对于摄影科技的终极设想—无镜头矢量相机

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[1 楼] 绿一色 [泡菜] 22-10-17 00:04 刚接触摄影时就了解过照相机的原理，也就是中学学过的凸透镜成像原理：当物体在凸透镜2f以外的地方，在透镜另一侧f到2f处，会成一个倒立缩小的实像。相机的底片就在镜头f到2f处，对焦时，实际就是移动透镜改变底片和透镜的距离来找到成像的位置。镜头无论有多少镜片和镜组，实际可以抽象成一个单一的凸透镜。由于底片通过对焦移动到成像位置，只需要适当时间的感光，就可以得到清晰的成像了。对于现在照相机来说，数码底片以及对焦系统都可以做得轻薄小巧，但唯独想要得到高素质成像，镜头则又大又重。那有没有可能相机不用镜头呢也能成像呢？答案是有可能的，十几年前我就设想过有这样的科技。假设在镜头前面有一个特别的感光器件，可以记录照射光线的强度、颜色和角度。那么后续经过镜头的光线折射以及到达底片的成像，实际上是可以通过记录的光线强度、颜色和角度计算出来的。也就是说，后续的镜头和底片是不必要的，是可以通过计算代替的，这就是无镜头相机。那么这里的难点就是镜头前面的感光器件，它需要记录详细的入射光强度、颜色和角度，也就是光的矢量信息。传统的底片无论是胶卷还是数码底片，由于通过对焦已经在正确的成像位置，只需要记录光线强度和颜色这样的标量信息就可以了。除了需要记录光线的角度信息，另外一个问题是每个点都可能是多个方向不同光线的叠加，这些都需要感光器件能记录。实际难度都非常大，但我们可以畅想未来这样的科技并非不可能实现。也许有一天，我们真的可以用上不需要镜头，记录光线矢量信息的相机。而后面通过计算虚拟的镜头，是可以通过参数来任意设置的。也就是说，拍摄一次，你可以得到无限多的照片，可以任意设置焦距、光圈、对焦位置。
[28 楼] 嘿我的昵称 [泡菜] 22-10-19 16:51 别说没镜头，没相机都行，只要程冠希有就行。
[27 楼] 绿一色 [泡菜] 22-10-18 14:23 可以认为现在相机是经过镜头处理过的信息。记录原始光线矢量信息才是真正的RAW格式。
[26 楼] 啊色丁 [泡菜] 22-10-17 15:53 你好嘛发表于 2022-10-17 14:17 焦距本身就是一个光学概念，如果取消镜头的话，按楼主的意思，估计是给像素点一个距离信息，像素点对给定距离的平面进行成像，用电子调节取代光学调节。目前估计还没有这种性质的电子原件用全景深镜头进行成像理论上还是有可能的，需要的时候截取相应的焦平面... 全景深记录的是平面图像，已经无法再找到某个焦平面了。致于你前面一段，参考我14楼的发言。重点：光线角度。
[25 楼] 绿一色 [泡菜] 22-10-17 14:22 你好嘛发表于 2022-10-17 14:17 焦距本身就是一个光学概念，如果取消镜头的话，按楼主的意思，估计是给像素点一个距离信息，像素点对给定距离的平面进行成像，用电子调节取代光学调节。目前估计还没有这种性质的电子原件用全景深镜头进行成像理论上还是有可能的，需要的时候截取相应的焦平面... 是记录光线矢量信息，然后可以设置焦距、光圈、焦平面位置等信息，通过计算得到具体成像照片。
[24 楼] 你好嘛 [泡菜] 22-10-17 14:17 啊色丁发表于 2022-10-17 13:58 如果只看一张大景深的照片，你说的很接近，但楼主说的这个是三维的，比如可以生成一张焦点在某处，相当于现在成像方式光圈为1.0效果的图像，但你超广角全景深的图片就没有这些信息了，现在手机的计算摄影也只能模仿个大概。楼主说的这个才可以真正地计算摄影。现在... 焦距本身就是一个光学概念，如果取消镜头的话，按楼主的意思，估计是给像素点一个距离信息，像素点对给定距离的平面进行成像，用电子调节取代光学调节。目前估计还没有这种性质的电子原件用全景深镜头进行成像理论上还是有可能的，需要的时候截取相应的焦平面，然后前后进行景深处理。把相机像素升级到百亿级别的，信噪比再提高几倍，应该就差不多了
[23 楼] 啊色丁 [泡菜] 22-10-17 13:58 你好嘛发表于 2022-10-17 10:11 就是一个超超广角，全景深的相机如果只看一张大景深的照片，你说的很接近，但楼主说的这个是三维的，比如可以生成一张焦点在某处，相当于现在成像方式光圈为1.0效果的图像，但你超广角全景深的图片就没有这些信息了，现在手机的计算摄影也只能模仿个大概。楼主说的这个才可以真正地计算摄影。现在手机的计算摄影只能算猜测摄影。
[22 楼] JimC [泡菜] 22-10-17 12:08 你好嘛发表于 2022-10-17 08:33 相机的像素点本身就是记录光线强度，颜色的，也带有一定的角度，可以简单理解成每个像素点本身就带镜头的，但是需要配合前面的主镜头来成像本来一个主镜头就能解决的问题，改成这样需要千万级别的复杂镜头才能实现，效果还不行版主从生物进化角度，已经把这个问题说清楚了。
