用於全聚焦光場相機的智能三維成像系統
拍攝及重現逼真立體影像
過去，人們對在平面上看到立體效果一直感到著迷。早於1910年代，電影愛好者已開始佩戴經典的紅藍色眼鏡去欣賞立體電影；此後，科學家繼續努力不懈，在過去幾十年間，立體影像技術一日千里，從紅藍色眼鏡及偏光眼鏡，到主動式快門眼鏡及最新的裸眼3D科技，現在的3D立體影像不但能在電影院或電視上播放，也能在平板電腦和智能手機上重現。不過，由平面轉換的3D影像畫質往往欠佳，因此工業及系統工程學系的李榮彬教授率領研究團隊研發「全聚焦光場相機的智能三維成像系統」。此系統能有效記錄場景中物體的深度信息，經電腦的影像處理和運算後，能夠在虛擬實境眼罩及3D電視上重現逼真而準確的空間細節。這次我們特別請來研究團隊的成員，科學主任李莉華博士為大家剖釋這項突破性技術。
從不同角度收集深度信息
從不同角度收集深度信息
人類的視覺能意識到深度和立體感，全因左右眼能從稍微不同的角度觀看同一場景。市場上也曾推出模仿人類立體視覺的雙鏡頭立體相機，那為什麼團隊研發的成像系統需要捕捉更多角度呢？不是兩個影像就能構成立體嗎？李博士解釋說：「理論上，只需把兩部攝影機稍微分開擺放，同時拍攝同一場景，即可重現立體效果。不過，這樣只能提供從單一角度所看到的景物深度關係，換句話說，觀眾只能固定在單一位置觀看顯示屏，若頭部稍稍移動，立體效果便會出現破綻。我們研發這套智能三維成像系統的目的，是希望能夠拍攝出高質量、深度信息豐富的3D影像，並於虛擬實境眼罩及可從28個不同角度觀看立體效果的裸眼3D電視重現。從更多角度拍攝，就能產生更完整的深度圖，從而提高立體效果的精準度和逼真感。」
龍蝦視覺
龍蝦視覺
光場攝影是指從不同角度同時拍攝同一場景，實行的方法有多種，例如在相機前放置微透鏡列陣，或者同時使用多部攝影機。不過團隊研發的成像系統採用了截然不同的方法，靈感來自龍蝦眼睛的結構。原來龍蝦的眼睛結構與人類不同，人類的眼球把光線折射再聚焦在視網膜上，龍蝦卻把光線在窄長的方形鏡管內不斷反射，就像萬花筒一樣。李博士補充說：「我們設計的鏡頭附件內含一個長方形鏡管，它可產生九格畫面，其原理就像九部相機排成九宮格一樣，能同時從九個不同的角度拍攝相同場景。這鏡頭附件當然比九部相機輕便得多，而且要同步控制九部相機的快門也不容易。」
研究團隊開發了兩款鏡頭附件：一款適用於單鏡反光數碼相機，另一款適用於智能手機；有了後者，基本上任何相機也能變成光場相機。系統軟件會把傳感器捕捉的九個圖像或視頻，加以分析、處理和修正，再演算出完整的深度圖，以及景物之間的空間關係，最後重現場景。3D圖像或視頻能以雙畫面並排格式輸出，適用於VR眼鏡，亦可以單畫面格式輸出，適用於裸眼3D電視。李博士指：「圖像拍攝的原始解像度為全高清1920 x 1080像素，但軟件能把輸出解像度提升至4K（3,840 x 2,160像素）。」
2018年4月，「全聚焦光場相機的智能三維成像系統」於第46屆瑞士日內瓦國際發明展中榮獲評判特別嘉許金獎。
原文：
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