运动相机（精选10篇）
2、运动与你同在。
3、运动相机，风一样的梦想。
4、精彩瞬间掌控一生。
5、相随心动，定格瞬间。
6、hold住，就是爱!
7、睛彩视界，有你掌控。
8、走一走，动一动，看一看。
9、引领4G时代，记录动人时刻。
10、心随我动“I with heart”!
11、360°无限记录，你身边的世界。
12、我能看见你在运动。
13、记录生活，分享快乐!
14、记忆你每一段人生的`精彩瞬间。
15、运动相机，开创一个时代。
16、you win me over!我为你倾情!
17、引领4G时代，轻松记录你的动人时刻。
18、随身、随时、随处!运动相机，拍摄自己的纪录片!
19、与你相随，尽显行走的风景。
20、我的世界，随你而动。
21、here I am 与世界同在。
22、博大精深，星光璀璨。
23、RUN AND FUN 快乐伴随运动。
24、航拍?错!放手去航行吧!让运动相机替你拍摄!
25、运动相机，再酷一点。
26、现在开始wWw.jiNTang114.ORg直播。
27、把世界拍进手里。
28、运动生活，相机随行。
29、因为有你所以记忆更加清晰。
30、随动随拍，畅享自在。
31、相信我，这不是抓拍!
32、来我看得到“To I see”!
33、运动相机，随动随播。
34、无论何时何地，总能为你记录真实，留下感动。
35、让运动更精彩。
36、运动相机，美好此刻永恒。
37、4G生活，只待体验，创造你的无限魅力。
38、为你的人生轨迹烙上永恒的时间印迹，成为存在于世的影像传承!
39、运动相机，让我无法淡定。
40、众享随拍，自由自在。
41、运动相机，我动我时尚!
42、动起来，留住你的美。
43、我的极限，让你看好。
44、心随你动，定格时间。
45、时时刻刻，留下精彩。
46、分享动感瞬间。
47、见证最美时光!
48、网络运动明星的诞生。
49、捕风捉影，注定您赢!
在仿真培训系统的开发过程中,虚拟相机的控制是展示虚拟场景的一个重要部分,虚拟相机相当于我们的眼睛,视点的运动实际上就是它的运动,但是虚拟相机的运动一直以来都需要制作人员投入很多精力手动完成,其运动的自动化由于受到场景的复杂性、碰撞检测、路径规划和视觉效果等问题的影响而很难实现。现将结合认知负荷理论及机器人学中的路径规划算法,针对虚拟相机运动的自动生成技术,最终为学习者提供选择性视觉,引导学习者的注意力指向与其学习目标相关的视觉刺激,从而获得更好的学习效果。
1虚拟相机简介
在虚拟相机也叫虚拟摄像机,它是在三维场景中虚拟出的一个来模拟真实摄像机运动的对象,在三维空间中具有六个自由度,即三维的空间坐标(图1中X、Y、Z)以及机体绕坐标位置旋转的三个角度(图1中θ、Φ、Ψ)。虚拟相机由视锥体(图1中γ)和相机体两部分组成[1]。
虚拟相机模仿了真实相机的工作及操作方式,如摇移、缩放等操作,可以通过对位置、方向角和镜头焦距等参数的调整控制相机运动,它的控制参数有目标点、画幅、视距、水平视角及仰角等。
虚拟相机主要有自由相机和目标相机(图2)两种,其它相机类型一般由这两种相机衍生的。自由相机是指相机完全以自身中心坐标为中心进行运动的虚拟相机,可以自由转动没有其它任何限制;目标相机则有两个运动中心,一个运动中心是虚拟相机自身坐标的中心,另一个指的是相机目标点的中心,无论目标相机在运动过程中怎样转动,其朝向始终是指向目标点。
由于目标相机的镜头始终对准目标对象,能够使目标物体精确地展示在画面中,所以目标相机将作为所选用的虚拟相机。
2遵循认知负荷理论的相机运动规则
2.1认知负荷理论
认知负荷理论[2]是由澳大利亚新南威尔士大学的认知心理学家约翰·斯威勒于1988年首先提出来的。目前该理论已逐渐成为人们研究认知过程和教学设计框架的一个主要理论。认知负荷理论假定人类的认知结构由工作记忆和长时记忆组成。该理论认为有三种类型的认知负荷:内部认知负荷,外部认知负荷和有效认知负荷,其中工作记忆负荷主要受内部认知负荷和外部认知负荷的影响。
内部认知负荷由所要学习的材料的本质与学习者的专业知识之间的交互决定,不能被教学设计者所改变;外部认知负荷源于材料组织和呈现的方式,可通过重新组织信息来改变;有效认知负荷与外在认知负荷相似,同样受到教学设计者的影响,但外在认知负荷对学习起干扰作用,而有效认知负荷能够对学习起促进作用[3]。人类只能同时对有限数量的信息加以接受并保持其活跃,即认知负荷存在的前提是承认认知加工容量是有限的,所以这三部分是相加关系,即不平均、此多彼少、总和不变。当外部认知负荷增加、而生成认知就会被挤占,就是低效的教学设计;相反,生成认知增加,就是高效的教学设计。
认知加工容量的有限性主要表现在注意的选择性上。选择性是注意最基本的特性,它指将心理活动指向某些目标而忽略其他刺激,从而删除冗余信息,降低外部认知负荷[4]。在问题解决和学习过程中常会出现许多无关的认知过程,这就要求注意集中指向学习目标。在仿真培训系统中,虚拟相机是传达教学场景信息的重要视觉引导工具,将对其如何为学习者提供选择性的视觉引导,减少学习者的冗余效应做进一步研究。
2.2认知负荷理论规则的实现
在美术构图中,常常将要表现的主体物设计在画面的 “趣味中心”内[5],趣味中心是视觉最清晰也是最吸引人注意力的范围,可以用一种叫“三分法”的画面分割方法来确定趣味中心的位置,所谓“三分法”就是我们熟悉的九宫格,即将整个画面横、竖都三等分,这样画面上就有了九个方格,四个交点(图3中的A、B、C、D)。这四个交点所围成的区域就叫做趣味中心。
在这个趣味中心内表现学习目标,不仅在构图上能更好地发挥其在画面上的组织作用产生较好的视觉果,而且最重要的是容易吸引学习者的注意,忽略趣味中心以外的景物的外部刺激,进而减少外部认知负荷。
在体现该规则的虚拟相机运动规划的实现中,假设相机对某个物体进行拍摄时其高度不变,并基于该假设来求取相机与关注目标间的距离。
当相机对关注对象进行拍摄时,最重要的是确定相机与物体的距离,它与相机的目标点、画幅、水平视角等参数有关,除此以外最重要的一点就是要保证被拍摄的学习目标在画面的趣味中心内。
