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Extend Depth of Field (EDoF) imaging system

Extend Depth of Field (EDoF) imaging system. 指導教授：梁肇文 Group A 組員： 982006003 陳俞伶 982006501 佘貴慧 982006502 英冠華 982006503 傅珮慈. Outline ● history ( 陳俞伶 ) ● basic concept ( 陳俞伶 ) ● methods and applications of EDoF Chromatic aberration ( 佘貴慧 ) Light field ( 英冠華 )

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Extend Depth of Field (EDoF) imaging system

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Presentation Transcript

  1. Extend Depth of Field (EDoF) imaging system 指導教授：梁肇文 Group A 組員： 982006003 陳俞伶 982006501 佘貴慧 982006502 英冠華 982006503 傅珮慈

  2. Outline ● history(陳俞伶) ● basic concept(陳俞伶) ● methods and applications of EDoF Chromatic aberration(佘貴慧) Light field(英冠華) wavefront coding(傅珮慈) ● summary(陳俞伶) ● Q&A ● reference PPT及handout製作：陳俞伶

  3. Outline ● history(陳俞伶) ● basic concept(陳俞伶) ● methods and applications of EDoF Chromatic aberration(佘貴慧) Light field(英冠華) wavefront coding(傅珮慈) ● summary(陳俞伶) ● Q&A ● reference

  4. 1995年 Wavefront coding 之技術 History (1/1) 2010年 H4D 單反相機 2007年 True focus camera phone 2005年 Ran Ng 第一台手持之光場相機 1992年 光場相機設計 2012年2月或3月 第一批光場相機將會寄出 2010年10月 NOKIA C7-00 2011年1月 NOKIA E7-00 2006年 Chromatic aberration 2009年 NOKIA5630XM

  5. Outline ● history(陳俞伶) ● basic concept(陳俞伶) ● methods and applications of EDoF Chromatic aberration(佘貴慧) Light field(英冠華) wavefront coding(傅珮慈) ● summary(陳俞伶) ● Q&A ● reference

  6. basic concept (1/2) 景深 (Depth of field，縮寫DoF) 定義：描述在空間中，可以清楚成像的距離範圍。 相機 在照片上成為模糊的像 在照片上成為模糊的像 景深 在照片上成為清晰的像

  7. basic concept (2/2) 延伸(擴展)景深 (Extended Depth of field，縮寫EDoF)

  8. Outline ● history(陳俞伶) ● basic concept(陳俞伶) ● methods and applications of EDoF Chromatic aberration(佘貴慧) Light field(英冠華) wavefront coding(傅珮慈) ● summary(陳俞伶) ● Q&A ● reference

  9. Chromatic aberration 基本原理 成像過程 EDoF與傳統定焦、自動對焦比較 此方法之優缺點

  10. 基本原理(1/4) • 選擇光的三原色(紅、綠、藍) reference：http://www.bud.org.tw/answer/0104/010429.htm

  11. 基本原理(2/4) • 不同波長→折射角的差異→聚焦在不同的位置 Longitudinal chromatic aberration reference： http://www.hudong.com/wikdoc/sp/qr/history/version.do?ver=3&hisiden=EH,QYDQlgaFnBGUVY,aDwdBWQ reference： http://www.webexhibits.org/causesofcolor/13B.html

  12. 不同距離用不同顏色對焦比較 基本原理(3/4) reference： Extended depth-of-field (EDoF) using sharpness transport across colour channels

  13. 基本原理(4/4) 不同距離用不同顏色對焦比較 RMSspot diameter=blur spot diameter reference： Extended depth-of-field (EDoF) using sharpness transportacross colour channels

  14. 成像過程(1/1) 先量測物體的距離 在此距離下，選擇紅、綠、藍其中一個最合適的光 利用此光模擬出另外兩個光即可清晰成像 reference： http://www.ifanr.com/9782

  15. EDoF與傳統定焦、自動對焦比較(1/5) 定焦拍攝 reference： http://www.ifanr.com/9782

  16. EDoF與傳統定焦、自動對焦比較(2/5) 自動對焦 reference： http://www.ifanr.com/9782

  17. EDoF與傳統定焦、自動對焦比較(3/5) EDoF拍攝 reference： http://www.ifanr.com/9782

  18. EDoF與自動對焦比較(5/5) 20 m 自動對焦(Nokia E90) EDoF(Nokia E55) 1 m 模糊 reference： http://www.ifanr.com/9782

  19. EDoF與傳統定焦、自動對焦比較(5/5) reference： http://www.ifanr.com/9782

  20. 鏡頭尺寸(1/1) 自動對焦鏡頭 EDoF鏡頭 N97 N73 N86 C7 reference： http://big5.china.com/gate/big5/tech.china.com/mobile/buy/768/20110331/16461230_3.html

  21. 優點&缺點 • 優點： 1.鏡頭體積小，減小手機尺寸 2.成本低 • 缺點： 1.畫素低 2.光線不足有像差 3.色彩失真

  22. Outline ● history(陳俞伶) ● basic concept(陳俞伶) ● methods and applications of EDoF Chromatic aberration(佘貴慧) Light field(英冠華) wavefront coding(傅珮慈) ● summary(陳俞伶) ● Q&A ● reference

  23. 光場 (light field) Introduction Principle Application

  24. Introduction(1/3) • 光場攝影術的概念是由居禮夫人的指導教授所提出來的, 主要概念就是不只要紀錄光的強度, 對所有光子進入的角度也要紀錄. 而紀錄入射角度的方式就是在像平面放一塊小透鏡, 然後每個小透境後面有一群的感光元件(CCD像素) http://tw.myblog.yahoo.com/3d-blog/article?mid=1050

