Фотография със светлинно поле: какво е това и как работи?

Фотографията със светлинно поле съществува отдавна. Първото аналогово устройство със светлинно поле е изобретено през 1908 г. от Габриел Липман, който в крайна сметка печели Нобелова награда за работата си по цветна фотография.

Фотографията със светлинно поле е очарователна, тъй като ви позволява да премествате фокусната равнина на изображението след като изображението вече е направено, което е невъзможно при нормална фотография.

И така, как работи фотографията със светлинно поле? Тази статия ще ви научи на всичко, което трябва да знаете.

Какво представлява фотографията със светлинно поле?

Нормалната фотография работи много подобно на човешкото око. Фокусирате с камерата и сензорът улавя двуизмерно изображение на триизмерно пространство, като на фокус е „парче“ от това пространство. Всичко пред или зад фокусираната област е размазано и не на фокус. Това е така, защото нормалният сензор улавя информация само относно интензивността на светлината.

Светлинното поле се отнася до всички светлинни лъчи (всеки фотон) в дадена сцена. Светлинните лъчи, съставляващи светлинното поле, се определят от пленоптичната функция (затова камерите със светлинно поле се наричат ​​още пленоптични камери). Пленоптичната функция описва светлинен лъч в пет измерения: неговите координати в 3D пространство (X, Y, `) и неговата посока в 2D пространство (два ъгъла).

Фотографията със светлинно поле улавя информация от светлинното поле в определена сцена, включително както интензивността на светлината, така и посоката на светлинните лъчи (според пленоптиката функция).

Фотографията със светлинно поле се различава много от конвенционалната фотография. Тя ви позволява да заснемете триизмерно изображение и да изберете къде ще бъде фокусът след факта. Чрез използване на множество сензори може да се улови както входящата светлина, така и посоката на светлинните лъчи.

Как работи фотографията със светлинно поле?

Както споменахме, камерата със светлинно поле улавя цялата информация за светлинното поле пред камерата. Тази информация включва интензивността, цвета и посоката на светлината. Поради това е възможно математически да се определи откъде излъчва всеки лъч светлина, преди да достигне до сензора. Това означава, че може да се изгради триизмерен модел на сцената.

Има няколко техники за улавяне на светлинно поле, например:

• Използване на една камера за заснемане на информация за сцена от множество ъгли. Този метод създава селекция от много изображения.
• Масиви с множество камери. Те обикновено разполагат с десетки сензори в широк спектър, които всеки улавят информация за сцена от малко по-различен ъгъл. Този метод също така създава много изображения наведнъж.
• Масиви от микроленти. Наличието на масив от стотици микролинзи пред един сензор за цифрова камера позволява да се улавя информация за светлинното поле. Това създава изображение, което се състои от стотици под-изображения.

Всяко изображение или под-изображение се различава чрез улавяне на светлинни лъчи, възникнали на малко по-различни места в пространството. Тъй като всеки пиксел следователно ще показва малко по-различна сцена, информацията за ъгъла на светлинния лъч се записва. Това дава възможност да се изчисли разстоянието на всеки обект от камерата и позицията в сцената и в крайна сметка да се разработи 3D модел на сцената.

Приложения на фотография със светлинно поле

Съществуват различни приложения за заснемане на светлинни полета, които могат да бъдат изключително полезни. Тъй като цялата информация за светлинното поле на дадена сцена е записана, е възможно да се обработват изображения на светлинното поле по много начини, които не са възможни при нормална фотография.

Персонализирана фокусна точка

Най-известната характеристика на фотографията със светлинно поле е възможността да се променя точката на фокусиране след заснемането на изображението. Това е така, защото информацията, заснета от камерата, включва фокус на всяко значение на разстояние че със сложния софтуер е възможно да изберете всяко разстояние, което да бъде фокусна точка в сцена.

Променлива дълбочина на рязкост

Подобно на фокусирането, поради естеството на записаната информация е възможно да се обработват изображения със „синтетична бленда“. Блендата е диаметърът на отвора в обектива и определя дълбочината на рязкост (колко са фокусирани предният план и фонът) в изображение.

Свързани: Защо F-Stop е важен за фотографията

Тъй като изображението на светлинното поле включва информация на всяко възможно разстояние на фокусиране, е възможно създавайте изображения, които имат възможно най-малката дълбочина на рязкост (само много малка част е на фокус). Също така е възможно да създадете изображение с безкрайна дълбочина на полето, където всичко в изображението е на фокус.

Паралакс ефект

В зависимост от начина на улавяне на светлинното поле е възможно да се получат малко по-различни ъгли на видимост на сцената. Това зависи от диаметъра или ширината на системата, използвана за заснемане на изображението. Колкото по-широка е системата от лещи, толкова повече светлина се улавя от по-широки ъгли.

След като изображението бъде направено, е възможно да промените перспективата на изображението с малко количество, сякаш движите главата си в действителната сцена. Това е известно като ефект на паралакс. Използвайки паралаксния ефект, възможно е също да се реконструира 3D изображение.

Изчислете разстояния

В зависимост от чувствителността на системата за фотография със светлинно поле и доколко добре известни са нейните оптични свойства, е възможно да се изчисли разстоянието от обектива до обектите в сцена. Едно от основните приложения на това би било в микроскопията, където е полезно точно да се измери размерът на синтетичните или биологичните проби.

Променете условията на осветление

Тъй като при фотографията на светлинно поле се записва толкова много информация за дълбочината на сцената, възможно е със софтуер за последваща обработка да се възстанови точно осветлението в сцена. Тъй като софтуерът знае относителните позиции на всички обекти в изображението, той може убедително да изчисли къде биха паднали сенките.

Виртуална реалност

Снимка на светлинно поле може променете завинаги създаването на филми и VR. Това е така, защото фотографията със светлинно поле може да се използва за създаване на VR в реалния живот. Google разработи примери за това, които могат да бъдат разгледани Парна.

Използвайки въртящ се масив от 16 GoPros, те заснеха хиляди изображения, които записаха цялата информация за светлинното поле в 3D пространство. След това те успяха да създадат триизмерно преживяване с виртуална реалност с шест степени на свобода.

Камерите със светлинно поле са бъдещето на фотографията?

През 2012 г. беше първата камера за леки полета на потребителския пазар издаден от компанията Lytro. Тази камера имаше едномегапикселова резолюция с постоянна бленда F / 2 и се продаваше между 400 и 500 долара. Оттогава на пазара се появиха много малко насочени към потребителите светлинни камери.

Липсата на резолюция и качество на изображението означава, че фотоапаратите с леко поле просто не излитат на потребителския пазар, както DSLR-овете. Всъщност много от приложенията на технологията на светлинното поле остават в процес на развитие.

Но има причина Google (и сега Apple) да инвестира в тази технология и нейното използване при създаването на 3D потребителски опит за VR е само един пример!

Facebook вече има 10 000 души, работещи на AR / VR устройства

Стремейки се да намали зависимостта си от Apple и Google, Facebook влиза ол-ин от Oculus.

Прочетете Напред

За автора