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第34回 CV勉強会@関東
CV最先端ガイド4
コンピュテーショナルフォトグラフィのための光学系入門
2章冒頭～ 2.2.1 レンズの基礎
2016年6月12日 @OZ_Z_C
2016/6/12 CV勉強会@関東 CV最先端ガイド4 コンピュテーショナルフォトグラフィ 1

自己紹介
?@OZ_Z_C (twitter)
? 某企業研究所所属
?専門：画像符号化 (画像圧縮)
?2016/4～ CV的な研究テーマに従事
?CV勉強会参加歴
?聴講：2年位前からしばしば
?発表：初
よろしくお願いします！

担当範囲
コンピュータビジョン最先端ガイド 4
2章コンピュテーショナルフォトグラフィ理解のための工学系入門
1. はじめに
2. レンズ
1. レンズの基礎
2. 理想レンズと収差
3. 結合公式とシャインフリュークの法則
3. 光線の表現とカメラの働き
4. 応用例
5. ライトフィールドの特性と解析
6. まとめ
←担当範囲

第2章のスコープ
?コンピュテーショナルフォトグラフィ
?Computational Photography : CP
?理解するには、光学系や信号処理に関する知識が必要
?第2章では、CPに関する光学系の基礎を説明
?関連分野
?コンピュータビジョン
?イメージベーストレンダリング

コンピュテーショナルフォトグラフィとは
?計算機による演算を介してシーンの画像?映像を獲得する手法
?既存のデジタルカメラ
?フィルム式カメラのフィルムをセンサに置き換えただけ
?レンズの役割：記録デバイス上に鮮明な像を形成
?CPではカメラの機能面に着目：被写体の像を画素値として出力
?センサからの出力データを復号して画像が出てくれば良い
?レンズが形成する像 : 光記録過程の中間表現の一つに過ぎない
→ 美しい像を形成する必要はない

?CPの基本的な動機
?カメラ全体の構成を一から見直す余地あり
?所望の画像を得る/必要な機能を実装するため
?従来とは全く異なる光学系とデータ処理の組み合わせに新たな有効性？
?カメラ進化の第2幕として注目を集めている
?第1幕：撮像素子によるフィルムの置き換え
?第2幕：半導体デバイス?計算機技術による進化

?デジタルリフォーカス
?撮影したあとで信号処理によってフォーカスを変える技術
手前の馬型の何か
にフォーカス
奥の馬にフォーカス
背景にフォーカスhttps://pictures.lytro.com/lytro/collections/41/pictures/1015262

?符号化撮像（第3章のテーマ）
?露光時間や絞りを符号化(意図的なパタンでON/OFF）してわざと画像をぼかす
ことで、ぼけ画像の復元や奥行き推定を容易/安定にする

コンピュテーショナルフォトグラフィの歴史
?CPが生まれたのは2004～05年ごろ？
?元ネタ：”Computational Photography”の伝道師
?https://www.cgarts.or.jp/report/rep_kr/rep0309-2.html
?2005年5月に“Computational Photography and Video”というシンポジウムが開
催@MIT
?まだ生まれてから10年程度の新しい分野
?定義や範囲がまだはっきりとしていない？(少なくとも2011年時点では)
?イメージベーストレンダリング（Image-Based Rendering : IBR）との違い？

イメージベーストレンダリングとは
?従来：モデルベーストレンダリング
?3次元モデルから任意視点画像を生成→3次元モデルを作るのが大変
?イメージベーストレンダリング
?複数視点の画像から任意視点画像を生成
?空間の光線情報を記述したライトフィールドを用いる
http://www.map.archi.fr/aibm/Portal_of_Architectural_Image-Based-Modeling/Exp-Moreno.html

CPとIBRの違い
?IBR
?あくまで、単体でも鑑賞に堪えうる画像の獲得を目指すもの？
?CP
?画像の獲得方法を変えようとするもの？
?実際、光学系の解析や設計に踏み込む機会は多い
?レンズ光学系の性質、ライトフィールドに関する知識が必要

レンズの基礎
?レンズの働き
?平行光を1点に集める

レンズの基礎
?前置き
?写真用レンズは通常3枚以上のレンズで構成→収差を補正するため
?以降では入射光と出射光の関係のみに注目
?入射光と出射光を延長した際の交点を点Aとする

焦点距離とは
?下記2点の距離を焦点距離fと定義
?入射光を極限まで光軸に近づけたときの交点A
?その時の像B（出射光と光軸の交点）
?焦点距離は光軸付近を通る平行光によって定められる
?レンズの収差には影響されない→どんなレンズでも定められる

焦点距離と像の大きさの関係
?焦点距離が長いほど大きな像になる

ズームレンズ
?焦点距離を変化させられるレンズ
?内部の凹凸レンズの間隔を変えることで焦点距離を変える
http://web.canon.jp/Camera-muse/tech/report/2014/12/

ズームレンズの倍率
ズームレンズの倍率 =
焦点距離
焦点距離の最小値（広角端）
≠ 倍率?(??. 2.2.3) =
像の大きさ
被写体の大きさ
http://av.jpn.support.panasonic.com/support/dsc/knowhow/knowhow13.html

被写界深度
?被写界深度 = ピントがあう距離の範囲
?範囲狭い/広い→被写界深度が浅い/深い
深浅

被写界深度
?ピントがあう、とは？
?被写体上の1点から出た光が、撮像素子上の1点に集まること
http://fujifilm.jp/support/digitalcamera/knowledge/lens/apd/index.html

被写界深度
?東芝：カラー開口撮像技術

口径
?口径
?入射光の円筒の太さ
?絞りで調整可能
?口径が大きいほど被写界深度が浅くなる
小大

F値
?F値 = 焦点距離/口径
?レンズの明るさを示す値
?F値が小さいほど明るいレンズ
小大

F値
?F値 = 焦点距離/口径
?レンズの明るさを示す値
?F値が小さいほど明るいレンズ
?口径が1 2になると光を集める面積は1/2
?＝ F値が 2倍になると明るさが1/2
?通常のカメラでは1段階で明るさが倍半分になるF値を使用

結像公式
?Q. 結像公式は経験からの近似？厳密性あり？
?A. 理想レンズで自然に成り立つ厳密な式
?続きは2.2.2で
1
?
+
1
?
=
1
?

fin.
2016年6月12日 @OZ_Z_C

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