隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，光場圖像處理逐漸成為圖像處理領(lǐng)域的前沿方向。

光場的概念最早可以追溯到20世紀(jì)初。光場是一種描述空間中光線分布的全新方法，用于捕捉和表示三維場景的豐富視覺信息。相較于傳統(tǒng)數(shù)字圖像，光場圖像捕捉了更豐富的光線信息，包括多視角、深度和方向信息，使其能夠?qū)崿F(xiàn)后期重聚焦、視角合成、深度估計(jì)等傳統(tǒng)數(shù)字圖像難以實(shí)現(xiàn)的功能。同時(shí)，光場數(shù)據(jù)為高級圖像處理(如遮擋處理、抗噪和光學(xué)特效模擬等)提供了更多可能性。

基于光場相機(jī)的成像技術(shù)

2005 年，美國斯坦福大學(xué)首次系統(tǒng)性地提出了光場相機(jī)的構(gòu)想，隨后成功研發(fā)出世界上首款光場相機(jī)原型（圖(a)）。通過在圖像傳感器前部署微透鏡陣列，實(shí)現(xiàn)了對光線方向性與強(qiáng)度信息的全面捕獲，進(jìn)而能夠記錄四維光場數(shù)據(jù)(圖 (b))，徹底顛覆了傳統(tǒng)相機(jī)僅局限于二維圖像記錄的范式，開啟了光場成像技術(shù)的新紀(jì)元。

21 世紀(jì)以來，隨著光場采集設(shè)備的進(jìn)步和計(jì)算能力的提升，光場圖像處理技術(shù)取得了顯著發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于計(jì)算攝影、三維重建、虛擬現(xiàn)實(shí)和機(jī)器視覺等眾多領(lǐng)域。光場圖像處理技術(shù)的發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)際應(yīng)用需求緊密相連，例如，光場相機(jī)的后期重聚焦技術(shù)使攝影師在拍攝后能夠調(diào)整焦點(diǎn)，大大提高攝影的靈活性和創(chuàng)作空間；虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)利用光場渲染方法生成更加真實(shí)的虛擬場景，提升了用戶的沉浸感體驗(yàn)；在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，基于光場的三維重建技術(shù)幫助醫(yī)生更精確地觀察和分析病變組織；在工業(yè)檢測中，光場成像系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地測量物體的幾何特征，提高產(chǎn)品質(zhì)量控制的精度。近年來，光場圖像處理技術(shù)在智能手機(jī)多攝像頭系統(tǒng)、自動駕駛視覺感知和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新興領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)化應(yīng)用。

UrbanLF數(shù)據(jù)集光場圖像示例

光場成像 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對真實(shí)場景中光線位置和方向信息的捕捉及重建，其相關(guān)圖像處理技術(shù)可以應(yīng)用于VR、AR、攝影、智能交互等多個(gè)領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。為了滿足光場技術(shù)研究和應(yīng)用需求，研究者構(gòu)建了多種光場數(shù)據(jù)集，為 深度估計(jì)、三維重建、視角重建等任務(wù)提供支持。圖為北京航空航天大學(xué)于2022年發(fā)布的UrbanLF數(shù)據(jù)集，主要用于城市場景分析的光場圖像數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集由1074個(gè)場景組成，包括Blender 軟件渲染的250個(gè)仿真場景和Lytro Illum 相機(jī)拍攝的824個(gè)真實(shí)場景，存在俯視、仰視和平視三種拍攝角度。

光場圖像處理是一個(gè)綜合性極強(qiáng)的研究方向，涉及計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算攝影學(xué)、圖像處理和計(jì)算幾何等多個(gè)學(xué)科。其核心在于獨(dú)特的光場相機(jī)設(shè)計(jì)和復(fù)雜的計(jì)算算法。光場相機(jī)在單次曝光中捕捉來自不同方向的光線信息，支持人們基于這些多維數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)靈活、精確的圖像處理。