首先取物体的球包围盒,要求当相机向关注对象运动时,关注对象在成像中的水平尺寸即求包围盒的直径满足“趣味中心”的宽度(图4)。
根据图4,可得出相机水平视角FOV,成像平面长度d与视距f间的关系为[6]:
可得出相机与被拍摄物体的最佳拍摄距离L:
即拍摄学习目标物体虚拟时,虚拟相机的最佳位置集合是:以L为半径,被拍摄目标物体的中心为球心的球面。当虚拟相机在该球面上的任何位置且朝向学习目标物体时,学习目标物体都将位于最终成像的“趣味中心”内。该球体的圆周可以作为环绕拍摄时虚拟相机的运动路径。环绕拍摄指对某个景物或相机目标点旋转环绕拍摄,它包括顺时针、逆时针两种方式。
3虚拟相机的运动路径规划
虚拟相机的运动规划的思想最早由吉姆·布林提出的,早在1988年他就开始尝试建立一个摄像机规划系统[7]。他提出:应该以相机画面的要求为规划重点,而不是直接控制摄像机自身的属性,此后大部分研究者都沿用了这一思想。本文将使用机器人学中的路径规划算法,结合认知负荷理论规则,对虚拟相机的运动路径进行规划。
3.1空间的划分
虚拟相机的运动路径是一条与场景中物体不发生碰撞的曲线路径。为确保该路径无碰撞,需要在场景内做碰撞检测来确定障碍物的准确位置。为方便碰撞检测,将整个场景划分为自由空间和障碍空间两部分,并在自由空间内进行虚拟相机的运动路径规划。
将用八叉树结构的原理进行碰撞检测的加速[8]。八叉树是一种用于描述三维空间的树状数据结构。它的每个节点表示一个立方体的体积元素,每个节点有八个子节点,将八个子节点所表示的体积元素加在一起就等于父节点的体积(图5)。加速的原理在于:若高层节点被确定不具备某一属后,则该节点的所有子节点也都不具备这一属性,无需对这些子节点再进行检测。
将整个场景作为根节点,建立整个场景的AABB包围盒。进行第一层剖分时,场景被分割成八部分,然后判断这八个子节点中哪些子节点与场景中的景物没有产生碰撞,从而有效地剔除不产生碰撞的子节点,而对于那些与场景中物体发生碰撞的子节点,因无法判断其子节点是否与物体发生碰撞,需要继续细化到下一层的八叉树进行检测。
将整个区域细化为n层八叉树,即整个场景为第一层,第二层有8个节点,依次类推,则第n层有8n-1个节点。根据场景内物体复杂性的不同设定n的值,n值与场景复杂程度成正比。
为方便显示,将最后一层中所有与场景内物体发生碰撞检的立方体实体化,直到细化到的层数符合规划的需求时再将立方体隐藏。图6为原始场景分别细化至第4层和第9层的区别,其中细化到第9层时,其空间划分结果较为适合本文场景。
所有最终层中与物体相交的立方体节点即是场景中的障碍空间,余下的空间即为可以进行路径规划的自由空间。
实验所用的交互软件是Virtools,它是由法国全球交互三维开发解决方案公司VIRTOOLS开发的一款三维互动程序开发工具。在该软件中,用于存储数据的模块叫Array(阵列),可以用于建立数据,事件变量控制等。
将碰撞检测结果存储在Array中,整个空间将细化到八叉树的第n层,每一层用一个Array来保存,分别命名为:Layer1,Layer2,……,Layer n,每一个Array中存储着结点所在的区域、子节点及父节点在Array中存储的位置。
该Array共有11列(图7),它们分别代表的含义是:
Box:该节点所在的立方体的位置坐标,坐标系为世界坐标系;
Child 0— Child 7:表示该节点的八个子节点在下一层Array中的索引,如果其值为-1,表明此节点相应位置的子节点不与物体发生碰撞;
Parent:表示该节点的父亲结点在上一层Array的索引;
Index:表明该节点在其父亲结点上的位置。
3.1路径规划
利用A*算法对虚拟相机的运动路径进行规划[8]。运动规划的技术源于机器人学领域,它能够规划出一条不与障碍物发生碰撞的移动路径,就是将三维环境下的问题转化成八叉树结构,然后使用A*搜寻算法处理,使得用户仅需要指定虚拟相机的起点和目标点,即可自动完成这两点间最短路径的规划,让复杂的问题可以在合理的时间内完成。
虚拟相机的路径规划需要在自由空间内进行,但是在空间划分中,学习目标物体被划分到障碍空间内,所以目标点的位置不能等同于学习目标物体的位置,需要重新计算。
连接起点与学习目标物体的物体中心,该连线与学习目标物体的最佳拍摄位置集合的交点就是目标点位置(图8),这个交点所在的水平圆周即为所求的环绕拍摄路径。如果该圆周与场景内其他物体发生碰撞,则需要调整虚拟相机水平视角fov的大小(图4)来调节半径L的长度,从而使虚拟相机的环绕拍摄圆周路径避开其它障碍物。
把所取点的坐标和Array中Box的坐标进行比较,便可以确定该点属于哪个节点,对没有保存在Array中的自由空间内的节点,也可以通过该点所处八叉树的数据结构计算出其Box的位置。在确定好起点和目标点位置后,利用A*算法计算出这两点之间最短的虚拟相机行进路径,然后将刚求得的目标点作为起点,继续连接下一个学习目标物体的中心,依次计算获得虚拟相机的行进运动路径。在Virtools中可自动调节曲线的曲率,使生成的路径没有尖锐的角度,十分平滑,非常适合作虚拟相机的行进运动路径。
虚拟相机运动的最终曲线路径是由环绕拍摄的圆周路径和起点与目标点之间的行进路径所组成的。
3.3规划结果展示
实验在Windows XP环境下,使用三维动画制作软件3DS Max和实时三维环境虚拟实境编辑软件Virtools制作完成。
图9为对场景内一目标物体的环绕拍摄结果。
4结论
所提出的基于认知负荷理论,结合路径规划算法的虚拟相机运动规划方法,使得生成的虚拟相机运动为学习者提供选择性视觉,减少了学习者的外部认知负荷,加深了其对课程的记忆,使其获得了较好的学习效果。同时对相机路径规划结果可以编辑和修正,便于开发者使用。
虚拟相机常用的拍摄方法有多种类型,不同的拍摄方法对关注对象的表现效果不尽相同,目前本文只研究了一种环绕拍摄,在今后的研究中,将丰富虚拟相机的拍摄方式,从而更好地为培训课程服务。
参考文献
