Fotografia w polu świetlnym: co to jest i jak działa?

Fotografia w polu świetlnym istnieje od dawna. Pierwsze analogowe urządzenie pola świetlnego zostało wynalezione w 1908 roku przez Gabriela Lippmanna, który ostatecznie otrzymał Nagrodę Nobla za pracę nad fotografią kolorową.

Fotografia w polu świetlnym jest fascynująca, ponieważ umożliwia przesuwanie płaszczyzny ostrości obrazu już po zrobieniu zdjęcia, co jest niemożliwe w normalnej fotografii.

Jak więc działa fotografia w polu świetlnym? Ten artykuł nauczy Cię wszystkiego, co musisz wiedzieć.

Co to jest fotografia w polu świetlnym?

Normalna fotografia działa bardzo podobnie do ludzkiego oka. Ustawiasz ostrość za pomocą aparatu, a czujnik rejestruje dwuwymiarowy obraz trójwymiarowej przestrzeni, z „kawałkiem” tej przestrzeni, który jest ostry. Wszystko przed lub za obszarem ostrości jest rozmazane i nieostre. Dzieje się tak, ponieważ normalny czujnik rejestruje informacje tylko dotyczące natężenia światła.

Pole światła odnosi się do całości wszystkich promieni światła (każdego fotonu) w scenie. Promienie światła, które tworzą pole świetlne, są określane przez funkcję plenoptyczną (dlatego kamery pola świetlnego są również nazywane kamerami plenoptycznymi). Funkcja plenooptyczna opisuje promień świetlny w pięciu wymiarach: jego współrzędne w przestrzeni 3D (X, Y, `) i kierunek w przestrzeni 2D (dwa kąty).

Fotografia pola światła rejestruje informacje z pola światła w określonej scenie, w tym zarówno natężenie światła, jak i kierunek promieni świetlnych (zgodnie z plenoptic) funkcjonować).

Fotografia w polu świetlnym bardzo różni się od fotografii konwencjonalnej. Pozwala uchwycić trójwymiarowy obraz i wybrać, gdzie po fakcie znajdzie się ostrość. Dzięki zastosowaniu wielu czujników można rejestrować zarówno światło wpadające, jak i kierunek promieni świetlnych.

Jak działa fotografia w lekkim polu?

Jak wspomniano, kamera pola światła rejestruje wszystkie informacje o polu światła przed kamerą. Informacje te obejmują intensywność, kolor i kierunek światła. Z tego powodu można matematycznie określić, skąd pochodził każdy promień światła, zanim dotarł do czujnika. Oznacza to, że można zbudować trójwymiarowy model sceny.

Istnieje kilka technik przechwytywania pola świetlnego, na przykład:

• Używanie jednej kamery do przechwytywania informacji o scenie pod różnymi kątami. Ta metoda daje wybór wielu obrazów.
• Tablice z wieloma kamerami. Zazwyczaj są one wyposażone w dziesiątki czujników w szerokim układzie, z których każdy przechwytuje informacje o scenie pod nieco innym kątem. Ta metoda tworzy również wiele obrazów naraz.
• Macierze mikrosoczewkowe. Posiadanie tablicy setek mikrosoczewek przed pojedynczym czujnikiem aparatu cyfrowego umożliwia przechwytywanie informacji o polu światła. Daje to obraz składający się z setek podobrazów.

Każdy obraz lub podobraz różni się tym, że przechwytuje promienie świetlne, które pochodzą z nieco innych miejsc w przestrzeni. Ponieważ każdy piksel będzie zatem pokazywał nieco inną scenę, rejestrowane są informacje o kącie promienia świetlnego. Dzięki temu możliwe jest obliczenie odległości każdego obiektu od kamery i pozycji w scenie, a ostatecznie opracowanie modelu 3D sceny.

Zastosowania fotografii w polu świetlnym

Istnieje wiele zastosowań fotografii w lekkim polu, które mogą być niezwykle przydatne. Ponieważ wszystkie informacje o polu świetlnym sceny są rejestrowane, możliwe jest przetwarzanie obrazów pola świetlnego na wiele sposobów, które nie są możliwe w normalnej fotografii.

