圖像處理領域的前沿方向，20所院校70位專家聯(lián)合編寫《光場圖像處理》

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域的前沿方向。

光場的概念最早可以追溯到20世紀初。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、深度估計等傳統(tǒng)數(shù)字圖像難以實現(xiàn)的功能。同時，光場數(shù)據(jù)為高級圖像處理(如遮擋處理、抗噪和光學特效模擬等)提供了更多可能性。

基于光場相機的成像技術

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

21 世紀以來，隨著光場采集設備的進步和計算能力的提升，光場圖像處理技術取得了顯著發(fā)展，并被廣泛應用于計算攝影、三維重建、虛擬現(xiàn)實和機器視覺等眾多領域。光場圖像處理技術的發(fā)展與技術創(chuàng)新和實際應用需求緊密相連，例如，光場相機的后期重聚焦技術使攝影師在拍攝后能夠調(diào)整焦點，大大提高攝影的靈活性和創(chuàng)作空間；虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)利用光場渲染方法生成更加真實的虛擬場景，提升了用戶的沉浸感體驗；在醫(yī)學影像領域，基于光場的三維重建技術幫助醫(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，光場圖像處理技術在智能手機多攝像頭系統(tǒng)、自動駕駛視覺感知和增強現(xiàn)實等新興領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力，推動了相關產(chǎn)業(yè)的技術創(chuàng)新和商業(yè)化應用。

UrbanLF數(shù)據(jù)集光場圖像示例

光場成像 技術可以實現(xiàn)對真實場景中光線位置和方向信息的捕捉及重建，其相關圖像處理技術可以應用于VR、AR、攝影、智能交互等多個領域，具有廣泛的應用前景。為了滿足光場技術研究和應用需求，研究者構(gòu)建了多種光場數(shù)據(jù)集，為 深度估計、三維重建、視角重建等任務提供支持。圖為北京航空航天大學于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個場景組成，包括Blender 軟件渲染的250個仿真場景和Lytro Illum 相機拍攝的824個真實場景，存在俯視、仰視和平視三種拍攝角度。

光場圖像處理是一個綜合性極強的研究方向，涉及計算機視覺、計算攝影學、圖像處理和計算幾何等多個學科。其核心在于獨特的光場相機設計和復雜的計算算法。光場相機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理論、技術方法及其實際應用。由以下單位的70位專家學者共同參編：北京航空航天大學、杭州市北京航空航天大學國際創(chuàng)新研究院（北京航空航天大學國際創(chuàng)新學院）、清華大學、上海交通大學、華中科技大學、西北工業(yè)大學、國防科技大學、東北大學、北京化工大學、北京交通大學、上海大學、上海科技大學、寧波大學、杭州電子科技大學、北京信息科技大學、安慶師范大學、臺州學院、澳門理工大學、新加坡國立大學、香港城市大學。這些單位在理論研究、算法開發(fā)、實驗驗證和應用探索等方面為本書的編寫提供了堅實支撐。

點擊翻頁

點擊翻頁

點擊翻頁

點擊翻頁

光場圖像處理購買

盛浩 等 著

北京: 科學出版社, 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)量評價方法，第4～7章詳細闡述基于光場的經(jīng)典圖像處理算法，包括光場圖像深度估計、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用和用于光場圖像處理技術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領域的眾多科研成果和教學經(jīng)驗，旨在向讀者介紹光場的基本理論概念、相關圖像處理技術及其在眾多領域的延伸與應用。

衷心感謝杭州市北京航空航天大學國際創(chuàng)新研究院（北京航空航天大學國際創(chuàng)新學院）、北京航空航天大學、上?？萍即髮W、清華大學、虛擬現(xiàn)實技術與系統(tǒng)全國重點實驗室、復雜關鍵軟件環(huán)境全國重點實驗室、智能感知與人機協(xié)同教育部重點實驗室、數(shù)據(jù)科學與智能計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基金（62394332，62372023，W2431046，62125107，61861166002，61872025，62502140）、國家重點研發(fā)計劃（2018YFB2100500，2021YFB2104800，2022YFF0902200）、中國博士后科學基金資助項目（2025M784287）、浙江省博士后科研項目擇優(yōu)資助（ZJ2025155）、杭州市北京航空航天大學國際創(chuàng)新研究院（北京航空航天大學國際創(chuàng)新學院）經(jīng)費（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: 科學出版社, 2026.1）一書“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

(新一代人工智能理論、技術及應用叢書)購買

ISBN 978-7-03-084809-3

責任編輯：孫伯元 李 娜

本書系統(tǒng)介紹光場圖像處理的基礎理論、技術方法及其實際應用。首先，介紹光場圖像處理技術的起源及發(fā)展。然后，詳細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、超分辨等關鍵技術，幫助讀者掌握先進的光場圖像處理技術。最后，重點介紹光場圖像處理技術在虛擬現(xiàn)實、工業(yè)檢測等領域中的實際應用，并提供相關數(shù)據(jù)集。

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

（本文編輯：劉四旦）

專業(yè)品質(zhì) 學術價值

原創(chuàng)好讀 科學品位

一起閱讀科學