《光場圖像處理》系統(tǒng)介紹光場圖像處理的基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法及其實(shí)際應(yīng)用。由以下單位的70位專家學(xué)者共同參編：北京航空航天大學(xué)、杭州市北京航空航天大學(xué)國際創(chuàng)新研究院（北京航空航天大學(xué)國際創(chuàng)新學(xué)院）、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、國防科技大學(xué)、東北大學(xué)、北京化工大學(xué)、北京交通大學(xué)、上海大學(xué)、上海科技大學(xué)、寧波大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)、北京信息科技大學(xué)、安慶師范大學(xué)、臺州學(xué)院、澳門理工大學(xué)、新加坡國立大學(xué)、香港城市大學(xué)。這些單位在理論研究、算法開發(fā)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和應(yīng)用探索等方面為本書的編寫提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

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光場圖像處理購買

盛浩 等 著

北京: 科學(xué)出版社, 2026. 1

ISBN 978-7-03-084809-3

全書共9章，第1～3章介紹光場的基本概念及其圖像采集和質(zhì)量評價(jià)方法，第4～7章詳細(xì)闡述基于光場的經(jīng)典圖像處理算法，包括光場圖像深度估計(jì)、光場圖像超分辨、光場圖像壓縮及光場圖像可視化。第8章和第9章分別介紹基于光場圖像的應(yīng)用和用于光場圖像處理技術(shù)研究的典型光場圖像數(shù)據(jù)集。全書匯集了光場圖像處理及其相關(guān)領(lǐng)域的眾多科研成果和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，旨在向讀者介紹光場的基本理論概念、相關(guān)圖像處理技術(shù)及其在眾多領(lǐng)域的延伸與應(yīng)用。

衷心感謝杭州市北京航空航天大學(xué)國際創(chuàng)新研究院（北京航空航天大學(xué)國際創(chuàng)新學(xué)院）、北京航空航天大學(xué)、上?？萍即髮W(xué)、清華大學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、復(fù)雜關(guān)鍵軟件環(huán)境全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、智能感知與人機(jī)協(xié)同教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)據(jù)科學(xué)與智能計(jì)算科教平臺等對本書的大力支持。本書的出版得到了國家自然科學(xué)基金（62394332，62372023，W2431046，62125107，61861166002，61872025，62502140）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFB2100500，2021YFB2104800，2022YFF0902200）、中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2025M784287）、浙江省博士后科研項(xiàng)目擇優(yōu)資助（ZJ2025155）、杭州市北京航空航天大學(xué)國際創(chuàng)新研究院（北京航空航天大學(xué)國際創(chuàng)新學(xué)院）經(jīng)費(fèi)（015739201-000002，2024KQ012，2024KQ027，2024KQ068，2024KQ053，2024KQ051，2024KQ026，2024KQ087，2024KQ086，2024KQ045）等的支持。

本文摘編自《光場圖像處理》（盛浩等著. 北京: 科學(xué)出版社, 2026.1）一書“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

(新一代人工智能理論、技術(shù)及應(yīng)用叢書)購買

ISBN 978-7-03-084809-3

責(zé)任編輯：孫伯元 李 娜

本書系統(tǒng)介紹光場圖像處理的基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法及其實(shí)際應(yīng)用。首先，介紹光場圖像處理技術(shù)的起源及發(fā)展。然后，詳細(xì)闡述光場圖像處理的基本概念和原理，使讀者深入理解光場的理論表示和圖像采集方法。接著，深入探討光場圖像深度估計(jì)、超分辨等關(guān)鍵技術(shù)，幫助讀者掌握先進(jìn)的光場圖像處理技術(shù)。最后，重點(diǎn)介紹光場圖像處理技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)、工業(yè)檢測等領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用，并提供相關(guān)數(shù)據(jù)集。

本書適合從事光場圖像處理研究的碩士研究生、博士研究生及相關(guān)領(lǐng)域的科研人員閱讀，也可作為光場圖像處理的專業(yè)入門讀物。同時(shí)，本書對希望了解光場圖像處理技術(shù)的工程師和技術(shù)人員也具有重要的參考價(jià)值。

（本文編輯：劉四旦）

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