[1] Christie M,Olivier P,Normand J M.Camera control in computergraphics.Computer Graphics Forum,2008;(08):2197—2218
[2]程志,周铁.基于认知负荷理论的教学媒体设计.现代教育技术,2008;(11):50—52
[3]陈巧芬.认知负荷理论其发展.现代教育技术,2007;(09):16—19
[4]辛自强,林崇德.认知负荷与认知技能的图式获得的关系及其教学意义.华东师范大学学报(教育科学版),2002;(04):55—60
[5]韩笑.影视动画场景设计.北京:海洋出版社,2005:108—110
[6]姚琤,肖俊,庄越挺.基于影像美学原理的虚拟相机自动拍摄生成方法.系统仿真学报,2006;(10):2852—2855
[7] Blinn J.Where am I?What am I looking at IEEE,Computer Graphicsand Applications,1988;(07):76—81
[8]周俊玮,万宇,万旺根,等.一种基于八叉树的OBB包围盒碰撞检测方法.计算机应用与软件,2009;(04):75—77
相伴而起还有运动领域，那高耸的山脉，那冰冷的江河，那喷涌着地狱般烈火的沙漠使得传统相机和智能手机无法征服，但是人们希望能够记录那些珍贵的瞬间，那些生命中的狂笑与泪水。
相对传统的摄影设备，运动相机由于体积小巧及防护性佳，解放了双手，使得能够进入到手机和传统相机不容易克服的环境并拍摄到高质量的内容，同时兼备互联网特性使得社交与分享十分便捷，这使得运动相机能够从激烈的摄影器材竞争中脱颖而出。而实际上在GoPro发布第一款运动相机HERO之前，运动相机已经过了百年的发展。
老式运动相机
如果你能看到上世纪初时期的照片，那它们极有可能就是通过Graflex相机拍摄的。Graflex背后制造商是在临近1900年成立的，公司名为Folmer and Schwing Manufacturing，后来这家公司被伊士曼柯达收入麾下。Graflex相机的5 x 7模式能够通过更大镜头来作调整，这样就可以拍摄体育赛事中的特写镜头。当时，像这类相机能够提供全尺寸取景窗，快门速度可以由每秒1/10调整至每秒1/1000。
长筒镜头的出现
随着时间的推移，一种新的镜头附加器诞生了，它的尺寸在20英尺-60英寸之间，可以帮助摄影师远程更近“距离”抓拍运动画面，无需跑到赛场上去。新闻摄影记者通常站在站台上，两手端着一个Graflex相机和超大柱面镜头，看起来显得很霸气。到了上世纪60年代，人们开始寻找新的方法在电影中拍摄“极限动作”。1961年在一部名为Ripcord电视剧中，就是使用了头戴式相机在高空抓拍快速运动。电影制片商Dick Barrymore还使用一款设备来拍摄高山滑雪的POV镜头。
数码化发展
柯达公司中一位名叫Steve Sasson的工程师在1975年开发出了全世界第一款数字摄像机，他使用了电荷耦合设备图像传感器来将光转化为电子，他为以后的数码相机和运动相机轻便化发展做出了很大贡献。
运动摄像的普及
在1986年摩托车越野赛冠军比赛中，通过航拍视频系统，搭建了一个微波传输平台，它也因此成为直播POV运动史上一个里程碑事件。一款配CCD图像传感器的佳能CI-10彩色视频相机能够将视频直接传输给ABC转播车，后者可以以赛车选手的第一人角度来直播赛事。随着技术的成熟，DIY电影制造商都尝试创建自家的POV平台。1987年，Mark Schulze开发出自己的可穿戴设备，来拍摄视频。他将一款早期彩色芯片相机置于其头盔上来拍摄画面，而其背部就是录像机。
到了2012年谷歌I/O开发者大会，谷歌联合创始人谢尔盖·布林（Sergey Brin）展示了一款名为Project Glass的可穿戴计算设备，即后来我们所熟知的谷歌眼镜。这款设备不光具备平视显示屏，同时它也内置了一款摄像头。布林在台上展示了一段高空飞行、自行车穿越等视频演示，引来了台下观众的一片叫好声，这也使POV（point of view，亦即视点镜头，是摹拟观察者的视点，使摄影机居于主动地位，摄影机的镜头俨然就是人物的肉眼来捕捉画面。）设备进入了一个新的高度。
市场逐渐成熟
2009年前后，高分辨率视频开始成为运动相机主流。这些运动相机设备能够拍摄1080p视频，内置可循环充电的锂离子电池，在电影和电视机制作市场获得一定成功，现在在体育赛事领域也占据了一席之地。
发展趋势
运动相机市场逐渐成熟，产品也随之往更高的水平发展，未来的发展重点主要集中在画质、防抖性、便携性、续航的提高上，以及基于网络的视频直播与社交分享上。未来随着越来越多的厂商加入到这个垂直市场中来，竞争会加剧，而目前尚处于“蓝海”的运动相机市场将会迎来更具爆发性的增长。
ISO感光度是对光的灵敏度的指数。感光度越高，对光线越敏感。一般情况拍摄运动物体或者弱光情况下，感光度越高越好。但是高感光度下的图像噪音信号较多，清晰度也下降，相反，感光度低，图像噪音信号减少，画质细腻，但不适用于拍摄运动物体或者弱光环境。
很多玩家常常会碰到以下的情形：在展览馆等禁止闪光灯的场所拍摄，我们不得不禁用闪光，结果得到的是模糊的照片，而如果使用了闪光灯，拍摄对象会产生反光的结果影响画面。同样的情况也会出现在室内或者环境比较昏暗的场所。
在不使用闪光灯的情况下要拍摄出效果好的照片，一个简单的方法是通过ISO的调节实现。当然，如果提高ISO设置，会使得照片的颗粒感变得比较严重，这就需要使用者根据当时的情况灵活掌握了。如我们熟知的传统相机那样，ISO感光度表示胶卷对光线的感度，有100、200、400等值。感度值越大越适合用于光线昏暗的场所，但却会损失色彩的鲜艳度和自然感觉。
顺便提一下，在对色调和图像再现要求严谨的时候，最好使用ISO感光度为25和64的低感光度胶卷。而为了能够满足多种场合使用，经常都使用ISO感光度为400的胶卷，甚至也有使用适合于昏暗场所拍照的ISO感光度为800和1600胶卷的（一次性相机）。