  25. Introduction(2/3) http://ntuzhchen.blogspot.com/2010/09/adobe-plenoptic-lenses-autofocusing.html

  26. Introduction(3/3) 將每個微透鏡看成是一個相機的鏡頭 http://asia.cnet.com/stanford-camera-chip-can-see-in-3d-62038068.htm

  27. Principle • 概念一： 令入射光場為L(u,v,x,y) 則在sensor的成像可表示為 http://phychai.wordpress.com/2011/06/24/lytro-light-field-camera/

  28. 概念二： 鏡頭和景物都看做是固定的，不同焦距對應的是底片在動。 http://phychai.wordpress.com/2011/06/24/lytro-light-field-camera/

  29. 若是將底片位置從xy平面，移動到x‘y’平面時，轉換關係如下圖所示：若是將底片位置從xy平面，移動到x‘y’平面時，轉換關係如下圖所示： 由圖中幾何關係可得 所以此處光場L‘為 ，其中 。 因此可以得到我們在x‘y’上的影像 http://phychai.wordpress.com/2011/06/24/lytro-light-field-camera/

  30. 普通相機只能記錄E(x,y), 而不是L(u,v,x,y) 。 而Ren Ng提出的4D記錄就是要記錄下L, 也就是要對u, v有分辨。 所以可以計算在不同焦平面時，所得到的成像。因此可以做出在不同的焦距時的結果。 實際相片操作

  31. IntegralProjection The PowerPoint that Ren NG in Stanford University

  32. IntegralProjection Inverse2D FourierTransform 4D FourierTransform Slicing The PowerPoint that Ren NG in Stanford University

  33. Application(1/2) • 全光鏡相機(Plenoptic camera) http://www.cfar.umd.edu/~aagrawal/sig08/BuildingLightFieldCamera.html

  34. Application(2/2) 2012年預計推出的光場相機 http://www.rxsy.net/newsDetail.asp?MID=60&NID=1510

  35. Summary • 優點： • 可拍到即時影像(f/#小，光圈大，快門時間短) • 可以事後在相片上隨意改變焦點 • 缺點： • 照片分辨率低

  36. Outline ● history(陳俞伶) ● basic concept(陳俞伶) ● methods and applications of EDoF Chromatic aberration(佘貴慧) Light field(英冠華) wavefront coding(傅珮慈) ● summary(陳俞伶) ● Q&A ● reference

  37. WavefrontCoding • 基本概念 • PSF • OTF • Stationary phase method • Ambiguity function • 原理介紹 • 編碼 • 解碼

  38. Wavefront Coding: what is it? 技術以傅立葉光學理論結合Ambiguity function和 Stationary phase method Reference：Wavefront Engineering Research Group

  39. PSF （point spread function）點擴散函數 • 一點光源經光學系統後成像在像平面的光強分佈。 Reference：GeunyoungYooh, Ph.D. “Aberration Thearom”

  40. OTF （optical transfer function） • PSF在頻域的表示法 • OTF為PSF的傅立葉轉換 調制傳遞函數(對比、清晰) 相位傳遞函數

  41. Ambiguity function AmbiguityFunction 可視為OTF的一種極座標表示， 其極角與離焦量有關；極座標和空間頻率座標有關 u、v： 空間頻率 ψ： 離焦參數 W20： 模糊離焦函數

  42. 傳統光學 波前編碼 Ambiguity Functuon MTF Reference： Dowski, E.R., Cathey, W.T., "Extended Depth of Field Through Wavefront Coding“, 余樂峰，天津大學精密儀器與光電子工程學系碩士論文” 波前編碼系統中奇對稱型相位板研究”

  43. Stationary phase method 可透過相位光罩的設計，找到符合EDoF所需的Ambiguity Function • 1-DPhaseMask • 3-DPhaseMask Reference：Wavefront Engineering Research Group

  44. Reference：GeunyoungYooh, Ph.D. “Aberration Thearom”

  45. 編碼 Traditional Imaging System Wave-front Coding Imaging System Object CCD Object CCD 對離焦不敏感 Lens Lens + Cubic-pm phase mask Reference： Optical Designers’ meeting 22nd Sept ’06，a.r.harvey@hw.ac.uk 趙廷玉，浙江大學信息科學與工程學院博士論文”大景深大視場波前編碼系統理論研究、設計與實現”

  46. 解碼 • 波前編碼→1.光學成像 2.數字解析處理 • 空間域 • P=P1 * P2 * P3 * ……. (部分PSF捲積) • 頻率域 • H=H1 x H2 x H3 x ……..(部分OTF乘積) 空間域 i=imid* P2 頻率域 i=F-1[F(imid)H2] 確定光學系統&相位光罩→數字處理濾波函數 Reference：Optical Designers’ meeting 22nd Sept ’06，a.r.harvey@hw.ac.uk

  47. 傳統光學 中間像 清晰像 Reference：陳燕萍，浙江大學光學工程博士論文”景深延拓波前編碼系統理論及其應用”

  48. Outline ● history(陳俞伶) ● basic concept(陳俞伶) ● methods and applications of EDoF Chromatic aberration(佘貴慧) Light field(英冠華) wavefront coding(傅珮慈) ● summary(陳俞伶) ● Q&A ● reference

  49. 三種方法之比較(1/2)

  50. 三種方法之比較(2/2) Future work

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