Fotografija svjetlosnog polja: što je to i kako djeluje?

Fotografija svjetlosnog polja postoji već duže vrijeme. Prvi analogni uređaj svjetlosnog polja izumio je 1908. godine Gabriel Lippmann koji je na kraju dobio Nobelovu nagradu za svoj rad na fotografiji u boji.

Fotografija svjetlosnog polja je fascinantna jer vam omogućuje pomicanje ravnine fokusa slike nakon što je slika već snimljena, što je nemoguće u normalnoj fotografiji.

Pa, kako funkcionira fotografija sa svjetlosnim poljem? Ovaj članak naučit će vas svemu što trebate znati.

Što je fotografija svjetlosnog polja?

Uobičajena fotografija djeluje vrlo slično ljudskom oku. Fokusirate se fotoaparatom, a senzor snima dvodimenzionalnu sliku trodimenzionalnog prostora, pri čemu je u fokusu "dio" tog prostora. Sve ispred ili iza izoštrenog područja je mutno i izvan fokusa. To je zato što normalni senzor bilježi informacije samo u vezi s jačinom svjetlosti.

Svjetlosno polje odnosi se na cjelinu svih zraka svjetlosti (svakog fotona) u sceni. Svjetlosne zrake koje čine svjetlosno polje definirane su plenoptičkom funkcijom (zbog toga se kamere sa svjetlosnim poljem nazivaju i plenoptičkim kamerama). Plenoptička funkcija opisuje svjetlosnu zraku u pet dimenzija: koordinate u 3D prostoru (X, Y, `) i smjer u 2D prostoru (dva kuta).

Fotografija svjetlosnog polja bilježi informacije iz svjetlosnog polja na određenoj sceni, uključujući i intenzitet svjetlosti i smjer svjetlosnih zraka (prema plenoptiku funkcija).

Fotografija svjetlosnog polja uvelike se razlikuje od konvencionalne fotografije. Omogućuje vam snimanje trodimenzionalne slike i odabir mjesta fokusiranja nakon činjenice. Korištenjem više senzora može se zabilježiti i dolazeća svjetlost i smjer svjetlosnih zraka.

Kako djeluje fotografija svjetlosnog polja?

Kao što je spomenuto, kamera sa svjetlosnim poljem bilježi sve informacije o svjetlosnom polju ispred kamere. Ti podaci uključuju intenzitet, boju i smjer svjetlosti. Zbog toga je moguće matematički odrediti odakle je zračila svaka zraka svjetlosti prije nego što je došla do senzora. To znači da se može izraditi trodimenzionalni model scene.

Postoji nekoliko tehnika za hvatanje svjetlosnog polja, na primjer:

• Upotreba jedne kamere za snimanje informacija o prizoru iz više kutova. Ova metoda daje odabir mnogih slika.
• Nizovi s više kamera. Obično sadrže desetke senzora u širokom nizu koji svaki bilježi informacije o prizoru iz malo drugačijeg kuta. Ova metoda također stvara mnogo slika odjednom.
• Nizovi mikroleća. Imati niz stotina mikroleća ispred jednog senzora digitalne kamere omogućuje snimanje podataka o svjetlosnom polju. Tako se dobiva slika koja se sastoji od stotina podslika.

Svaka se slika ili podslika razlikuje hvatanjem svjetlosnih zraka koje su nastale na malo drugačijim mjestima u svemiru. Budući da će svaki piksel stoga prikazati malo drugačiju scenu, bilježe se informacije o kutu svjetlosne zrake. To omogućuje izračunavanje udaljenosti svakog objekta od kamere i položaja na sceni te u konačnici razvijanje 3D modela scene.

Primjene fotografije svjetlosnog polja

Postoje razne namjene za fotografiranje svjetlosnih polja koje bi mogle biti nevjerojatno korisne. Budući da se snimaju sve informacije o svjetlosnom polju scene, moguće je obrađivati ​​slike svjetlosnog polja na mnogo načina koji nisu mogući u normalnoj fotografiji.