尽管数码相机不用胶卷，但是却配备了与此相似的机能，也能够改变它的ISO感光度（有的机种ISO感光度设定不能改变，请自行在数码相机的说明书上确认）。这样在使用时，当想让拍摄效果更好的时候，就把ISO设置为100，而在光线不足时就将ISO设置为400。
照相机吗，变成了石头不久说不了话了，我急忙从怀里掏出相机，朝爸妈照了一
张照片，“咔嚓”又一声响，石头完成!真好玩，我对相机越来越喜欢了，感觉
像是被人控制的一样情不自禁的走出了家门，看一个人就照一个，说来也怪，这
胶卷好像怎样都用不完似的，不一会儿，好几十个人都变成了石头，我照的人越
来越多，变成石头的人也越来越多。猛然，我才醒悟，发现我做了件错事，可该
怎么把石头人都变回来呀?夷?我想起了那张贴在相机上的纸，我一百米的速度
跑回了家，用放大镜看了看：
魔力照相机
凡被照者，一律会变成石头。若想解除魔力，需自照一张相片。后果自负!
啊?自照?不会连我自己也变成石头吧?我犹豫着，一人做事一人当，终
于，我拿起了相机，对着自己照了一张......等待着结果。好几分钟过去了，我
还是没变成石头，我跑到大街上一看，魔力真的被解除了!所有石头又变成了真
人。不过我发现他们没有了这段记忆，还好，不然我可就惨了。至于那台照相机
目前图像去模糊的方法有很多种,根据运动模糊的不同特征可以分为均匀去模糊[1]和非均匀去模糊[2]。在传统的去模糊中,通常都假设图像的模糊为均匀的,即只考虑相机与物体之间的相对平面内的平移运动。目前,针对均匀模糊的去除方法主要包括基于专业硬件芯片[3,4]、梯度统计[5]、稀疏表达[6,7]和边缘透明度的方法[8]等。但是这些方法只有针对自然图像的去模糊效果才比较明显,却很少有专门针对人脸图像模糊的去除方法[9]。视频监控已经广泛应用于生活的各个领域,通过视频图像对目标人物进行定位识别跟踪、刑事侦察和打卡签到应用中有着迫切的需求。但是在很多情况下,由于相机的抖动或者人物的行走会引起的人脸图像模糊,导致后续的人脸识别失效。为此提出了人脸图像的去模糊方法,传统方法都将运动模糊视为均匀模糊,没有考虑在相机成像平面外的运动。但在实际应用中,因为相对运动不能总是维持在成像平面内,均匀模糊的去除方法往往不能真正达到去模糊效果[10]。较早的文献通常将一幅输入图像分割成很多区域,其中每一个区域看作是均匀模糊,不同区域的模糊核各不相同,达到估计非均匀模糊核的目的[11]。Whyte[12]等人提出了一种新的非均匀去模糊的模型,将模糊图片看作是沿着相机路径拍摄的每一张图片的叠加总和,这些图片可以看作是清晰图片在相对运动轨迹上每个轨迹点的变形图片。基于这个新的模型,可以通过计算相机的抖动路径去除非均匀模糊。Gupta[13]等人提出了一种相似的去模糊模型,用相机在相机平面内的平移和旋转对相机的运动轨迹进行建模,也证明了只需要这三个自由度的参数就可以近似地估计出相机在空间中的平移与旋转。本文将非均匀模糊去除方法应用在人脸去模糊中,通过对相机的运动轨迹进行约束,可以更快速准确地估计出相机的运动轨迹。由于大部分文献对图像的先验知识是根据自然图像设定的,并不适合于本文的人脸图像。因此通过对人脸图像训练又得到人脸特有的稀疏字典,增加了人脸图像的约束,可以得到更好的人脸去模糊效果。
1 非均匀去模糊模型与图像先验知识
1. 1 非均匀去模糊模型
非均匀去模糊的模型可描述为过程:
其中,B代表模糊图像,L代表清晰图像。θ 代表相机的运动轨迹参数,n代表噪声。采取文献[13]的方法,用平面内的平移和旋转来近似相机的抖动路径。Hθ代表在在相机姿势 θ 下的单应矩阵,f( Hθ,L) 即为在 θ 相机姿势下变形后的图片。模糊图片B可以看作是在相机路径下所有变形图片的叠加与噪声n的总和。在离散情况下,模糊图片的离散表达形式为:
其中,Kθ代表在相机姿势 θ 下的变形矩阵。在三维空间中,相机的运动轨迹包括在x轴、y轴、z轴的移动和旋转,共计6 个参数[14]。但是本文只考虑沿着x轴、y轴的平移和围绕z轴的旋转。因为沿着x轴、y轴的旋转可以用沿着y轴、x轴轴的平移近似。而沿着z轴的平移对图片的影响很小可以忽略不计。因此,原本6D的相机运动空间可以用3D的相机运动空间来近似。
因此,在非均匀去模糊中求解清晰图像是通过最小化如下能量函数得到:
其中,W代表权重wθ的集合。Φ( L) 、Φ( W) 分别代表L和W的先验知识。
1. 2 图像先验知识
为得到较好的去模糊效果,不仅需要准确估计出相机的抖动路径,还需要对清晰图像建立先验知识。由于相机抖动路径不可能被完美的求解得到,所以图像的先验知识在去模糊效果中也起到了关键作用。图像的梯度分布方法常被用于先验知识的构建,但并不适用于人脸图像的梯度分布。因为在自然图像进行去模糊处理中,梯度分布符合超拉普拉斯分布规律,然而人脸图像的梯度分布并不满足这一特性[15]。假设图像像素点的总个数为N,每个梯度幅值的个数为N,则自然图像与人脸图像梯度分布情况分别如图1 中的( a) 和( b) 所示。
从图1 中可以看出,自然图像与人脸图像梯度分布存在一定的差异,利用自然图像的梯度分布对人脸图像建立先验会引起很大的误差。根据分析,本文对人脸图像需要建立一种新的稀疏先验,来达到清晰人脸的效果。
2 人脸图像去模糊模型
通过估计相机的抖动路径,并同时建立人脸的先验知识来达到人脸图像去模糊的效果,主要包括非均匀模糊核估计和人脸图像稀疏先验两部分,去模糊模型的步骤流程如图2 所示。
2. 1 基于相机运动子空间的非均匀模糊核估计
首先对相机路径上所有姿势的权重进行初始化。定义T( θ,p) 为在相机姿势 θ 下在像素位置p的变形函数,因此,在相机姿势 θ 下在像素位置p的模糊核可以表示为:
相机的整个路径在像素位置p噪声的模糊核则可表示为:
其中,S表示相机的整个路径,也即是相机姿势 θ 的集合。
首先利用均匀模糊的去除方法,在模糊图像上选取一些小的图像块来求出一些均匀的模糊核。本文中选取文献[1]的方法。根据求出的多个均匀模糊核,利用反向投影( BP) 算法,可以得到投影值为:
