计算摄像学专题第8讲(下)
镜头与景深关系及其计算
镜头与景深关系及其计算景深是指一定距离范围内可以保持较为清晰的景物的范围。
在摄影以及电影拍摄领域，景深是一个非常重要的概念，可以通过调整镜头参数来实现不同的景深效果。
本文将介绍镜头与景深的关系，以及如何计算景深。
1.镜头与景深关系焦距：焦距是指从镜头到感光器材（例如相机传感器）的距离。
较长的焦距会导致景深变浅，即只有镜头前后较小的范围内的物体会保持清晰。
较短的焦距则会导致景深变深，即在比较远的距离范围内的物体都可以保持清晰。
光圈：光圈是指镜头的开口大小，用来控制镜头进光量的参数。
较大的光圈可以让更多的光线进入镜头，导致景深变浅。
而较小的光圈则相反，会让景深变深。
被摄物体的距离：被摄物体离镜头越近，景深就会变浅。
反之，被摄物体离镜头越远，景深就会变深。
因此，需要根据具体的拍摄需求来调整焦距和光圈，以及改变被摄物体的距离，以实现所需要的景深效果。
2.景深的计算景深的计算可以用下述公式来表示：DOF=2CNf²/(S²-f²)其中，DOF表示景深的范围，C表示常数，N表示光圈值，f表示焦距，S表示被摄物体的距离。
需要注意的是，这个公式仅适用于小孔径近似成像条件下，也就是说被摄物体距离镜头的距离远大于焦距。
在实际应用中，我们经常使用景深表或景深计算器来帮助我们计算所需的参数。
3.景深的应用景深在摄影和电影拍摄中有着广泛的应用。
通过调整焦距和光圈，可以实现不同的景深效果。
例如，在人像摄影中，我们通常会使用较大的光圈和较长的焦距，来使人物清晰，同时背景模糊，以突出主体。
而在风景摄影中，我们通常会使用较小的光圈和较短的焦距，来保持整个画面的清晰。
此外，景深还常用于电影中刻画人物心理状态的变化。
通过调整焦距和光圈，可以在画面上增加或减少景深，使得观众更好地理解人物的内心活动。
总结镜头与景深之间存在着密切的关系。
景深的大小取决于焦距、光圈和被摄物体的距离。
我们可以通过调整这些参数来实现不同的景深效果。
摄像基础ppt课件
制作方法
使用内置效果、自定义效果、结合 其他软件制作等
应用举例
电影片头、广告宣传片、MV等中的 特效应用
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输出格式选择和发布渠道建议
输出格式
常用视频格式如MP4、AVI、 MOV等，以及不同分辨率和编
码设置
发布渠道
社交媒体、视频网站、电视台等 不同平台的发布要求和规范
宣传推广
利用社交媒体和线下活动等方式 进行作品推广和宣传
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运动镜头在叙事和表意中作用
2024/1/25
叙事作用
运动镜头可以连续地展示时间和空间的变化，从而推动故事情节的发展。通过运 动镜头的运用，可以交代故事发生的时间、地点、人物以及事件的发展过程。
表意作用
运动镜头可以通过不同的运动方式和节奏来表现不同的情感和氛围。例如，快速 的推镜头可以表现紧张、激动的情绪；缓慢的拉镜头则可以表现宁静、深远的意 境。
2024/1/25
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摄像定义及发展历程
2024/1/25
摄像定义
使用摄像机记录影像的过程，涉 及光学、电子学、计算机科学等 多个领域。
发展历程
从早期的胶片摄影机到现代的数 字摄像机，经历了模拟信号到数 字信号的转变，摄像技术不断革 新发展。
4
摄像机类型与特点
摄像机类型
根据使用场合和拍摄需求，摄像机可 分为家用摄像机、专业摄像机、广播 级摄像机等。
符合剧情需要
根据故事内容和情节发展要求，合理安排场景调度。
突出主题
通过场景调度突出故事主题和人物形象特点。
2024/1/25
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场景调度原则和方法探讨
2024/1/25
• 视觉美感：注重画面构图和色彩搭配，营造视觉 美感。
8.1图像相减
IB
)
§ 1. 图像相减
a.空域编码频域解码相减方法 4.数学模型：
I1
I2
1 2
(
IA
IB
)
R 2
( IA
IB
)
R 4 [sin( 2 π x ) 1 sin( 3 2 π x ) ]
π
x0
3
x0
胶片记录的总光场中高频成分的振幅是受两幅图像相减信号的调制的。
§ 1. 图像相减
a.空域编码频域解码相减方法
§ 1. 图像相减
§ 1. 图像相减
c. 图像相减的应用：
输入平面的光场分布
空间滤波前输出平面 上的光场分布
空间滤波后输出平面 上的光场分布
第二次曝光是光栅的透过率函数为：
