Gaismas lauka fotogrāfija: kas tas ir un kā tas darbojas?

Gaismas lauka fotografēšana ir bijusi jau ilgu laiku. Pirmo analogo gaismas lauka ierīci 1908. gadā izgudroja Gabriels Lipmans, kurš galu galā ieguva Nobela prēmiju par darbu krāsu fotogrāfijā.

Gaismas lauka fotografēšana ir aizraujoša, jo tā ļauj pārvietot attēla fokusa plakni pēc tam, kad attēls jau ir uzņemts, kas nav iespējams normālā fotogrāfijā.

Tātad, kā darbojas gaismas lauka fotografēšana? Šis raksts iemācīs visu, kas jums jāzina.

Kas ir gaismas lauka fotogrāfija?

Normāla fotogrāfija darbojas ļoti līdzīgi cilvēka acij. Jūs fokusējat ar kameru, un sensors uzņem trīsdimensiju telpas divdimensiju attēlu, fokusējot šīs telpas “šķēli”. Viss priekšā vai aiz fokusētā apgabala ir neskaidrs un fokusēts. Tas ir tāpēc, ka parasts sensors uztver informāciju tikai par gaismas intensitāti.

Gaismas lauks attiecas uz visu ainas gaismas staru (katra fotona) kopumu. Gaismas starus, kas veido gaismas lauku, nosaka plenoptiskā funkcija (tāpēc gaismas lauka kameras sauc arī par plenoptiskajām kamerām). Plenoptiskā funkcija apraksta gaismas staru piecās dimensijās: tā koordinātas 3D telpā (X, Y, `) un virzienu 2D telpā (divi leņķi).

Gaismas lauka fotogrāfija uztver informāciju no gaismas lauka konkrētā ainā, ieskaitot gan gaismas intensitāte, gan gaismas staru virziens (saskaņā ar plenoptiku funkcija).

Gaismas lauka fotogrāfija ļoti atšķiras no parastās fotogrāfijas. Tas ļauj tvert trīsdimensiju attēlu un pēc fakta izvēlēties, kur tiks fokusēts. Izmantojot vairākus sensorus, var uztvert gan ienākošo gaismu, gan gaismas staru virzienu.

Kā darbojas gaismas lauka fotogrāfija?

Kā jau minēts, gaismas lauka kamera uztver visu informāciju par gaismas lauku kameras priekšā. Šī informācija ietver gaismas intensitāti, krāsu un virzienu. Tāpēc matemātiski ir iespējams noteikt, no kurienes radies katrs gaismas stars, pirms tas sasniedz sensoru. Tas nozīmē, ka var uzbūvēt ainas trīsdimensiju modeli.

Piemēram, gaismas lauka uztveršanai ir vairākas metodes:

• Izmantojot vienu kameru, lai uzņemtu informāciju par ainu no vairākiem leņķiem. Šī metode nodrošina daudzu attēlu izvēli.
• Vairāku kameru bloki. Parasti tie piedāvā desmitiem sensoru plašā klāstā, un katrs no tiem uztver informāciju par ainu no nedaudz atšķirīga leņķa. Arī šī metode vienlaikus rada daudz attēlu.
• Microlens bloki. Simtiem mikrolēcu masīva klātbūtne vienas digitālās kameras sensora priekšā ļauj uztvert gaismas lauka informāciju. Tādējādi tiek iegūts attēls, kas sastāv no simtiem apakšattēlu.

Katrs attēls vai apakšattēls atšķiras, uztverot gaismas starus, kas radušies nedaudz atšķirīgās kosmosa vietās. Tā kā katrs pikseļu attēls parādīs nedaudz atšķirīgu ainu, tiek ierakstīta informācija par gaismas stara leņķi. Tas ļauj aprēķināt katra objekta attālumu no kameras un atrašanās vietu ainā un galu galā izstrādāt ainas 3D modeli.

Gaismas lauka fotogrāfijas pielietojums

Gaismas lauka fotografēšanai ir dažādi izmantošanas veidi, kas varētu būt neticami noderīgi. Tā kā visa informācija par ainas gaismas lauku tiek ierakstīta, gaismas lauka attēlus ir iespējams apstrādāt daudzos veidos, kas nav iespējami parastajā fotogrāfijā.

