一. 传统成像与光场成像

为了进一步理解光场的原理和作用，我们先来分析一下传统二维显示的原理，如图1所示：物点A向四面八方发出无数条光线，为了简洁，这里只取其中的三条来分析，发出的三条不同方向的光线在经过主透镜折射后在A'点相遇（费马原理）。这三束光线携带了A点不同方向的信息，但由于记录介质CCD只能记录三束光线干涉后叠加的振幅信息，所以会丢了A点的方向信息。简言之，传统成像方式只能记录光线所经过的位置信息，而丢失了与场景深度、目标几何形态、场景遮挡关系等光线角度信息，即三维信息。

 图1                    图2

为了记录A点的方向信息，即从根本上解决光线角度信息的采集问题，我们在图1中CCD所在平面处加一种特殊的光学元件——微透镜阵列，通过记录光辐射在传播过程中的位置和方向的信息，这样就构成了光场采样方式，如图2所示：物点A的三束光线折射后在A'点相遇，但由于没有接收像的介质所以没有发生干涉叠加，他们仨相见后匆匆离开，彼此不干涉彼此，向着自己原有的方向继续前进，最终到达A1,A2,A3的位置，并在此记录下了A点的这三个方向的信息。

二.四维光场函数模型与光场成像

我们常在很多论文中看到用全光函数模型分析光场，但鲜有将其与光场成像的关系讲清楚的，从而给我们造成误解。首先了解一下七维全光函数,如图3所示：我们用三维坐标(x, y, z)、任意传输方向(θ，φ)，以及光的波长(λ)和时间(t)描述一条光线。由于我们只关注光线的位置和传播方向，所以将其简化成四维光场函数（x, y, θ, φ），如图4所示：其中xy平面代表着光线的位置信息，θφ平面代表光线的方向信息，这样我们很容易将其与光场成像时的相关光学元件对应，即xy平面与微透镜阵所在列平面相对应，θφ平面与CCD所在平面相对应。这里一定要注意：初学者很容易将xy面和θφ平面与主透镜平面和微透镜阵列平面相对应。

 图3                 图4

三. 位置和角度分辨率

上面介绍的光场采样方式我们将其称为“全光1.0”，它有一个严重的问题：受CCD感光元件分辨率的限制，所采集光场的角度分辨率和位置分辨率相互制约，满足：位置分辨率×角度分辨率=CCD像素个数。借助图5（竖直方向）更好理解这种制约关系：图中若CCD上的可接受的像素个数为12，位置分辨率由微透镜的个数确定，为4，那么角度分辨率则不能超过3。所以一个光场相机一旦参数确定，他所对应的位置和角度分辨率也就确定了。但在实用过程中，有些人需要牺牲角度分辨率来增加位置分辨率或反着来就不那么方便了。为了解决这个问题，提出了“全光2.0”。这里不详细介绍全光2.0，感兴趣的可以参考【1】及里面提到的相关文献：

                                                                          图5

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