t' ( x ) 1 { 1 4 [sin( 2πx ) 1 sin( 3 2πx ) ]} 1 (1 R )
2π
x0 3
第二次胶片记录的光场为： I2
x0
IB t' (
x)
2IB 2
(1
R
)
两次曝光胶片记录的总光场为：
I1
I2
1( 2
IA
IB
)
R 2
(
IA
3.过程：
§ 1. 图像相减
a.空域编码频域解码相减方法
4.数学模型：
第一次曝光是光栅的透过率函数为：
t( x ) 1 { 1 4 [sin( 2πx ) 1 sin( 3 2πx ) ]} 1 (1 R )
2π
x0
3
x0
2
第一次胶片记录的光场为：
I1
IA t(
x)
IA 2
镜头计算方式范文
镜头计算方式范文镜头计算是指根据特定的参数和公式来计算出一个摄像机镜头的焦距、视角、景深和可视范围等参数。
这些参数对于拍摄者来说非常重要，因为它们直接影响着摄影作品的呈现效果。
下面将逐个介绍镜头计算的各个参数以及计算方式。
1. 焦距（Focal Length）焦距通常用毫米（mm）来表示，它决定了拍摄的视角，即被摄体在画面上的大小。
较小的焦距会产生广角视角，可拍摄更多的画面，视觉效果较宽广；而较大的焦距则会产生长焦视角，视觉效果较为集中和放大。
镜头的焦距计算通常可以通过以下公式得到：Focal Length = Image Width / (2 * tan(Angle of View / 2))其中，Image Width表示画面宽度，Angle of View表示所需视角。
2. 视角（Angle of View）视角是指摄像机镜头可以拍摄到的画面范围，在摄影中通常使用水平视角来描述。
视角通常用度数（°）表示，它可以影响到摄影作品的逼真程度和效果。
较大的视角可以捕捉到更多的画面，具有广角的特点；而较小的视角则具有长焦特点，局限于画面的一小部分。
视角可以通过以下公式计算得到：Angle of View = 2 * arctan (Image Width / (2 * Focal Length))3. 景深（Depth of Field）景深是指照片中清晰的范围，即在照片中焦点距离前后一定范围内清晰的区域。
景深的大小受到多个因素的影响，包括焦距、光圈和距离等。
较大的光圈和较短的焦距会导致较小的景深，拍摄物体前后的背景会模糊；而较小的光圈和较长的焦距会导致较大的景深，使整个画面都能保持清晰。
景深的计算需要知道以下参数：焦距、光圈、距离和相机传感器类型。
计算景深的公式复杂且多样。
其中，一种常用的计算公式为：Depth of Field = (2 * f² * N * CoC) / (S * S)其中，f表示焦距，N表示光圈值，CoC表示圆形光斑直径（也称为Circle of Confusion），S表示距离。
计算摄像学专题第12讲
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的同学可以用Matlab尝试一下
光场相机的几项关键技术
如何保证不发生混叠？
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光场相机的几项关键技术
数字重聚焦(Digital Refocusing)
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数字重聚焦
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单张图像的Depth of Field增强
Light Field Camera 2005. Light field photography with a hand-held plenoptic camera 2010. Focused plenoptic camera and rendering Depth-Invariant Blur 1995. Extended depth of field through wave-front coding 2010. Flexible depth of field photography 2010. Diffusion coded photography for extended depth of field Depth-Varying Blur 2007. Image and depth from a conventional camera with a coded aperture
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计算摄像学专题第十二讲 ——Depth of Field(DoF)
