一. 傳統成像與光場成像

為了進一步理解光場的原理和作用，我們先來分析一下傳統二維顯示的原理，如圖1所示：物點A向四面八方發出無數條光線，為了簡潔，這裡只取其中的三條來分析，發出的三條不同方向的光線在經過主透鏡折射後在A'點相遇（費馬原理）。這三束光線攜帶了A點不同方向的資訊，但由於記錄介質CCD只能記錄三束光線干涉後疊加的振幅資訊，所以會丟了A點的方向資訊。簡言之，傳統成像方式只能記錄光線所經過的位置資訊，而丟失了與場景深度、目標幾何形態、場景遮擋關係等光線角度資訊，即三維資訊。

 圖1                    圖2

為了記錄A點的方向資訊，即從根本上解決光線角度資訊的採集問題，

我們在圖1中CCD所在平面處加一種特殊的光學元件——微透鏡陣列，通過記錄光輻射在傳播過程中的位置和方向的資訊，這樣就構成了光場取樣方式，如圖2所示：物點A的三束光線折射後在A'點相遇，但由於沒有接收像的介質所以沒有發生干涉疊加，他們仨相見後匆匆離開，彼此不干涉彼此，向著自己原有的方向繼續前進，最終到達A1,A2,A3的位置，並在此記錄下了A點的這三個方向的資訊。

二.四維光場函式模型與光場成像

我們常在很多論文中看到用全光函式模型分析光場，但鮮有將其與光場成像的關係講清楚的，從而給我們造成誤解。首先了解一下七維全光函式,如圖3所示：我們用三維座標(x, y, z)、任意傳輸方向(θ，φ

)，以及光的波長(λ)和時間(t)描述一條光線。由於我們只關注光線的位置和傳播方向，所以將其簡化成四維光場函式（x, y, θ, φ），如圖4所示：其中xy平面代表著光線的位置資訊，θφ平面代表光線的方向資訊，這樣我們很容易將其與光場成像時的相關光學元件對應，即xy平面與微透鏡陣所在列平面相對應，θφ平面與CCD所在平面相對應。這裡一定要注意：初學者很容易將xy面和θφ平面與主透鏡平面和微透鏡陣列平面相對應。

 圖3                 圖4

三. 位置和角度解析度

上面介紹的光場取樣方式我們將其稱為“全光1.0”，它有一個嚴重的問題：受CCD感光元件解析度的限制，所採集光場的角度解析度和位置解析度相互制約，滿足：位置解析度×角度解析度=CCD畫素個數。

藉助圖5（豎直方向）更好理解這種制約關係：圖中若CCD上的可接受的畫素個數為12，位置解析度由微透鏡的個數確定，為4，那麼角度解析度則不能超過3。所以一個光場相機一旦引數確定，他所對應的位置和角度解析度也就確定了。但在實用過程中，有些人需要犧牲角度解析度來增加位置解析度或反著來就不那麼方便了。為了解決這個問題，提出了“全光2.0”。這裡不詳細介紹全光2.0，感興趣的可以參考【1】及裡面提到的相關文獻：

                                                                          圖5

【1】Zhu H, Wang Q, Jingyi Y U. Light field imaging:models, calibrations, reconstructions, and applications