Pielāgota kontaktpunkts

Vispazīstamākā gaismas lauka fotografēšanas iezīme ir iespēja mainīt fokusa punktu pēc attēla uzņemšanas. Tas ir tāpēc, ka kameras uzņemtā informācija ietver fokusu visos attālumos ka ar sarežģītu programmatūru ir iespējams izvēlēties jebkuru attālumu, kas būs centrālais punkts aina.

Maināms lauka dziļums

Tāpat kā fokusēšanai, ierakstītās informācijas rakstura dēļ ir iespējams apstrādāt attēlus ar “sintētisko diafragmu”. Diafragma ir objektīva atveres diametrs un nosaka lauka dziļumu (cik fokuss nav priekšplānā un fonā) attēlā.

Saistīts: Kāpēc F-Stop ir svarīga fotogrāfijā

Tā kā gaismas lauka attēls satur informāciju visos iespējamos fokusa attālumos, tas ir iespējams izveidojiet attēlus, kuriem ir pēc iespējas mazāks lauka dziļums (fokusā ir tikai ļoti maza sadaļa). Ir iespējams arī izveidot attēlu ar bezgalīgu lauka dziļumu, kur viss attēlā esošais ir fokusā.

Paralakses efekts

Atkarībā no gaismas lauka uztveršanas veida ir iespējams izveidot nedaudz atšķirīgus ainas skata leņķus. Tas ir atkarīgs no attēla uzņemšanai izmantotās sistēmas diametra vai platuma. Jo plašāka ir objektīva sistēma, jo vairāk gaismas tiek uztverta no plašākiem leņķiem.

Kad attēls ir uzņemts, ir iespējams nedaudz mainīt attēla perspektīvu, it kā jūs pārvietotu galvu faktiskajā ainā. Tas ir pazīstams kā paralakses efekts. Izmantojot paralakses efektu, ir iespējams rekonstruēt arī 3D attēlu.

Aprēķiniet attālumus

Atkarībā no gaismas lauka fotografēšanas sistēmas jutīguma un tās optisko īpašību plaši pazīstamības, ir iespējams aprēķināt attālumu no objektīva līdz objektiem ainā. Viens no galvenajiem to pielietojumiem būtu mikroskopija, kur ir lietderīgi precīzi izmērīt sintētisko vai bioloģisko paraugu lielumu.

Mainīt apgaismojuma apstākļus

Tā kā gaismas lauka fotogrāfijās tiek ierakstīta tik daudz informācijas par ainas dziļumu, ar pēcapstrādes programmatūru ir iespējams precīzi rekonstruēt ainas apgaismojumu. Tā kā programmatūra zina visu attēla objektu relatīvās atrašanās vietas, tā var pārliecinoši aprēķināt, kur nokristu ēnas.

Virtuālā realitāte

Gaismas lauka fotografēšana var mainīt filmu veidošanu un VR uz visiem laikiem. Tas ir tāpēc, ka gaismas lauka fotografēšanu var izmantot reālās dzīves VR izveidošanai. Google ir izstrādājis piemērus par to, kurus var apskatīt Tvaiks.

Izmantojot rotējošu kameru bloku ar 16 GoPros, viņi uzņēma tūkstošiem attēlu, kas visu gaismas lauka informāciju ierakstīja 3D telpā. Tad viņi varēja radīt trīsdimensiju, sešu brīvības pakāpju, virtuālās realitātes pieredzi.

Vai gaismas lauka kameras ir fotogrāfijas nākotne?

2012. gadā bija pirmā patērētāju tirgus gaismas lauka kamera izlaida kompānija Lytro. Šai kamerai bija viena megapikseļu izšķirtspēja ar pastāvīgu F / 2 diafragmu un pārdota par 400–500 ASV dolāriem. Kopš tā laika tirgū ir nonākuši ļoti nedaudzi patērētājiem domāti gaismas lauka kameras.

Izšķirtspējas un attēla kvalitātes trūkums nozīmēja, ka gaismas lauka kameras patērētāju tirgū vienkārši neizcēlās, kā to darīja DSLR. Faktiski daudzi gaismas lauka tehnoloģiju izmantošanas veidi joprojām ir izstrādes stadijā.

Bet ir iemesls, kāpēc Google (un tagad Apple) iegulda līdzekļus šajā tehnoloģijā, un tā izmantošana VR 3D lietotāju pieredzes veidošanā ir tikai viens piemērs!

Facebook tagad ir 10 000 cilvēku, kas strādā ar AR / VR ierīcēm

Lai samazinātu savu atkarību no Apple un Google, Facebook turpina visu Oculus.

Lasiet Tālāk

Par autoru