戴琼海 王雁刚 清华大学 自动化系
第十二讲提纲
一 问题的由来 处理方法——Tradeoff
2.1 多张图像拍摄
2.2 单张图像拍摄
-2-
二
三
本节课小结
什么是Depth of Field
什么是Depth of Field 反映透镜或相机的属性 物平面的共轭像平面上呈清 晰像的轴向深度
摄像机焦距和视场角计算
摄像机焦距和视场角计算摄像机焦距和视场角是常用的摄影和摄像术语，用于描述摄像机镜头的属性。
摄像机焦距是指摄像机镜头的光学焦点到图像传感器（或胶片）的距离，通常以毫米（mm）为单位表示。
焦距决定了摄像机的视场角度，即摄像机镜头能够捕捉到的景物范围。
在计算摄像机焦距和视场角的过程中，首先需要了解以下几个概念：1.传感器尺寸：摄像机传感器是指将光线转换为电信号的装置，通常有不同尺寸的传感器可选择。
传感器尺寸较大的摄像机具有更高的分辨率和更好的低光性能。
2.画幅尺寸：画幅尺寸是指摄像机拍摄到的画面范围的宽度和高度，通常以横向和纵向的长度表示。
3.视场角（FOV）：视场角是指摄像机能够捕捉到的画面范围，通常以水平、垂直或对角线的度数表示。
视场角越大，摄像机可以捕捉到的范围就越广。
接下来，我们将介绍计算摄像机焦距和视场角的几种方法：1. 透镜公式法：透镜公式法是根据透镜公式计算焦距的方法。
透镜公式表示为1/f = 1/d0 + 1/di，其中f表示透镜焦距，d0表示物距，di 表示像距。
在摄像机中，物距可以近似等于无穷大（对于远离摄像机的物体），因此透镜公式可以简化为1/f ≈ 1/di。
通过测量成像距离di，就可以得到透镜的焦距f。
2. 画幅倍率法：画幅倍率法是基于不同画幅尺寸之间的比例关系计算焦距的方法。
通常，标准35mm画幅（36x24mm）被认为是基准画幅，其焦距与其他画幅下的焦距之间存在倍数关系。
通过将标准35mm画幅的焦距与其他画幅下的焦距进行比较，可以计算出与之相对应的焦距。
3.视场角计算：一旦得到了焦距，就可以通过以下公式计算视场角：视场角 = 2 * arctan（0.5 * 画幅尺寸 / 焦距）其中，arctan表示反正切函数。
视场角可以通过焦距和画幅尺寸来计算，可以根据需要计算水平、垂直或对角线的视场角度。
需要注意的是，焦距和视场角之间存在一种相反的关系。
焦距越短，视场角越大，焦距越长，视场角越小。
计算摄像学专题 ppt课件
单张图像的Depth of Field增强 -33-
多张图像拍摄的关键技术 -30-
此方法分为两个步骤
分割—Graph-cut 融合—梯度融合方案
Graph-cut可以用户指定，也可全自动计算 梯度融合则是保证图像的视觉效果
第十二讲提纲
-31-
一 问题的由来
二 处理方法——Tradeoff
Байду номын сангаас
2.1 多张图像拍摄 2.2 单张图像拍摄
三 本节课小结
单张图像的Depth of Field增强 -32-
多张图像拍摄增加Depth of Field，只能针 对静态场景
如何实时地增加动态场景的Depth of Field 成为一个棘手的问题
问题是：
能否利用单张图像增加Depth of Field？
答案是：
这是可以做到的，我们将重点介绍几类单 张图像Depth of Field增强的方案
增大Depth of Field的技术手段是否可以按 照如下思考的方式
多张图像拍摄：相机分别聚焦于不同平面，
然后融合拍摄的多组图像?
单张图像拍摄：
捕获光场，重新积分不同角度的光线，得到图像? 想办法使得单张图像的整体模糊与深度关系可控?
如，模糊核一致或模糊核清楚地知道
第十二讲提纲
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一 问题的由来
……
多张图像拍摄的关键技术 -28-
融合多幅图像信息，以期望获得更大景深 的效果是一种很直观的想法
这里仅做简要介绍，感兴趣的同学可翻阅 相关的视觉文章
牺牲时间，换取景深。该想法关键问题是
如何融合不同焦
距平面上的图像？
多张图像拍摄的关键技术 -29-
SIGGRAPH 2004 Interactive Digital Photomontage
研究生学术与职业素养讲座题库
本讲中，所举的创新型人才示例，不包括下列哪个？@@@ 比尔盖茨乔布斯钱学森袁隆平本讲从水利科技创新的例子、水利的发展、大学的创新精神三个方面阐述了创新思维与专业研究正确@@@ 错误关于本讲谈到的创新精神，下列说法中正确的有哪些？死守前人经验@@@ 源于严谨的学风@@@ 注重科研诚信严格保密，拒绝交流讲者认为的我国制造科学与技术与工业发达国家相比的阶段性差距不包括下列哪个？自主创新能力不强资源紧张@@@ 人工成本高环境问题严重讲者引用了苏轼、范仲淹等人的诗句告诉我们在科研中要有崇高的理想和奉献精神。