其中,i代表模糊核kp的位置,Γ( θ) 用来表明相机姿势 θ 是否起到作用,如果有,则 Γ( θ) = 1 ,反之 Γ( θ) = 0 。因此,可以初始化相机姿势权重W为:
但由于估算的几个均匀模糊核并不准确,而且利用BP算法对这几个仅有的均匀模糊核进行非均匀模糊核重建必然会有很大的误差。同时,由于相机的抖动路径在运动空间是非常稀疏的,因此,可以进一步对相机姿势的权重利用下式进行初始估计:
为得到更精确的权重W的估计,通过对权重W和图像L的迭代优化来得到更好的解。因为图像的导数在清晰图像估计中会起到积极的作用,可有效地去除环效应并且可以加速最优值的求解速度[16],因此本文利用图像的导数来求解清晰图像L和相机姿势权重W:
其中,代表图像L的一阶导数和二阶导数。从式( 9) 中可以看出,相机姿势的权重需要在整个运动空间S上进行优化,这样必然会引起计算速度大大的降低。但由于相机的运动路径应该是一个连续的一维路径,不应该是一个复杂的立体路径,如图3 所示。
因此,需要将冗余的相机路径去除,在每次迭代过程中,将相机路径限制在一个运动子空间S' ⊂ S中。为了达到该目的,将每次迭代过程中得到的权重WS= { w1,w2,…} 按照降序排列,然后将末尾最小的m个权重取值为0,然后在剩余的权重对应的子空间{ θ ∈ S'} 中,重新对求解最有值:
2. 2 人脸图像先验
在每次的迭代过程中,当固定权重W后,需要对清晰图像L进行求解:
根据1. 2 节的分析,广泛应用的关于图像梯度分布的先验知识在人脸图像中并不适用,因此需要对人脸图像设计一个合适的先验知识。选取耶鲁人脸数据库中的部分图片用作训练集,该数据库分别对十个测试对象拍摄了不同的照片,选取其中5 个对象的图片为训练集,其余部分用作测试集,通过训练集f = { f1,f2,…,fn} ,来训练一个人脸的特殊字典D 。
可以根据训练得到的人脸特殊字典,得到清晰人脸图像的先验知识:
其中,Ri代表提取图像L中的第i个图像块,选取图像块大小为8 × 8。字典大小为64 × 512。由于利用清晰的人脸图像进行了字典训练,因此在去模糊的过程中对人脸重建可以得到更加清晰的人脸图像。
3 实验结果与分析
实验选取耶鲁人脸数据库中三幅图像作为测试集的图片,并合成三个不同的三维空间的连续路径模糊核,根据三个清晰人脸图像分别合成三个不同模糊核的非均匀模糊人脸图片。实验通过三组图片展示本文提出的新模型的对模糊人脸图像的去模糊效果,并与文献[13]中Gupta等人提出的去模糊模型进行比较。
同时,实验采用的是评价效果较好的PSNR和MSSIM两种方法,峰值信噪比PSNR的计算公式为:
结构相似性MSSIM的计算公式为:
其中,式( 15) 中的SSIM是用来表示两幅不同图像的相似程度,表示公式如下:
其中,σx和 σy代表图像x和y的方差。σxy是x和y的协方差。C1= ( K1I)2,C2= ( K2I)2,其中K1= 0. 01,K2= 0. 03 ,I代表图像灰度值的动态范围。计算结果的MSSIM值越大,越接近1,代表去模糊后的图像与原始无噪声图像的相似度越高,去模糊效果越好; 而MSSIM值越小,则代表去模糊效果较差。
实验过程中,本文首先对模糊图像随机选取7 个的小图像块用文献[1]求得7 个均匀模糊核,利用反向投影法得到一个3D模糊核的初始值,然后进行后续的非均匀模糊核估计。测试图片选自耶鲁人脸数据库测试集中。对三张人脸图片分别用随机生成的3D模糊核进行模糊处理,然后用本文方法以及文献[2,13]的模型分别对测试图片进行去模糊并记录处理结果的PSNR值与MSSIM值,数值比较如表1 所示。
从表1 的结果可知,在三张测试图片中本文模型处理方法可以得到更高的PSNR和MSSIM值。在每张人脸图片的PSNR值平均比文献[13]可以提高2 ~ 3 d B,MSSIM平均可以提高10% 左右,比文献[2]可以提高1 ~ 2 d B,MSSIM可以提高5% 左右。因此,可以表明本文提出的方法比文献[2,13]可以得到更清晰的人脸图片。这不仅可以提高图片的视觉效果,而且也会在很大程度上提升后续对人脸图片的人脸识别等应用的准确性。
4 结语
为了手里那张自己钟爱的奥运项目入场券，你大概是经历了人堆里的一番苦战吧。然而票到手了，如何欣赏这样的比赛盛世呢？对于业余的摄影爱好者而言，拍摄体育赛事照片无异于一场噩梦，但是用一部好相机，感觉就完全不同了。
But which camera is the best? What do you need to look for in a sports camera? In order to spare you the hassle of finding out for yourself, this month we recommend the best digital cameras on the market for this kind of work.
那哪款相机最佳呢？挑选运动相机你都需要看些什么？替你分忧，本月我们为你推荐市场上此类最好的数码相机。
Nikon D40 SLR
尼康D40 SLR
Nikon's D40 is an extremely affordable digital SLR camera that will give you more control over your pictures than a point-and-shoot camera. Even the basic D40 kit is sufficient for sports photography, but when combined with a decent zoom lens (the Sigma DC 18-200mm lens works perfectly) it can produce quality pictures from one end of the Water Cube to the other. It also offers a continuous shooting speed of 2.5 frames per second – enough to snap even the fastest of runners - and shutter speeds ranging from 1/4000 to 30 seconds.
