相机模型零相机基础1相机组成1快门2镜头3光圈4传感器 / 成像平面胶片2数码相机成像流程0快门决定曝光时间影响亮度和运动模糊。1场景光线进入镜头。2镜头根据焦距和对焦状态折射且聚焦多条光线。3光圈限制光束大小影响亮度和景深。4光线落到传感器像素上5传感器把光子转换成电荷6ISO/增益放大信号7ADC 转换成数字数据8ISP 进行去马赛克、白平衡、降噪、调色等处理9输出 RAW/JPEG/HEIF10通过显示设备呈现给人眼3核心概念3.1 成像方式没有针孔或透镜去聚焦收集到的信息会非常糊Irradiance。1针孔相机——小孔成像。2棱镜成像。一主要模拟效果1FOV与Focal Length、Sensor Size1FOV2焦距影响一般参考标准下film为35mm在此基础上使用焦距去计算FOV焦距越大越集中。3传感器Size影响Size越小FOV越小4焦距与Sensor Size的平衡同缩放即可比如手机就是减小焦距去平衡。手机更糊FOV决定“看多宽”传感器尺寸、镜头口径、焦距、像素质量和信噪比决定“看多清”。2曝光与三要素1入射算法2三要素入射 后期处理F数数越大光圈越小总接收光强减少整体变暗但远处物体的聚焦会更加集中更加清晰。快门时间数越大接收时间越长整体变亮但接收到的动态信息更多导致运动模糊。ISO数值直接线性乘放大信号细节的同时也放大了噪点。3Shutter不能立马打开会造成的问题不同位置接收到的光来自不同时刻有时间错位。4Shutter相关的一些摄影方式高速摄影快速连续拍摄所以调大光圈去补偿曝光近处有运动模糊远处有景深模糊。低速摄影延时摄影俗称拉丝用小光圈慢慢拍。3景深与透镜、聚焦、COC3.1 透镜1光通过透镜会变成平行光平行光一定会被汇聚到焦点。2通过棱镜组实现焦距可控。3透视特性3.1平行光出射时会过焦点中心光不变过焦点的光出射时会变得平行。3.2Z_o物距物体到透镜的垂直距离Z_i像距成像像素到透镜的垂直距离。3.3焦距与Z_o和Z_i的关系推导联立2对相似三角形。3.2 COCDefocus Blur1理想情况Focal Plane上的物体被完美聚焦到Sensor Plane Pixel上。但实际上也只有部分物体会满足条件其余物体都会有偏差。2Circle Of ConfusionCOC影响了不该影响的区域像素无法区分信息来源。当焦距不变但物体更远时Z_o更大Z_i就会变小以至于还没到Plane就提前聚焦了。透镜一般是圆形的因此射到Plane上的形状放在三维里就是一个圆形区域。3在固定其他参数的情况下影响范围/模糊程度与透镜本身大小光圈大小成正比。3.3 F数1F数定义焦距 / 光圈直径大小2F数与COCF数与光圈大小成反比因此F越大COC越小结果越清晰。3.4 光追模拟透镜射线3.5 景深1直接通过像素深度去计算COC小于阈值则不糊否则直接糊。2根据COC阈值去计算远近平面。色彩科学参考Lecture 20 Color and Perception_哔哩哔哩_bilibili(99 封私信 / 99 条消息) 聊聊CIE 1931 RGB和XYZ色彩空间 - 知乎一光与光谱1颜色、波长折射率棱镜实验一束白光穿过棱镜会被分解为颜色本质是因为不同波长有不同的折射率。2可见光光谱分布在400nm ~ 700nm之间。其余范围的比如紫外线、红外线这些都是看不到的。3SPD1描述记录光在各个波长上的分布。2不同的光有不同的SPD。3线性性质二人眼视觉系统1颜色的本质颜色不是物体本身固有的绝对属性而是光源光谱、物体反射/透射特性、人眼视觉系统共同作用后的感知结果。2人眼结构关键组织1角膜/晶状体负责成像聚焦2瞳孔/虹膜控制进光量3视网膜接收光刺激4中央凹高分辨率和颜色视觉最强5视神经把视觉信号传给大脑注真正和颜色感知最相关的是视网膜上的感光细胞尤其是视锥细胞。2.1 视网膜上的感光细胞1Rod可以感知光强但无法感知颜色按图像来讲就是张灰度图。杆状细胞负责暗视觉灵敏度高但空间分辨率和颜色分辨能力弱。2Cones可以感知颜色且还可以分为3种 L、M、S细胞 。锥状细胞负责明视觉灵敏度较低但能提供颜色和高空间分辨率。2.2 视椎细胞每种细胞负责感知光的不同波长段图中的曲线为响应曲线对不同波长段的响应程度注个体差异很大不同人眼内三种细胞的分布差异很大。2.3 L、M、S细胞如何感知颜色积分不同波长的入射强度SPD采样 * 细胞在对应波长的响应程度。3视觉系统总结看到的颜色 三种感光细胞对入射光的响应SPD波长积分结果累加SML。三Metamerism 同色异谱现象现象描述光谱不同但看到的颜色却相同。3.1 Color Matching通过调和光谱使得看到的颜色与另一种颜色一样。同色异谱的关键不是“颜色混合”而是“不同光谱可以产生相同视觉响应”。3.2 Color Blend四CIE 色彩系统4.1 CIE RGB1真实三原色使用标准波长700nm红色546.1nm绿色和435.8蓝色三种单色光做为三原色。2颜色匹配函数把可见光谱上波长为380nm到780nm之间所有的单色光都作为测试光并记录下了与之对应的RGB的强度的比例将结果绘制成如下图的曲线这三条曲线也称为颜色匹配函数Color Matching Functions。有了颜色匹配函数任意波长的单色光都能从曲线中找到它对应的RGB的比例系数。4.2 CIE XYZ并非实验出来的物理性质的系统。且没有负数便于计算且y一定程度上可以代表亮度。4.3 Gamut 色域虽然三基色需要三个参数去对应但是只要将XYZ归一化后就可以减少一个存储维度。也就是固定一个维度一般是固定y值偏亮度显示另外2个维度的组合这就是一个Color Space可以显示的所有颜色。不同的颜色空间所能显示的色域不同。五常见Color Space1SRGB统一了标准但是色域有限。2HSV对艺术家更加友好色调、偏白程度、偏暗程度。3CIE LAB感知规律。CIELAB 试图让数值距离更接近人眼感知差异。L* 表示明度a* 是绿-红轴b* 是蓝-黄轴。a* 偏红-a* 偏绿b* 偏黄-b* 偏蓝。任何一个轴的极限两端都是互补色。六色彩感知规律1环境背景影响 / 颜色是相对的2色彩搭配1互补色2同类色3临近色4冷暖色5色彩与灰度七输出系统1CMYKK虽然可以通过CMY可以混合出黑色但耗成本不如直接来个黑色。后处理