Fotografija svetlobnega polja: kaj je to in kako deluje?

Fotografija svetlobnega polja obstaja že dolgo. Prvo analogno napravo s svetlobnim poljem je leta 1908 izumil Gabriel Lippmann, ki je na koncu dobil Nobelovo nagrado za svoje delo na področju barvne fotografije.

Fotografija svetlobnega polja je fascinantna, saj omogoča premikanje ravnine ostrenja slike po že posneti sliki, kar je pri običajni fotografiji nemogoče.

Torej, kako deluje fotografija s svetlobnim poljem? Ta članek vas bo naučil vsega, kar morate vedeti.

Kaj je fotografija svetlobnega polja?

Običajna fotografija deluje zelo podobno človeškemu očesu. Izostriš se s kamero in senzor zajame dvodimenzionalno sliko tridimenzionalnega prostora, pri čemer je v fokusu "rezina" tega prostora. Vse pred fokusiranim območjem ali za njim je zamegljeno in nefokusirano. To je zato, ker običajni senzor zajema informacije samo o jakosti svetlobe.

Svetlobno polje se nanaša na celoto vseh svetlobnih žarkov (vsakega fotona) v prizoru. Svetlobne žarke, ki tvorijo svetlobno polje, opredeljuje plenoptična funkcija (zato kamere s svetlobnim poljem imenujemo tudi plenoptične kamere). Plenoptična funkcija opisuje svetlobni žarek v petih dimenzijah: njegove koordinate v 3D prostoru (X, Y, `) in njegovo smer v 2D prostoru (dva kota).

Fotografija svetlobnega polja zajema informacije iz svetlobnega polja na določeni sceni, vključno z tako jakost svetlobe kot smer svetlobnih žarkov (glede na plenoptik funkcija).

Fotografija svetlobnega polja se zelo razlikuje od običajne fotografije. Omogoča vam zajemanje tridimenzionalne slike in izbiro, kje bo poudarek po dejstvu. Z uporabo več senzorjev lahko zajamete vhodno svetlobo in smer svetlobnih žarkov.

Kako deluje fotografija svetlobnega polja?

Kot smo že omenili, kamera s svetlobnim poljem zajema vse informacije o svetlobnem polju pred kamero. Ti podatki vključujejo jakost, barvo in smer svetlobe. Zaradi tega je mogoče matematično določiti, od kod izhaja vsak svetlobni žarek, preden je dosegel senzor. To pomeni, da je mogoče izdelati tridimenzionalni model scene.

Obstaja več tehnik zajemanja svetlobnega polja, na primer:

• Uporaba ene kamere za zajem informacij o prizoru iz več zornih kotov. Ta metoda ustvari izbor številnih slik.
• Nizov več kamer. Ti imajo ponavadi na desetine senzorjev v širokem naboru, ki vsak zajemajo informacije o prizoru iz nekoliko drugačnega kota. Ta metoda ustvari tudi veliko slik hkrati.
• Nizi mikroleč. Nabor stotin leč pred enim samim senzorjem digitalne kamere omogoča zajem informacij o svetlobnem polju. Tako nastane slika, ki jo sestavlja stotine pod-slik.

Vsaka slika ali podslika se razlikuje tako, da zajema svetlobne žarke, ki so nastali na nekoliko različnih lokacijah v vesolju. Ker bo vsak pik zato prikazal nekoliko drugačno sceno, se zapišejo informacije o kotu svetlobnega žarka. To omogoča izračun oddaljenosti vsakega predmeta od kamere in položaja v sceni ter na koncu razvije 3D model scene.

Uporaba fotografije svetlobnega polja

Za fotografiranje svetlobnega polja obstajajo različne načine uporabe, ki bi lahko bili izjemno koristni. Ker so zabeležene vse informacije o svetlobnem polju prizora, je mogoče slike svetlobnega polja obdelati na več načinov, kar pri običajni fotografiji ni mogoče.