正确@@@ 错误讲者认为制造科学与技术的发展趋势包含哪些：@@@ 与高新技术融合大规模批量生产@@@ 信息技术的应用大量采购国外成品讲者将生产、消费、资源开发利用等比喻成（），形象的说明人类发展过程中对全球环境的破坏性行为。
看不见的手@@@ 看不见的脚车轮洪水讲者认为，古文明消失发现发生于地球的局部，但是今天人类面临的问题大都是全球性问题。
@@@ 正确错误下列哪些方面是讲座中重点讲述的部分？@@@ 可持续发展世界政治格局@@@ 人类的起源社会主义经济理论按照讲者的介绍，下面不属于面向产业的学科是？水利工程电气工程电子信息@@@ 哲学讲者认为，培养适应性产业发展的人才，一般需要将理论与实践结合，工程与科学结合，技术与管理结合。
@@@ 正确错误讲者谈到的科研能力的含义，都包含下列哪些？@@@ 学习能力@@@ 实践能力@@@ 创新能力宣传能力下列哪一个方面是讲者在本讲中未涉及到的？制造业的发展与创新要求技术发展的内在规律纳米碳研究中的科学与工程@@@ 能源发展与环境问题讲者提到的对人类贡献最大的化工技术是FCC过程@@@ 正确错误下列哪些新技术是讲者在讲述中举例提及过？@@@ 碳纳米管技术纳米光催化技术@@@ 锂硫电池纳米富集技术下列哪项国际前沿实例是本讲中讲者未曾提到的？谷歌无人驾驶汽车无人机自主编队、协同@@@ 纳米技术飞秒技术讲者谈到，计算摄像学的目的是更高效的获取更丰富的视觉信息。
华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第八章 光线的光路计算
d 2 , , Lk Lk 1 d k 1 L2 L1 d1 , L3 L2 , , U k U k 1 U 2 U 1 , U 3 U 2 , n3 n 2 , , n k n k 1 n2 n1
光线计算类型
A
B
得子午象差和弧矢象差，全面了解 系统的成象特性。
§ 8－2 子午面内的光线光路计算公式
例如，求组合光学系统的各个参数
1. 轴上点近轴光线的光路计算（第一近轴光线）
, u3 u 2 , u k u k 1 u 2 u1 d 2 , , lk lk 1 d k 1 l2 l1 d1 , l3 l2 n n , n n , , n n 1 3 2 k k 1 2
求系统焦距
f '
h1 10 / 0.100104 99.8961 u3 '
注：当用近轴光计算公式第二式和过渡公式计算发生错误，校对公 式是发现不了的。
2. 轴外点近轴光线的光路计算及象高（第二近轴光线）
y 已知l，y，lZ，则： u z lz l
相当于已知lZ和uZ，求lZ ′和uZ ′ 理想象高：
P1
A -y
y' l ' z l 'u z
-u1 -uz P2 lz-l
P
O1
目的：利用轴上点的近轴公式来 计算轴外点近轴光光线
B
-lz
用近轴光线光路计算公式和 校对公式，所有量均注以下标z
二、轴上点远轴光线的光路计算
1. 计算公式： 2. 转面公式：
Lr sin I r sin U n sin I ' in I n' U ' U I I ' L' r r sin I ' sin U '
景深原理及计算
景深原理及计算景深是指摄影或摄像时，在焦点前后范围内都能产生清晰的图像，这个范围就是景深。
景深的大小取决于相机的焦距、光圈和拍摄距离等因素。
景深 = 2 焦距 (1 1 / (光圈值 (1 + (拍摄距离 / 焦距))))其中，焦距是指镜头的焦距长度，光圈值是指相机的光圈大小，拍摄距离是指相机与拍摄对象之间的距离。
景深的大小可以通过调整相机的光圈大小、焦距和拍摄距离来控制。
一般来说，光圈越小，景深越大；焦距越短，景深越大；拍摄距离越远，景深越大。
景深在摄影和摄像中具有重要的作用，可以用来突出主题，虚化背景，使画面更加生动有趣。
景深原理及计算景深是指摄影或摄像时，在焦点前后范围内都能产生清晰的图像，这个范围就是景深。
景深的大小取决于相机的焦距、光圈和拍摄距离等因素。
景深 = 2 焦距 (1 1 / (光圈值 (1 + (拍摄距离 / 焦距))))其中，焦距是指镜头的焦距长度，光圈值是指相机的光圈大小，拍摄距离是指相机与拍摄对象之间的距离。
景深在摄影和摄像中具有重要的作用，可以用来突出主题，虚化背景，使画面更加生动有趣。
在实际拍摄过程中，我们可以通过调整相机的光圈大小、焦距和拍摄距离来控制景深的大小。
一般来说，光圈越小，景深越大；焦距越短，景深越大；拍摄距离越远，景深越大。
在实际应用中，我们可以根据拍摄需求选择合适的焦距、光圈和拍摄距离，以达到理想的景深效果。
例如，在拍摄风景照片时，我们可以使用较小的光圈，较长的焦距和较远的拍摄距离，以获得较大的景深，使整个画面都清晰可见。