Niestandardowy punkt ogniskowy

Najbardziej znaną cechą fotografii w polu świetlnym jest możliwość zmiany punktu ostrości po zrobieniu zdjęcia. Dzieje się tak, ponieważ informacje rejestrowane przez aparat obejmują ostrość na każdą odległość, co oznacza że dzięki wyrafinowanemu oprogramowaniu można wybrać dowolną odległość jako centralny punkt w scena.

Zmienna głębia ostrości

Podobnie jak w przypadku ogniskowania, ze względu na charakter rejestrowanych informacji, możliwa jest obróbka obrazów z „syntetyczną aperturą”. Przysłona to średnica otworu w soczewce i określa głębię ostrości (jak nieostry jest pierwszy plan i tło) na obrazie.

Związane z: Dlaczego F-Stop jest ważny w fotografii

Ponieważ obraz pola jasnego zawiera informacje przy każdej możliwej odległości ogniskowania, możliwe jest: tworzyć obrazy, które mają najmniejszą możliwą głębię ostrości (ostry jest tylko bardzo mały fragment). Możliwe jest również stworzenie obrazu o nieskończonej głębi ostrości, na którym wszystko na obrazie będzie ostre.

Efekt paralaksy

W zależności od sposobu uchwycenia pola światła, możliwe jest uzyskanie nieco innych kątów widzenia sceny. Zależy to od średnicy lub szerokości systemu użytego do wykonania zdjęcia. Im szerszy system soczewek, tym więcej światła jest uchwycone pod szerszymi kątami.

Po wykonaniu zdjęcia można nieznacznie zmienić perspektywę obrazu, tak jakbyś poruszał głową w rzeczywistej scenie. Nazywa się to efektem paralaksy. Wykorzystując efekt paralaksy można również zrekonstruować obraz 3D.

Oblicz odległości

W zależności od czułości systemu fotografii w polu świetlnym i tego, jak dobrze znane są jego właściwości optyczne, możliwe jest obliczenie odległości od obiektywu do obiektów na scenie. Jednym z głównych zastosowań tego byłoby mikroskopia, w której przydatne jest dokładne zmierzenie wielkości próbek syntetycznych lub biologicznych.

Zmień warunki oświetlenia

Ponieważ podczas fotografowania w polu światła rejestrowanych jest tak wiele informacji o głębi sceny, oprogramowanie do przetwarzania końcowego może dokładnie zrekonstruować oświetlenie w scenie. Ponieważ oprogramowanie zna względne pozycje wszystkich obiektów na obrazie, może przekonująco obliczyć, gdzie padną cienie.

Wirtualna rzeczywistość

Fotografia w polu świetlnym może zmień kręcenie filmów i VR na zawsze. Dzieje się tak, ponieważ fotografię w polu światła można wykorzystać do stworzenia rzeczywistej rzeczywistości wirtualnej. Google opracowało przykłady na ten temat, które można zobaczyć na Parowy.

Używając obrotowej matrycy 16 kamer GoPro, przechwycili tysiące obrazów, które zarejestrowały wszystkie informacje o polu świetlnym w przestrzeni 3D. Udało im się wtedy stworzyć trójwymiarowe, sześciostopniowe doświadczenie w wirtualnej rzeczywistości.

Czy kamery pola światła to przyszłość fotografii?

W 2012 roku pierwsza kamera polowa na rynek konsumencki była wydany przez firmę Lytro. Ten aparat miał rozdzielczość jednego megapiksela ze stałą przysłoną F/2 i był sprzedawany za 400-500 USD. Od tego czasu na rynku pojawiło się bardzo niewiele kamer przeznaczonych dla konsumentów.

Brak rozdzielczości i jakości obrazu oznaczał, że kamery pola światła po prostu nie wystartowały na rynku konsumenckim tak jak lustrzanki cyfrowe. W rzeczywistości wiele zastosowań technologii pola świetlnego pozostaje w fazie rozwoju.

Ale jest powód, dla którego Google (a teraz Apple) inwestuje w tę technologię, a jej wykorzystanie w tworzeniu doświadczeń użytkowników 3D dla VR to tylko jeden przykład!

Facebook ma teraz 10 000 osób pracujących na urządzeniach AR/VR

Chcąc zmniejszyć swoją zależność od Apple i Google, Facebook idzie na całość z Oculusem.

Czytaj dalej

O autorze