更大的分辨率
曝光（Exposure）
相机里面影响照片拍出来亮度的因素：
光圈（aperture）大小
相机可以控制光圈大小，由 f-stop 来控制。光圈大小会影响 senser 上的任意一个点接收到的 irradiance 的大小。
快门（Shutter）速度
快门速度越快，开放时间越短，越少的光进来
ISO gain（增益）感光度
后期处理，接收到光后乘上一个数。这个处理可以在任何一个地方，比如说调节感光器的灵敏度，或者生成照片后，在照片的数字信号上去调节。
F 越小，光圈越大，周围越虚化
速度慢，曝光时间越长，图片越模糊
ISO 乘的数字越大，噪声越明显
ISO
简单的线性的乘
ISO 能提高曝光度，但是会造成噪声放大的问题
描述光圈大小的数：F-Number（F-Stop）
非正式理解：F 是 1/光圈直径
快门
快门用来调节曝光度，对于机械快门来说，无论速度多块，它的打开都有一个过程
快门的速度对最后的成像会造成影响。
高速运动的物体在快门曝光时间长会出现运动模糊，因为快门打开和关闭时，物体的位置不一样，最后得到的是平均之后的效果，所以会产生模糊。
提高快门速度，可以减少运动模糊。但是曝光度也减少了，所以要保证亮度，还得调光圈和 ISO。
如果物体的运动比快门速度更快或差不多，会造成对于非常高速运动的物体的扭曲，因为不同位置的图像可能记录的是不同时刻进来的光。
快门和光圈
要保证曝光度，快门速度快，就要提高光圈大小
F-Stop 是 1/直径，考虑光进来要用面积来算
高速摄影
非常短的快门时间，大的光圈
超低速摄影
延迟摄影，延长曝光时间，调小光圈
薄透镜近似
一面凸一面平的透镜无法把光聚到一点上：
理想化的薄透镜
平行的光打进来可以折射到一个焦点上，焦点到透镜中心的距离叫做焦距
根据光路的可逆性，光从焦点打到透镜上，会折射成平行光
薄透镜可以任意改变它的焦距（透镜组）
透镜满足基本的物理规律：
从任何一个方向穿过透镜的中心都不会改变方向。
z₀：物距
z_(i)：相距
Defocus Blur
CoC：物体成像的点离感光元件还有一段距离时，光线会继续传播，到达感光元件上的时候会是一个圆，这个圆就叫做 CoC。CoC 的大小和光圈大小成正比。
重新定义 F-Number
F-Number：焦距/光圈的直径
拍更清楚的照片要用小光圈
模拟薄透镜做光线追踪
景深（Depth of Field）
用不同大小的光圈会影响景深的范围
景深就是指成像清晰的一段范围：在实际场景中有一段深度，这段深度经过透镜后会在成像屏幕附近有一段区域，这段区域的 CoC 都是足够小的。
景深的最远处穿过透镜和最近处穿过透镜会得到一段范围 Depth of focus：
光场/Lumigraph（to be continue）