而在拍摄人像时，我们可以使用较大的光圈，较短的焦距和较近的拍摄距离，以获得较小的景深，使人物突出，背景虚化，从而突出主题。
景深在摄影和摄像中具有重要的作用，通过合理地调整相机的光圈大小、焦距和拍摄距离，我们可以控制景深的大小，使画面更加生动有趣。
在实际拍摄过程中，我们需要根据拍摄需求选择合适的参数，以达到理想的景深效果。
景深原理及计算景深是指摄影或摄像时，在焦点前后范围内都能产生清晰的图像，这个范围就是景深。
计算摄像学
计算摄像学计算摄像学是一门涉及计算机视觉、图像处理、计算机图形学等多个领域的交叉学科。
它的主要研究内容是如何利用计算机技术对图像进行处理、分析和识别，从而实现对图像的自动化处理和应用。
计算摄像学的研究内容主要包括以下几个方面：1. 图像处理：图像处理是计算摄像学的基础，它主要涉及对图像进行去噪、增强、分割、配准等处理，以提高图像的质量和准确性。
2. 计算机视觉：计算机视觉是计算摄像学的核心内容，它主要研究如何利用计算机技术对图像进行分析和识别，从而实现对图像的自动化处理和应用。
3. 计算机图形学：计算机图形学是计算摄像学的重要组成部分，它主要研究如何利用计算机技术对图像进行建模、渲染和动画等处理，以实现对图像的可视化呈现。
4. 机器学习：机器学习是计算摄像学的重要应用领域，它主要研究如何利用机器学习算法对图像进行分类、识别和分析等处理，以实现对图像的自动化处理和应用。
计算摄像学在很多领域都有广泛的应用，比如医学影像分析、智能交通系统、安防监控、虚拟现实等。
在医学影像分析方面，计算摄像学可以帮助医生对病人的影像进行分析和诊断，从而提高诊断的准确性和效率。
在智能交通系统方面，计算摄像学可以帮助交通管理部门对交通流量进行监测和管理，从而提高交通的安全性和效率。
在安防监控方面，计算摄像学可以帮助安防部门对监控画面进行分析和识别，从而提高安全防范的能力。
在虚拟现实方面，计算摄像学可以帮助开发者对虚拟场景进行建模和渲染，从而实现更加逼真的虚拟体验。
计算摄像学是一门非常重要的交叉学科，它的研究内容涉及多个领域，具有广泛的应用前景。
随着计算机技术的不断发展和进步，计算摄像学的研究和应用将会越来越广泛，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
摄像技术与艺术学生用课件（全）..
摄像技术与艺术学⽣⽤课件（全）..第⼀章摄像机的使⽤第⼀节彩⾊摄像机的操作⼀、彩⾊摄像机的构成及作⽤㈠镜头1.聚焦功能（⼿动聚焦、⾃动聚焦）⑴.聚焦的⼀般⽅法⽤长焦距镜头拍摄景物的特写图像，并调整镜头的聚焦环使图像清晰；然后⽤短于此焦距的镜头拍摄，⽆须再聚焦，画⾯将都是清晰的。
⑵.景深:景物在像平⾯上形成较清晰的像所对应的纵深距离称为景深。
景深与下列因素有关:a.与焦距长短有关b.与光圈⼤⼩有关c.与物距长短有关⑶.聚焦的其它⽅法①预先定好⽬标聚焦法②固定距离聚焦法③增加景深④跟焦法:不断根据被摄主体的移动⽽随时调整聚焦环，使焦点始终聚在被摄体上，保持被摄体清晰。
⑤移焦法:当被摄体与摄像机都固定时，将画⾯上表现的重点物体进⾏虚实变化，把前景实、后景虚变换成前景虚、后景实，或反之。
注意: 使⽤跟焦、移焦某些情况下不宜使⽤⾃动聚焦(家⽤级具备)。
2.变焦功能长焦距镜头:放⼤倍率⼤、视⾓⼩、景深⼩、压缩空间(纵深⽅向拍摄对象运动速度慢,横向运动速度快)。
短焦距镜头:放⼤倍率⼩、视⾓⼤、景深⼤、放⼤空间(纵深⽅向拍摄对象的运动速度快,横向运动速度慢) 。
中焦距镜头:正常效果。
(标准镜头)3.光圈功能⾃动光圈调节⼿动光圈调节(可使⽤斑马纹ZEBRA作为参考标准)暂时⾃动光圈调节注：在⼿动光圈调节模式状态下，使⽤斑马纹作为光圈调节时的参考标准，可将ZEBRA（斑马纹）开关置于ON。
在寻像器屏幕上，那些明暗度相当于65%～75%录像输出⽔平的部分将附有斑马纹。
拍摄时，⼿动调节光圈，使斑马纹显⽰在景物的最重要部分。
利⽤摄像机光圈控制曝光的⽅法:摄像机内部装有TTL内测光系统(可控制摄像机正确曝光,⾃动调整光圈⼤⼩——⾃动光圈装置),它所测量的是景物亮度范围的平均值。
⑴. 摄像机⾃动光圈的应⽤①当景物亮度分布较为均匀(阴天、⾬天、顺光环境等)②当景物的亮度范围不是很⼤(⼩景别画⾯)③当画⾯中的主体不⼗分突出（⼤景别画⾯)⑵.摄像机⼿动光圈的应⽤⼿动光圈适合于⼀切场合，下列情况不能⽤⾃动光圈,只能⽤⼿动光圈:①景物的亮度分布不均匀（⼤⾯积的亮暗对⽐）②景物的亮度范围过⼤(逆光采访—室内窗前的⼈)③特殊的运动镜头从暗（亮）处摇到亮（暗）处从暗（亮）处跟拍到亮（暗）处明暗有变化的⼤场⾯横移④特殊的照明场合从追光灯拉出⼤画⾯镜头，周围有荧光棒；新闻发布会，有摄影记者的闪光灯；拍烛光，拍矿井（矿灯照明）。