尼康D40是一款性价比极高的单反相机，相对于傻瓜相机，你可以对照片进行更多的操作。即便是最基本的D40配置，也足以拍摄运动照片。但是如果配上不错的变焦镜头的话（性能完美的Sigma DC 18-200mm镜头），D40就能拍出水立方横贯两端的高质量图片。这款相机同样也支持连拍，速度达到2.5fps，这就足以抓拍到飞奔的短跑运动员，快门速度范围为1/4000到30秒。
Olympus SP-510
奥林巴斯SP-510
Although the bulk may put some people off this natty little point-and-shoot, the extended 10x optical zoom more than makes up for it. Image stabilization and a high megapixel rate (7.1MP) means the SP-510 is capable of taking successive shots at the more-than-reasonable speed of 2.2seconds per shot, and the auto-focus comes in handy over a distance. Manual controls are also available for more advanced amateur photographers.
尽管这款相机的大块头可能会让一些人望而却步，然而10倍光学变焦弥补了外形的不足。图像的高稳定性和710万的分辨率就意味着SP-510能以高出每张2.2秒的速度进行连拍，自动对焦功能实现了长距离拍摄。对于一些娴熟的摄影者也可以使用手动控制功能。
Sony Cyber-Shot DSC-T200
索尼T200
In my opinion, this is the single best point-and-shoot on the market, period. Featuring 8.1 megapixels and an impressive 5x optical zoom the tiny Cyber-Shot DSC-T200 has some great features for sports enthusiasts. The shutter speed has a fairly decent range, stretching from ¼-second down to 1/1000th, and the burst-shot mode allows almost 100 photographs to be taken in continuity. For a camera this compact, there is no better option currently available.
在我看来，这是市场上一款最佳卡片机。对于那些喜爱运动的人，810万像素、5倍光学变焦，T200是一款不错的选择。快门速度范围也很大，从1/4秒到1/1000秒，连拍模式下支持拍摄将近100张照片。这种性能完备的相机，目前应该说是不二之选了。
Sony Alpha DSLR-A700K
索尼A700K
If you've got a bit more cash to spare, then this little beauty is the camera for you. Offering a whole bundle of features to make your life as a sports photographer easier, the A700K straddles the line between professional and amateur photography. As well as boasting a whopping 12.2megapixels, this camera also features a neat little gadget called Super Steady Shot Image Stabilization, which reduces blur and stabilizes images even when you don't have access to a tripod.
如果你口袋富裕，这款漂亮的相机就是为你准备的了。所有的功能应有尽有，让你更轻松地体验体育摄影师的生活。A700K的定位介于专业与业余摄影者之间。除了标榜的1220万像素之外，这款机子也主打简约小巧的设计，号称具备超级的图片拍摄稳定性能，降低图片的模糊程度，即使在没有三脚架的情况下也有出色的稳定表现。
When combined with a good lens, this camera becomes practically unbeatable. Set the image mode to take JPEG images, and you can snap away in one continuous burst until the memory card run out. Best of all, this camera will auto-start when you put your eye to the viewfinder, making it especially responsive and ideal when capturing that gold-medal-winning moment.