[21 楼] pradapanda [泡菜] 22-10-17 11:03 绿一色发表于 2022-10-17 10:58 你没明白意思，那块能记录光线入射角度的矢量传感器不能直接成像。要通过输入参数矢量计算才能得到成像照片。看来你也没明白我的意思，算了，不聊了
[20 楼] 绿一色 [泡菜] 22-10-17 10:58 pradapanda 发表于 2022-10-17 10:43 如果你的意思是放大裁剪，现在也可以啊，那么还要那些大炮干什么你没明白意思，那块能记录光线入射角度的矢量传感器不能直接成像。要通过输入参数矢量计算才能得到成像照片。
[19 楼] pradapanda [泡菜] 22-10-17 10:43 绿一色发表于 2022-10-17 10:04 了解下相机成像原理吧。现在的相机拍人也不需要人那么大啊。焦距是可以通过设置参数改变的。如果你的意思是放大裁剪，现在也可以啊，那么还要那些大炮干什么
[18 楼] pradapanda [泡菜] 22-10-17 10:35 绿一色发表于 2022-10-17 10:04 了解下相机成像原理吧。现在的相机拍人也不需要人那么大啊。焦距是可以通过设置参数改变的。现在的相机正是因为有镜头才可以，你说的是没有镜头
[17 楼] 你好嘛 [泡菜] 22-10-17 10:11 啊色丁发表于 2022-10-17 10:01 一个光点发出的光（或是反射出的光）照射到镜头的前片上，镜头通过凸透镜成像原理在感光器上还原成一个光点，这是目前的成像原理。你去掉镜头，那么你就要记录下这个光点照到镜头上的所有光线才能在电脑（到那个时候也许就不叫电脑了）里还原出这个光点来。你可以记录... 就是一个超超广角，全景深的相机
[16 楼] 绿一色 [泡菜] 22-10-17 10:09 啊色丁发表于 2022-10-17 10:01 一个光点发出的光（或是反射出的光）照射到镜头的前片上，镜头通过凸透镜成像原理在感光器上还原成一个光点，这是目前的成像原理。你去掉镜头，那么你就要记录下这个光点照到镜头上的所有光线才能在电脑（到那个时候也许就不叫电脑了）里还原出这个光点来。你可以记录... 所以很难啊，相当于每个像素点要有现在一块cmos的能力，同时还得带角度信息。一个设想而已，当科幻好了😀
[15 楼] 绿一色 [泡菜] 22-10-17 10:04 pradapanda 发表于 2022-10-17 08:47 这个特别的感光元件如果是平面的，它只能记录下这个平面范围内的影像，如果要记录下一个完整的人，可能需要穿衣镜那样大的面积。如果设计为可变曲度或可旋转角度的，那么体积也不一定比现在的镜头小。如果要变焦功能，不知道该怎么操作。其实更希望人眼可以进化出变... 了解下相机成像原理吧。现在的相机拍人也不需要人那么大啊。焦距是可以通过设置参数改变的。
[14 楼] 啊色丁 [泡菜] 22-10-17 10:01 绿一色发表于 2022-10-17 00:04 刚接触摄影时就了解过照相机的原理，也就是中学学过的凸透镜成像原理：当物体在凸透镜2f以外的地方，在透镜另一侧f到2f处，会成一个倒立缩小的实像。相机的底片就在镜头f到2f处，对焦时，实际就是移动透镜改变底片和透镜的距离来找到成像的位置。镜头无论有多少... 一个光点发出的光（或是反射出的光）照射到镜头的前片上，镜头通过凸透镜成像原理在感光器上还原成一个光点，这是目前的成像原理。你去掉镜头，那么你就要记录下这个光点照到镜头上的所有光线才能在电脑（到那个时候也许就不叫电脑了）里还原出这个光点来。你可以记录一百条，也可以记录一万条，到时能记录多少条就是你这台相机的记录能力（相当于现在的像素）。现在一千万像素的一张照片，就是记录了一千万个光点的信息（这还只是拍到的画面，旁边没拍到的先不说），假如你每个光点记录一百条光束，算一下这要记录多少信息。因为没有了镜头的聚光作用，每一条光束都很弱，这个感光器要做到多强大才能感受到。另外，现在的照片是平面的，你记录的就是立体空间的图像了，这又又又复杂了很多。我都不敢想了。我重孙能不能见到这相机也很难说。
[13 楼] 绿一色 [泡菜] 22-10-17 10:01 duoduobear 发表于 2022-10-17 02:30 楼主描述的这个东西只靠一个元件怕是不够的。为了获得完整的信息，估计要把成千上万个集成在一起。对，在生物界这个比类似照相机的眼睛进化出来还早。叫复眼。这个应该是比拥有凸透镜的单眼更低级的。一个就可以，只是需要角度信息。复眼也是透镜，不需要透镜。
[12 楼] 至暗时刻 [禁言中] 22-10-17 09:33 理论上倒是没问题, 2级文明就能做到. 按现在的水平全幅50MP加1200mm算一下, 每个像素点约0.72角秒, 180度视野的全分辨率大概在900k*900k. 然后万分之一秒内在一个点上准确记录这些信息, 甚至在多个点上同时记录. 不过那时候一切信息都是由电脑AI来处理了, 普通人还能干什么? 打鸟的老法师们都没事了, 任何鸟任何角度任何尺寸任何姿态, 都只需要口述一句命令就有了, 好无聊的.