计算摄像学
计算摄像学计算摄像学是一门研究如何利用计算机处理和分析图像的学科。
它涉及到计算机视觉、图像处理、模式识别等相关领域。
计算摄像学的发展旨在模拟人类视觉系统，使计算机能够理解和分析图像，从而实现更广泛的应用。
计算摄像学的基础是图像处理。
图像处理是指对图像进行增强、滤波、分割等操作，以改善图像质量或提取感兴趣的信息。
在计算摄像学中，图像处理技术被广泛应用于图像的预处理，以减少噪声、增强对比度和清晰度。
例如，通过去噪算法可以减少图像中的噪声，使图像更清晰；通过对比度增强算法可以增强图像中的细节，使图像更鲜明。
计算摄像学的核心是计算机视觉。
计算机视觉是指利用计算机模拟人类视觉系统，实现对图像的理解和分析。
计算机视觉的主要任务包括目标检测、目标跟踪、图像识别等。
目标检测是指在图像中检测出感兴趣的目标，如人脸、车辆等；目标跟踪是指在视频序列中追踪目标的位置和运动；图像识别是指通过比较图像特征，将图像归类到不同的类别中。
计算机视觉的应用非常广泛，包括人脸识别、智能监控、自动驾驶等。
计算摄像学还涉及到模式识别。
模式识别是指通过对数据进行分析和建模，识别出数据中的模式和规律。
在计算摄像学中，模式识别技术可以用于图像分类、目标识别等任务。
例如，通过训练一个模式识别模型，可以将图像分为不同的类别，如猫、狗、车辆等；通过比较图像的特征，可以识别出图像中的目标物体。
计算摄像学是一门研究如何利用计算机处理和分析图像的学科。
它涉及到图像处理、计算机视觉、模式识别等相关领域。
计算摄像学的发展旨在模拟人类视觉系统，使计算机能够理解和分析图像，从而实现更广泛的应用。
通过图像处理、计算机视觉和模式识别等技术，计算摄像学在人脸识别、智能监控、自动驾驶等领域具有重要的应用价值。
摄像机焦距和视场角计算
3×2.3米
4.5×3.4米
6×4.5米
9×6.8米
25mm
1.3×1米
2.5×1.9米
3.8×2.9米
5×3.8米
7.5×5.6米
60mm
0.5×0.4米
1×0.75米
1.5×1.1米
2×1.5米
3×2.3
CCD，电耦合器，感光元件，CCD靶面的大小和像素的高低是影响拍摄效果的主要因素。CCD靶面的尺寸一般分为1英寸，1/2英寸，1/3英寸，1/4英寸，现在在向1/5英寸发展。
L：被摄物体至镜头的距离
h：图象高度（被摄物体在ccd靶面上成像高度）视场（摄取场景）高度
H：被摄物体的高度
ccd靶面规格尺寸： 单位mm
规格wh
1/3"4.83.6
1/2"6.44.8
2/3"8.86.6
1"12.79.6
由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样，其比例均为4:3,当L不变，H或W增大时，f变小，当H或W不变，L增大时，f增大。
4 mm
69.9°
57.0°
12.9°
6 mm
50.0°
39.8°
10.2°
8 mm
研究生学术与职业素养讲座
第一讲：创新思维与专业研究1 本讲中，讲述者主要以哪条河流作为水利工程的例子进行的讲解？（两个字）黄河2 本讲中，所举的创新型人才示例，不包括下列哪个？A 比尔盖茨3 本讲从水利科技创新的例子、水利的发展、大学的创新精神三个方面阐述了创新思维与专业研究。
×4 关于本讲谈到的创新精神，下列说法中正确的有哪些？B源于严谨的学风C注重科研诚信第二讲：1 讲者以什么为例说明了制造业对我国国民经济发展方面的重要性？（六个字）三峡水利工程2 讲者认为的我国制造科学与技术与工业发达国家相比的阶段性差距不包括下列哪个？C 人工成本高3 讲者引用了苏轼、范仲淹等人的诗句告诉我们在科研中要有崇高的理想和奉献精神。
×4 讲者认为制造科学与技术的发展趋势包含哪些：A与高新技术融合C信息技术的应用第三讲：1 讲者谈到，科学界一般认为人类最早起源于什么地方？（两个字）非洲2 讲者将生产、消费、资源开发利用等比喻成（），形象的说明人类发展过程中对全球环境的破坏性行为。
B 看不见的脚3 讲者认为，古文明消失发现发生于地球的局部，但是今天人类面临的问题大都是全球性问题。
√4 下列哪些方面是讲座中重点讲述的部分？A可持续发展C人类的起源第四讲：1 本讲中，讲者主要以（）行业为例阐述了面向产业的学科及特点？（两个字）汽车2 按照讲者的介绍，下面不属于面向产业的学科是？D 哲学3 讲者认为，培养适应性产业发展的人才，一般需要将理论与实践结合，工程与科学结合，技术与管理结合。