Prilagođena žarišna točka

Najpoznatija značajka fotografije svjetlosnog polja je mogućnost promjene točke fokusa nakon što je slika snimljena. To je zato što informacije koje je zabilježila kamera uključuju fokus na svakoj udaljenosti da je sa sofisticiranim softverom moguće odabrati bilo koju udaljenost koja će biti žarišna točka u scena.

Promjenjiva dubina polja

Slično fokusiranju, zbog prirode zabilježenih informacija, moguće je obrađivati ​​slike sa "sintetičkim otvorom". Otvor je promjer otvora u leći i određuje dubinu polja (koliko su izoštreni prvi plan i pozadina) na slici.

Povezano: Zašto je F-Stop važan u fotografiji

Budući da slika svjetlosnog polja uključuje informacije na svakoj mogućoj udaljenosti fokusa, to je moguće stvoriti slike koje imaju najmanju moguću dubinu polja (u fokusu je samo vrlo mali odjeljak). Također je moguće stvoriti sliku s beskonačnom dubinom polja gdje je sve na slici u fokusu.

Učinak paralaksa

Ovisno o načinu snimanja svjetlosnog polja, moguće je proizvesti malo drugačije kutove gledanja scene. To ovisi o promjeru ili širini sustava koji se koristi za snimanje slike. Što je sustav leća širi, to se više svjetlosti hvata iz širih kutova.

Jednom kad je slika snimljena, moguće je promijeniti perspektivu slike za mali iznos kao da se krećete glavom u stvarnoj sceni. To je poznato kao efekt paralakse. Korištenjem efekta paralaksa moguće je i rekonstruirati 3D sliku.

Izračunajte udaljenosti

Ovisno o osjetljivosti sustava za fotografiranje svjetlosnog polja i koliko su poznata njegova optička svojstva, moguće je izračunati udaljenost od leće do objekata na sceni. Jedna od glavnih primjena toga bila bi mikroskopija gdje je korisno precizno izmjeriti veličinu sintetičkih ili bioloških uzoraka.

Promijenite uvjete osvjetljenja

Budući da se u fotografiji svjetlosnog polja bilježi toliko podataka o dubini scene, pomoću softvera za naknadnu obradu moguće je precizno rekonstruirati osvjetljenje u sceni. Budući da softver poznaje relativni položaj svih objekata na slici, može uvjerljivo izračunati gdje bi padale sjene.

Virtualna stvarnost

Fotografija svjetlosnog polja može zauvijek promijenite snimanje filmova i VR. To je zato što se fotografija lakog polja može koristiti za stvaranje stvarnog VR-a. Google je razvio primjere o tome koji se mogu pogledati na Na pari.

Korištenjem rotirajućeg niza kamera od 16 GoProsa snimili su tisuće slika koje su bilježile sve informacije o svjetlosnom polju u 3D prostoru. Tada su mogli stvoriti trodimenzionalno iskustvo virtualne stvarnosti sa šest stupnjeva slobode.

Jesu li fotoaparati sa svjetlosnim poljem budućnost fotografije?

2012. godine bila je prva potrošačka svjetlosna kamera izdala tvrtka Lytro. Ova kamera imala je rezoluciju od jednog megapiksela s konstantnim otvorom blende od F / 2 i prodavala se između 400 i 500 dolara. Od tada se na tržište pojavilo vrlo malo kamera usmjerenih na potrošače.

Nedostatak rezolucije i kvalitete slike značili su da kamere sa svjetlosnim poljem jednostavno nisu poletjele na potrošačkom tržištu kao DSLR-ovi. U stvari, mnoge se primjene tehnologije svjetlosnih polja i dalje razvijaju.

No, postoji razlog zbog kojeg Google (a sada i Apple) ulaže u ovu tehnologiju, a njegova upotreba u stvaranju 3D korisničkih iskustava za VR samo je jedan primjer!

Facebook sada ima 10 000 ljudi koji rade na AR / VR uređajima

Nastojeći smanjiti ovisnost o Appleu i Googleu, Facebook ulazi u all-in u Oculusu.

Pročitajte Dalje

O autoru