[11 楼] filter123 [资深泡菜] 22-10-17 09:03 JimC 发表于 2022-10-17 08:20 现在就可以做到了。在家里上网，喜欢什么图片就下载下来。还可以无中生有地生成出来参见《苹果…佳能…》那个主题的最近发言，里面有链接
[10 楼] pradapanda [泡菜] 22-10-17 08:47 绿一色发表于 2022-10-17 00:04 刚接触摄影时就了解过照相机的原理，也就是中学学过的凸透镜成像原理：当物体在凸透镜2f以外的地方，在透镜另一侧f到2f处，会成一个倒立缩小的实像。相机的底片就在镜头f到2f处，对焦时，实际就是移动透镜改变底片和透镜的距离来找到成像的位置。镜头无论有多少... 这个特别的感光元件如果是平面的，它只能记录下这个平面范围内的影像，如果要记录下一个完整的人，可能需要穿衣镜那样大的面积。如果设计为可变曲度或可旋转角度的，那么体积也不一定比现在的镜头小。如果要变焦功能，不知道该怎么操作。其实更希望人眼可以进化出变焦功能，看到远处的美女可以变成长焦。
[9 楼] 你好嘛 [泡菜] 22-10-17 08:33 相机的像素点本身就是记录光线强度，颜色的，也带有一定的角度，可以简单理解成每个像素点本身就带镜头的，但是需要配合前面的主镜头来成像本来一个主镜头就能解决的问题，改成这样需要千万级别的复杂镜头才能实现，效果还不行
[8 楼] JimC [泡菜] 22-10-17 08:20 现在就可以做到了。在家里上网，喜欢什么图片就下载下来。
[7 楼] filter123 [资深泡菜] 22-10-17 08:05 鼓励胡思乱想，活跃论坛气氛如果回望摄影发展史，教材上常有小孔成像如何演变为镜头成像的过程和原因的描述。 ———— 这里顺带表扬一下 duoduobear 的娃娃，充满了好奇心；也表扬一下娃娃的daddy，讲述了这么一个生动的故事
[6 楼] pradapanda [泡菜] 22-10-17 06:40 镜头和晶状体的英文是同一个词lens，更现实一些的是出现类似晶状体这样柔性物质制造的镜头，只需要一个镜片就能实现对焦功能，如果要实现变焦，结构还要复杂。完全没有镜头，可能需要颠覆性的科技进步，在座的各位应该是看不到了
[5 楼] duoduobear [Canon论坛版主] 22-10-17 02:30 绿一色发表于 2022-10-17 00:04 刚接触摄影时就了解过照相机的原理，也就是中学学过的凸透镜成像原理：当物体在凸透镜2f以外的地方，在透镜另一侧f到2f处，会成一个倒立缩小的实像。相机的底片就在镜头f到2f处，对焦时，实际就是移动透镜改变底片和透镜的距离来找到成像的位置。镜头无论有多少... 楼主描述的这个东西只靠一个元件怕是不够的。为了获得完整的信息，估计要把成千上万个集成在一起。对，在生物界这个比类似照相机的眼睛进化出来还早。叫复眼。这个应该是比拥有凸透镜的单眼更低级的。
[4 楼] filter123 [资深泡菜] 22-10-17 01:24 前一阵子的各种“离经叛道”、各种“天马行空”的铺垫，扩充的同学们的视野和宽容度，为后续发表各种 “奇思妙想” 创造了良好的舆论环境，大幅度减轻了发表者的心理压力 filter123 编辑于 2022-10-17 01:30
[3 楼] 绿一色 [泡菜] 22-10-17 00:51 这个是我十几年前的想法
[2 楼] filter123 [资深泡菜] 22-10-17 00:49 看来前阵子我不断科普人工智能和计算摄影的努力取得了相当的成果同学们的思路都被打开了 😂