√4 讲者谈到的科研能力的含义，都包含下列哪些？A学习能力B实践能力C创新能力第五讲：1 在本讲中，讲者讲制造业分为了机电工业和什么？（四个字）过程工业2 下列哪一个方面是讲者在本讲中未涉及到的？D 能源发展与环境问题3 讲者提到的对人类贡献最大的化工技术是FCC过程√4 下列哪些新技术是讲者在讲述中举例提及过？A碳纳米管技术C锂硫电池第六讲：1 本讲中，讲者谈到的未来计算摄像学的发展方向为微型化和什么？（三个字）巨型化2 下列哪项国际前沿实例是本讲中讲者未曾提到的？C 纳米技术3 讲者谈到，计算摄像学的目的是更高效的获取更丰富的视觉信息。
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二 三
四
计算传感的高动态成像
-35-
四 计算传感的高动态成像
更为有效的场方式景采集
更为真实的场景内容再现
无眩光效果的高动态范围清晰成像
• 镜头组散射 • 镜头筒反射 • 光圈反射
-36-
• 光圈反射 • 光圈衍射 • 传感器反射
提纲
一 高动态场景成像需求 高动态范围图像捕获 高动态范围图像显示
二 三
四
计算传感的高动态成像
-22-
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示
-23-
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示
现实场景
典型值： 类似于：
照机
显示终端
-24-
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示
现实场景
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 局部映射
图像成像模型
成像信息
反射率
光照
不同材质的反射特性变化幅度相对较小(100:1) 不同场景区域的光照强度差别很大
-29-
分离R / L 分量 仅对光照分量进行映射操作
保持场景局部对比度
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 局部映射
更为真实的场景内容再现
眩光去除方法
• 在相机与场景间放置结构性
遮挡掩膜
-38-
(1) 场景 (2) 遮挡掩膜 (3) 拍摄相机
四 计算传感的高动态成像
更为有效的场方式景采集
更为真实的场景内容再现
HDR capture, 560:1
-39-
Process result, 22,400:1
-42-
四 计算传感的高动态成像
更为有效的场方式景采集
更为真实的场景内容再现
眩光场景成像模型
I Ideal GSFLens I Recorded
针对眩光区域希望恢复直接光照效果
眩光特性分析
Glare Spread unction
-37-
具有全局平滑特性
四 计算传感的高动态成像
更为有效的场方式景采集
高动态范围场景捕获 – 软件方法
已知： 未知：
N个像素点，P 幅图像 N个像素点， Zmax-Zmin+1个g值
平滑项
-15-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
传统采集方式 已知曝光程度
-12-
响应曲线估计
构建高动 态范围图像
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
二 高动态范围图像捕获
采集
成像
场景特征的刻画与提取 结合人眼视觉感受的场景再现
捕获更为丰富的场景信息 + 数据合理利用
-40-
课程作业
利用单反相机进行拍摄实验 实验探索静态场景的曝光时间，光圈和动态范围 之间的关系 自行选景拍摄 提交实验结果及分析报告 详细信息见网络学堂
-41-
Thanks！
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
若
单调并可逆
-14-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
二 高动态范围图像捕获
传统成像系统
输出参考标准
• 传统图像采集/表示过程使用的色彩过程由特定的显 像设备所决定
传统显示技术 传统图像存储格式
显示能力有限， 高动态的数据采 集没有意义！
由真实场景特性所决定的图像采集/记录方式
-7-
一 高动态场景成像需求
充分体现场景亮度变化，接近人眼观察效果
弱光照区域呈现场景细节 强光照区域避免过曝
计算摄像学专题第八讲(下)
——高动态场景成像问题研究
戴琼海 李冠楠 清华大学 自动化系 2011-03-18
-1-
提纲
一 二 高动态场景成像需求 高动态范围图像捕获 高动态范围图像显示
三
四
计算传感的高动态成像
-2-
一 高动态场景成像需求
-3-
一 高动态场景成像需求
场景光照强度
真实世界场景的动态范围往
-20-