要是再配上好些的镜头，那这款相机就无敌了。将所拍摄的图片设置为JPEG格式，你就可以连续拍摄直到储存卡内存耗尽。本款机子最好的特点在于当你使用取景窗时，相机将自动变焦，当捕捉夺金瞬间时，这一功能让它尤其灵敏，几近完美。
PentaxK20D
宾得K20D
While I'm not a big fan of Pentax cameras in general, this new toy is a damn good bit of kit. Coming in at the tail-end of the digital SLR boom, the K20D has learnt a lot from the mistakes of those that have come before it. With a phenomenal 14.6 megapixels sensor and a 21fps burst mode, the K20D packs enough gadgetry to make it a contender as a sports camera, but this is certainly one case where the lens is of paramount importance. Go for Canon, Nikon, or Sigma – standard Pentax lenses are too slow for this kind of work.
两天前，爸爸说要培养我的观察能力，所以决定家里要新买一只数码相机。我们先来到百货大楼，在照相机的专柜里，摆放着许多数码相机。我一眼就认定了一个尼康4200的相机，可是要3050元钱。专门给我买，太贵！接着我们又来到数码城，一看，哇！这儿的尼康4200相机只要2780元，还有三角架送，真是太合算了。想不到这儿的老板和爸爸认识的，最后就2600元买来了。
这个数码相机不但小巧，而且很漂亮，一张存储卡可以拍260张照片，相当于7、8个胶卷。有400万有效像素，3倍变焦，尼克尔ED镜头，可以连拍，5帧暂存记忆连拍16帧等许多功能。嘿!我真是爱死这个数码相机了！
昨天，爸爸骑摩托车，我坐在后面，拍了路过的肯德基店、建设银行，还有路上过往的行人，拍的效果还真不错。回到家，我又拍了爸爸看书，妈妈烧菜的镜头。
我要用这个相机纪录生活的点点滴滴，记录我们家庭的有趣事情，记录我们城市的发展变化，记录我的成长过程。
我一点儿也不喜欢母亲的相机，又大又黑，笨重的要命，前面那个镜头活似一个大炮，又黑又深，像一只恐怖的眼睛。
不知从什么时候，母亲爱上了摄影，她最喜欢将摄相机带在身上到处转悠，我们在家写作业，自己又不知溜到哪儿捣鼓去了。过了几个星期，等她已有点儿摄影家的风范了，她又从我们身上寻找突破口了。
“抬头一下……”我刚从解出一道数字题的兴奋劲中缓过神来，“咔嚓”一声响，只见母亲得意地捧着相机：“这张不错，曝光正正好！”
母亲不管在任何地方，都要摸出自己的.宝贝相机，好好地过一把“摄瘾”。
过了些日子，我已经有些不耐烦了，我实在不明白：这到底有什么好拍的！每次看到静静躺在母亲床上的相机，心中竟有些怨恨。因此，每次只要母亲喊一声：“拍照了！”我就若无其视，任由弟弟和姐姐在镜头前摆姿势，自己躲得远远的。妈妈叫我时，我便应付着摆几个动作，再次溜之大吉。
直到六年级，到交毕业照的时候，老师让我们把一到六年级的照片翻看一下，选出5张来。当我打开文件夹，顿时惊呆了，200多张照片在我眼前闪动，别说选出5张了，50张都没问题！这真是那个我讨厌的相机干的好事儿吗？不知道啥时，母亲站在我身边：“看吧，拍照片虽麻烦，但却能记录你的生活，有用时，也不用补拍了！”我用力点点头。心想：原来拍照片并不是件坏事，多亏了妈妈用心帮我留住这么多美好的瞬间。
从那时开始，我不再讨厌母亲的大个头相机了。
面对母亲的相机，也许我该回以最美的笑脸！
传统相机与数码相机原理比较
数码相机使用镜头可以分为三大类：135单反数码相机，使用的镜头绝大部分是传统胶片相机的可换镜头；135轻便数码相机，使用焦距较短的不可换镜头；6×4.5cm以上画幅的传统银盐相机配用高像素数码后背后，成为中、大画幅数码相机，镜头不变。
一、受光芯片的尺寸与镜头焦距的关系
传统135照相机画面对角线长43.3mm，焦距40～58mm均可称为标准镜头；这些镜头的视场角约为40～55。
数码相机，由于受光芯片尺寸一般都比较小，所以镜头焦距值比传统相机短。传统胶片相机的可换镜头使用在数码相机时，相当于焦距值应是L胶片（画面对角线长）÷L受光芯片的对角线长与镜头名义焦距的乘积。例如，尼康D100相机，使用尼康50mm标准镜头时，同样视场角，相当焦距为（50mm×43.3）÷28.4=76.2mm，成为中焦镜头。
轻便型数码相机，使用最多的是2/3英寸和1/2英寸的受光芯片（画面尺寸），最近也出现1/2.7英寸和1/1.8英寸等新规格的受光芯片。
二、数码相机的像素尺寸与镜头分辨率的要求
数码相机的像质，基本上由受光芯片（图像传感器）的像素数决定，像素数高时，像质一般较佳。但像素数增大时，制造成品率非常低，造价很昂贵。为了要推持低价格，只有把像素数增大。当然，随着制造技术的不断进步，在受光芯片难以大型化的情况下，唯有增加像素数。
一方面要防止画面大型化，另一方面又要增加像素数，必行之路显然是使像素尺寸变小。像素尺寸的微型化，会造成受光芯片的感光灵敏度和动态范围下降等，为此希望摄影光学系统（镜头）有尽可能高的分辨率。
