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理想的薄透镜
模糊
利用透镜模型做光线追踪
景深#xff08;Depth of Field#xff09; 理想的薄透镜
在实际的相机中都是用的一组透镜来作为这个镜头 这个因为真实的棱镜无法将光线真正聚焦到一个点上#xff0c;它只能聚在一堆上 所以方便研究提出了一种理想化的…目录
理想的薄透镜
模糊
利用透镜模型做光线追踪
景深Depth of Field 理想的薄透镜
在实际的相机中都是用的一组透镜来作为这个镜头 这个因为真实的棱镜无法将光线真正聚焦到一个点上它只能聚在一堆上 所以方便研究提出了一种理想化的棱镜这个棱镜没有厚度非常薄它可以成功的将平行光线聚焦到一个点上并且我们认为这个薄棱镜的焦距可以改变实际上可以通过现实中的一组棱镜来达到这个效果 平行光线经过棱镜会聚焦到焦点同样根据光路可逆过焦点的光线经过棱镜会变成平行光线从物体到棱镜的距离叫做物距Zo棱镜成的像到棱镜的距离叫做相距Zi 物距和相距和焦距有这么个关系 这个关系是根据相似三角形对应边成比例推出来的 然后用数学变换得到 模糊
随便拍一张照片它肯定有的地方模糊有的地方清晰那模糊的地方是怎么来的呢对于一个物体平面Focal Plane那么它对于会有一个成像的平面那这个成像的平面会在传感器上那如果这个物体远离这个Focal Plane比如说场景里的某个点远离这个平面那么经过透镜它就会成像在传感器平面之前那光线继续传播照射到传感器上的时候那这个点就会照射成一个圆那不就模糊了吗这个圆就叫Circle of ConfusionCoC根据相似三角形可以计算出来这个CoC的大小和光圈的大小成正比 那这个光圈越大这个模糊的圆就会越大那就会越模糊 我们之前说这个光圈的F数不准确的描述是光圈直径的倒数这里给出准确的定义对于这个描述光圈大小的F数记作F/N或者FN这个Nf/D即N等于焦距除以光圈直径 那这个模糊的圆CoC就可以写成这样这里的A就是光圈的直径 利用透镜模型做光线追踪
我们之前做光线追踪都是用的针孔模型的现在已经有了这个透镜模型了那我们把这个透镜放到场景中自然成像平面就是传感器的平面然后对于成像的每一个像素x我可以在这个透镜上采样点x然后根据物距、相距和焦距自然知道这个光线会打到这个物体平面的哪个点上那这样光路就找到了在计算所有点的光贡献到像素x上就行了 景深Depth of Field
我们刚刚说照片里模糊的部分是因为不在focal平面上的点经过透镜之后会变成一个圆CoC而这个光圈越大越模糊我们知道屏幕上的照片是由像素组成的这一个个像素它就是一个最小的单元之所以看上去模糊是因为模糊部分的点形成的CoC比这个像素还要大 那也就是说我们看到的清晰的部分不是说没有发生这个CoC而是因为这部分所形成的CoC和像素比起来尺寸差不多或者比像素的尺寸小也就是说存在这么一个范围这个范围内的点经过透镜后形成的CoC小于等于像素的尺寸这个范围就叫景深这个景深是可以计算出来的也是用这个相似三角形可以算出来