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 硬件方法
多CCD元件用于同一像素点成像
空间分辨率
-21-
动态范围
High Dynamic Range Imaging: Spatially Varying Pixel Exposures, Shree K. Nayar, Tomoo Mitsunaga, CVPR 2000
场景参考标准
• 传感器采集
• 压缩存储
• 显示设备绘制
高动态
-10-
非线性
真实感
提纲
一 高动态场景成像需求 高动态范围图像捕获
2.1
2.2
二
软件处理方法 硬件捕获方法
三 四
-11-
高动态范围图像显示 计算传感的高动态成像
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
不同曝光程度 多幅图像采集
2.1
2.2
二
软件处理方法 硬件捕获方法
三 四
-18-
高动态范围图像显示 计算传感的高动态成像
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 硬件方法
不同空间位置同时进行不同曝光程度的场景采集
-19-
High Dynamic Range Imaging: Spatially Varying Pixel Exposures, Shree K. Nayar, Tomoo Mitsunaga, CVPR 2000
典型值： 类似于：
照相机
显示终端
-25-
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 全局映射
映射函数与像素位置无关：
仅对亮度信息进行映射 保持色彩关系不变
-26-
色调映射：对高动态图像的量化过程
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 全局映射
色调映射(Tone Mapping)函数设计：
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
将各像素的多曝光成像信息链接为光滑、单调曲线
-16-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 局部映射
反射率分量提取： 双边滤波器
(Bilateral Filter)
映射过程
映射过程中不 改变场景的局 部对比度
-32-
Fast Bilateral Filtering for the Display of High-Dynamic-Range Images, Fredo Durand, Julie Dorsey, SIGGRAPH 2002
二 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
-17-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
提纲
一 高动态场景成像需求 高动态范围图像捕获
高动态范围场景捕获 – 软件方法
采集图像 相机曲线 真实场景
位置(x,y)的辐照度 相机响应函数 场景点(x,y)在图像中的像素值 -13-
Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs, Paul E. Debevec, Jitendra Malik, SIGGRAPH 1997
忠实地再现原始场景的视觉感受
充分利用可用的显示级别
场景真实感
直方图均衡化
: 用于函数设计的像素数
-27-
: 可用显示级别数目
三 高动态范围场景重现
高动态范围场景显示 – 全局映射
-28-
TM结果 真实感映射 直方图均衡化 Learning to display high dynamic range images, Guoping Qiu, Jiang Duan, Graham D. Finlayson, Pattern Recognition 2007
高动态范围场景显示 – 局部映射
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局部映射 全局映射1 全局映射2 Gradient Domain High Dynamic Range Compression, Raanan Fattal, Dani Lischinski, Michael Werman, SIGGRAPH 2002
提纲
-8-
一 高动态场景成像需求
高动态范围场景成像
场景参考标准
成像过程对现实场景可被观察到的真实 亮度进行记录 记录全阶色彩变化及原始场景的动态范 围，而不局限于传统显示设备的子空间范围