对于数码相机，大家关注点过于集中在CCD上，其实CCD的性能和镜头的性能同样重要，如果镜头的分辨率达不到分辨CCD像素的要求，再优良的CCD芯片一样不能完全发挥作用。
像素是CCD捕捉影像（光信号）的最小单位，镜头的分辨率是传递和重现图像（影像）最小细节的本领，也就是对两个很接近的点刚能加以辨别的能力。例如，像素尺寸10μm（0.01mm）时，镜头应有的分辨率R=1/（2×0.01）=50线对/mm。使用较多轻便相机的CCD芯片，像素尺寸约为5μm-3.2μm，由此推算，镜头分辨率应不低于100线对/mm-150线对/mm，这是一个要求较高的指标。表1列出像素尺寸与镜头应具有的分辨率关系估算值。
受机身精度、对焦误差及“光学低通滤波器”等影响，实际使用时镜头分辨率还会下降。众所周知，大部分镜头的视场边缘分辨率仅为中心的50％-70％，因此对镜头的分辨率要求还应提高，特别对于数码相机上使用的变焦镜头，必然提出更高设计和加工要求。
三、数码相机镜头的特殊性
CCD受光芯片，由2层电极构成，相邻像素间必须有分离部分，使入射光在受光部的利用率很低。马赛克透镜阵列，使入射光聚合在像素上，以提高感光度。轻便型数码相机的镜头设计时，要注意受光芯片的各像素上的微型透镜（单个微型透镜）与其有重要关系。当单个微型透镜
上的光线的入射角不适当时，不仅受光部的集光效果欠佳，而且易产生逆效果。在轻便数码相机的镜头中，出射光瞳远时（主光线与光轴几乎平行），成像效果较佳。
小型数码相机的镜头，管焦距很短，但希望有一定后截距。在定焦镜头中，后截距（镜头的最后一面到像方焦点的距离）长时，前方应使用凹透镜组，后方配置凸透镜组，成为一个反远距（长工作距离）高斯型镜头。变焦镜头场合，多数由2～4组变倍透镜组构成，同样要考虑出瞳远及后截距长等要求。
四、数码相机的景深及镜头光圈调节的局限性
由于数码相机受光芯片的尺寸较小，因此同样视场角时，焦距比传统胶片相机短。镜头焦距短，首先反映出拍摄影像的景深增加，同时，随着光圈的缩小，景深会进一步加大。 由此可见对焦精度可以放宽，不容易出现对焦误差引起画面模糊，这是有利的方面。
尽管景深增大对风景、留念一类摄影是有利的，但对拍摄艺术照片、需要虚化背景时，是很不利的，应引起使用者的注意。
数码相机镜头的光圈设置一般不能太小，F数控制在F8-F11以下是合理的。
由于像差影响，实际分辨率还会下降。因此，为了保证镜头有150～200线对/mm的分辨率，光圈限定在F8（或F11）以内是必要的。目前大部分轻便相机的光圈设置F2（F2.8）～F8（F11），上述是主要原因。另一原因，由于镜头焦距短，受机械尺寸限制，光圈孔无法做得太小。
五、原色组合滤光片与补色组合滤光片
受光芯片CCD等是一种只能感受黑白颜色的传感器，为了获得真实色彩信息，应在CCD的各个像素前增加滤色片。目前使用的滤色片有二类，一种是彩色还原效果较佳的原色组合滤光片，由1个红（R）、2个绿（G）和1个蓝（B）组成，4个一组，类似马赛克排列，覆盖在每一个像素上。同样，补色组合也有黄（R+B），青（G+B）、品红（G+R）、和绿（G）组成。因为人眼对于绿色最敏感，故绿色占比例较大。补色组合分辨率和感光性能比原色组合优良，但色彩还原不及原色组合。
六、红外截止滤光片的作用
红外截止滤光片和光学低通滤波器是数码相机光学系统中不可缺少的组成部分。感光胶片在紫外光谱区有一定透光特性，为了获得优良的色彩再现性能，拍摄时使用天光镜（1A）等之类对紫外光有截止功能的滤光片是完全必要的。红外光谱区非常敏感，有极强的感光性能。为了得到优良的色彩再现性能，使用红外截止滤光片是完全必要的。目前，有两种滤光片，红外线吸收滤光片及反射红外线的二色性干涉膜滤光片。二色性干涉滤光片是在玻璃基面上镀有经严格计算的多层薄膜。
红外线吸收滤光片尚存在不利的一面，对红外光和可见光均会出现明显的吸收，这是不希望发生的，也是不利之处。另外，如果把红外吸收滤光片长期暴露在空气中，易出现白浊，会对光学低通滤波器造成对抗和有害影响。
七、光学低通滤波器（LPF）的效果
在像素排列规则的CCD上，超过限定空间频率时，会引起波纹和伪色彩，影响成像效果和色彩真实还原。为了提高像质，使用光学低通滤波器去除超过被摄物界限的高空间频率，是完全必要的。目前，数码相机上广泛使用的是利用水晶的多次折射原理制成的光学低通滤波器。（当然，使用LPF后，会稍稍牺牲图像分辨率）。
八、光学变焦与数码变焦
在部分数码相机的变焦机构中，标有光学变焦和数码变焦（电子变焦）两种方式。光学变焦与传统相机上使用的变焦镜头相同，用改变焦距方式、改变拍摄的视场角和透视效果。
数码变焦功能实际上是将CCD芯片中心部分的影像信号加以插值放大。从理论上或使用效果上，数码变焦把使用范围局限于CCD芯片像素数的中心部分，由于像素数减少，造成像质恶化，不能替代光学变焦，或者说二者有原理上的区别。当然，数码变焦在浏览已拍摄画面或直接打印输出相片时，会有一定的作用。
九、液晶显示屏取景方式
数码相机已普遍增设TFT（低温多晶硅）彩色液晶显示屏的取景方式。液晶显示屏规格有1.5、1.8、2、2.5英寸等，轻便数码相机LCD分辨率一般8-10万像素，单反数码相机为10～20万像素，近期推出松下LC5轻便相机达到20万像素，但LCD受像素的限制，还不能完全反映屏幕的影像质量。
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