Osrednja točka po meri

Najbolj znana značilnost fotografiranja svetlobnega polja je, da lahko po fotografiranju spremenite točko ostrenja. To je zato, ker informacije, ki jih zajame kamera, vključujejo ostrenje na vsaki razdalji da je s sofisticirano programsko opremo mogoče izbrati poljubno razdaljo, ki bo osrednja točka v prizor.

Spremenljiva globinska ostrina

Podobno kot pri ostrenju je zaradi narave zapisanih informacij mogoče obdelati slike s "sintetično zaslonko". Odprtina je premer odprtine v leči in določa globinsko ostrino (kako izostren sta ospredje in ozadje) na sliki.

Sorodno: Zakaj je F-Stop pomemben v fotografiji

Ker slika svetlobnega polja vključuje informacije na vseh možnih razdaljah ostrenja, je to mogoče ustvarite slike z najmanjšo možno globinsko ostrino (v fokusu je le zelo majhen del). Prav tako je mogoče ustvariti sliko z neskončno globinsko ostrino, kjer je vse na sliki v fokusu.

Učinek paralaksa

Glede na način zajemanja svetlobnega polja je mogoče ustvariti nekoliko drugačne vidne kote prizora. To je odvisno od premera ali širine sistema, s katerim smo posneli sliko. Širši je sistem leč, več svetlobe zajema iz širših kotov.

Ko je slika posneta, je možno spremeniti perspektivo slike za majhno količino, kot da bi se premikali z glavo v dejanskem prizoru. To je znano kot učinek paralakse. Z učinkom paralakse je mogoče tudi rekonstruirati 3D sliko.

Izračunaj razdalje

Odvisno od občutljivosti sistema za fotografiranje svetlobnega polja in od tega, kako dobro so znane njegove optične lastnosti, je mogoče izračunati razdaljo od leče do predmetov na sceni. Ena glavnih primerov tega bi bila mikroskopija, kjer je koristno natančno izmeriti velikost sintetičnih ali bioloških vzorcev.

Spremenite pogoje osvetlitve

Ker se pri fotografiranju svetlobnega polja zabeleži toliko informacij o globini prizora, je s programsko opremo za naknadno obdelavo mogoče natančno rekonstruirati osvetlitev v prizoru. Ker programska oprema pozna relativne lege vseh predmetov na sliki, lahko prepričljivo izračuna, kam bi padle sence.

Navidezna resničnost

Fotografija svetlobnega polja lahko spremenite snemanje filmov in VR za vedno. To je zato, ker se lahko s fotografijo svetlobnega polja ustvari resnična VR. Google je o tem razvil primere, ki si jih lahko ogledate naprej Steam.

Z vrtečo se paleto kamer 16 GoPros so posneli na tisoče slik, ki so v 3D prostor zabeležile vse informacije o svetlobnem polju. Nato so lahko ustvarili tridimenzionalno izkušnjo navidezne resničnosti s šestimi stopnjami svobode.

So svetlobni fotoaparati prihodnost fotografije?

Leta 2012 je bila prva svetlobna kamera na potrošniškem trgu izdala družba Lytro. Ta kamera je imela ločljivost enega milijona slikovnih pik s konstantno zaslonko F / 2 in je bila prodana za 400 do 500 dolarjev. Od takrat je na trg prišlo zelo malo kamer svetlobnega polja, usmerjenih na potrošnike.

Pomanjkanje ločljivosti in kakovosti slike je pomenilo, da svetlobne kamere preprosto niso vzletele na potrošniškem trgu kot DSLR. Dejansko se veliko uporab tehnologije lahkih polj še vedno razvija.

Vendar obstaja razlog, da Google (in zdaj Apple) vlaga v to tehnologijo, njegova uporaba pri ustvarjanju 3D uporabniških izkušenj za VR pa je le en primer!

Facebook ima zdaj 10.000 ljudi, ki delajo na napravah AR / VR

Facebook želi zmanjšati svojo odvisnost od Apple-a in Googla, saj gre v all-in na Oculus.

Preberite Naprej

O avtorju