Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Розуміння фотографії світлового поля

Динамічне світлове поле зображення. Натисніть, щоб переорієнтувати. Клацніть / перетягніть, щоб змінити перспективу.

Традиційні камери, будь то цифрові або аналогові, захоплюють сцену з однієї точки зору. Photoshop (і подібні програми) дозволяють нам робити дивовижні речі з цими зображеннями, але жодна кількість пост-обробки не може збільшити інформацію, закодовану оригінальним пристроєм. Одним з очевидних способів цього є збільшення розміру датчика зображення, і, дійсно, коли цифрове фотографування просунулося, ми спостерігали стійке просування до більших і більших сенсорів з цієї досить очевидної причини.

Насправді, досяжні розміри датчиків зображення CMOS тепер значно перевищують потреби практично всіх практичних застосувань, і, як ми пізніше пояснимо, цей "надлишок" сенсорних пікселів є одним з ключових досягнень, що відкривають шлях до широкого впровадження "світла" поле "(або" пленоптична ") візуалізація. Великою перспективою цього нового типу фотографії є ​​можливість захопити не тільки більше інформації про сцену, але й більше види інформації. Доступ до цих нових “типів даних” відкриває безліч опцій пост-обробки програмного забезпечення, які неможливі з традиційними камерами - такі як динамічне переорієнтація, зміна перспективи і навіть 3D-сканування.

Як це працює

Світлове поле є репрезентативним для всіх променів, які потрапляють в камеру, а не тільки тих, які фокусуються на плівці або датчику. У звичайній камері світлові промені зі сцени фокусуються об'єктивом на плівці або датчику. У цифровій фотографії кожен піксель має числове значення, що вказує яскравість, що в свою чергу являє собою сума всіх світлових променів з усіх частин сцени фокусується лінзою на цій частині датчика. Однак у світлофоральній камері різні промені, що складають кожен піксель, не підсумовуються, а окремо вимірюються і записуються, як з точки зору їх яскравості, так і напрямків, з яких вони походять.

Устаткування

Світлове поле - це математична абстракція, яка має застосування в областях, від фізики до машинного зору до комп'ютерної графіки. Пристрої, які захоплюють деяку частину світлового поля, існують у багатьох формах. Літро захоплює світлове поле, направляючи промені світла, що входять в основну лінзу, на масив з більш ніж ста тисяч мікрооб'єктів. Мікрооб'єкти в свою чергу направляють світлові промені на 6,5 х 4,5 мм CMOS сенсор з можливістю захоплення одинадцяти мільйонів світлових променів, розташованих у сітці 3280 на 3280. Інформація, що зберігається, включає колір, інтенсивність, напрямок і відстань. Кожен мікрооб'єкт використовує приблизно 10 × 10 пікселів на датчику CMOS.

Світло-поле Lytro споживач існує протягом декількох років, і особливість більшості людей, здається, говорять про те, є можливість виправити або змінити фокусна картина після того, як вона була зроблена. Але це не вся історія; насправді це лише вершина айсберга.

На зображенні вище показано світлові промені з правого боку, що надходять у камеру, і спрямовані на датчик CMOS за допомогою масиву мікро об'єктивів.

Програмне забезпечення

Захоплення світлового поля є лише першим кроком. Наступним кроком є ​​створення зображення, яке можна переглянути. Робити це було описано як "трасування променів у зворотному напрямку". Щоб пояснити, що це означає, я описую, як працюють камерні щілини, коротко проходять через трасування променів і, нарешті, пояснюють процес відтворення Lytro. Всі троє мають дві спільні речі. Спочатку спостерігач переглядає сцену, а по-друге, сцена повинна якось відображатися на екрані.

У скляній камері світлові промені проходять через отвір у передній частині камери і з'являються на протилежній поверхні як зображення, яке перевернуто і перевернуто. Задня стінка по суті є екраном.Якщо ви знаходитесь всередині камери з спиною до об'єктиву для обрізання, ви побачите проеціюється зображення перед собою. ("Сценовий об'єкт" повинен бути кактусом. Це може бути що завгодно. В ідеалі всі діаграми будуть з псевдо-3D-перспективи, але це не навички мого малювання.)

У трасування променів сцена описується математично з використанням геометричних фігур, текстур і джерел світла. Вибирається точка поза сцени, яка відображає положення спостерігача, а зображення формується з точки зору цього спостерігача. Трасування променів відрізняється від прикладу камери-обскура трьома способами. По-перше, сцена не існує в реальному світі і повинна бути надана. По-друге, “реальна” сцена знаходиться перед спостерігачем, а не позаду, і, нарешті, оскільки сцена є віртуальною, зображення на екрані необхідно відтворити. Це робиться на піксельній основі. Промені "перегляду" викидаються на сцену для кожного пікселя, а колір пікселя обчислюється на основі об'єктів і джерел світла, кожен з яких переглядає промінь, що проходить під час проходження сцени. Відправляючи вигляд променів від спостерігача, значно скорочується час візуалізації.

У випадку Lytro ми маємо збережені світлові промені, які описують сцену, зняту під час зйомки. Для того, щоб проеціювати зображення на нашому екрані, необхідно вибрати фокус. З урахуванням вибраного фокусу, програма Lytro використовує збережені світлові промені для візуалізації зображення. Це відстеження променя в зворотному напрямку, в якому промені, що проектуються на екран, щоб генерувати зображення, мають свою початкову точку всередині сцени, а не проеціюються від спостерігача і через екран у сцену.

Для перегляду, в трасування променів, сцена відображається за допомогою зйомки променів із зору спостерігача і через екран, в той час як з Lytro сцена відтворюється за допомогою зйомки світлових променів, зафіксованих на сцені.

Майбутнє

Нещодавнє доповнення до програмного забезпечення Lytro Library - це можливість створювати 3D-зображення. Ця здатність демонструє ще одну перевагу захоплення світлового поля. Скутування ліворуч або праворуч, вгору або вниз у камері, дасть вам дещо інший погляд або перспективу. Дані, необхідні для перетворення цих переходів, є частиною захопленого світлового поля і можуть бути використані для створення 3D візуалізації захопленої сцени. Пара недорогих окулярів Anaglyph - це все, що вам потрібно. Експортувати зображення у форматі JPG легко, щоб їх могли переглядати будь-хто з анагліфними окулярами.

Одним з недоліків камери Lytro є відсутність опублікованого API для маніпулювання зображеннями. Lytro використовує власний формат зображення, і хоча багато робіт було зроблено для його інвертування та створення програмного забезпечення для маніпулювання зображеннями, поки не написано, не існує всеохоплюючого інтерфейсу API або програмного забезпечення для роботи з LFP. ). Найкращий ресурс, який я знайшов, - це "Lytro Meltdown", який, як правило, орієнтований на Windows, але містить багато корисної інформації.

Фотографія світлого поля все ще перебуває у зародковому стані. Спочатку ціни були високими, а результати були невтішними, але речі починають змінюватися на обох фронтах. Базова 8 Гб камера Lytro часто продається за $ 200 до $ 300 останнім часом, і нові можливості додаються як до прошивки камери, так і до програмного забезпечення для управління фотографіями Lytro Library на регулярній основі.

Найбільш хотілося б бачити всеосяжну бібліотеку відкритих джерел крос-платформних програм, яка може використовуватися для маніпулювання та керування файлами LFP. Святий Грааль - це програмне забезпечення, здатне приймати необроблений файл Lytro та зображення візуалізації.

Поділитися

Залишити Коментар