Fotografie světelného pole: Co to je a jak to funguje?

Fotografie světelného pole existují už dlouho. První analogové zařízení pro světelné pole vynalezl v roce 1908 Gabriel Lippmann, který nakonec získal Nobelovu cenu za práci na barevné fotografii.

Fotografování ve světelném poli je fascinující, protože umožňuje pohybovat zaostřovací rovinou obrazu poté, co již byl snímek pořízen, což je u běžné fotografie nemožné.

Jak tedy funguje fotografování na světelném poli? Tento článek vás naučí vše, co potřebujete vědět.

Co je to fotografování světelného pole?

Normální fotografie funguje velmi podobně jako lidské oko. Zaostřujete fotoaparátem a snímač zachytí dvourozměrný obraz trojrozměrného prostoru, přičemž je zaostřen „plátek“ tohoto prostoru. Všechno před nebo za zaostřenou oblastí je rozmazané a rozostřené. Je tomu tak proto, že normální snímač snímá informace pouze o intenzitě světla.

Světelné pole se vztahuje na všechny paprsky světla (každý foton) ve scéně. Světelné paprsky, které tvoří světelné pole, jsou definovány plenoptickou funkcí (proto se kamerám se světelným polem také říká plenoptické kamery). Plenoptická funkce popisuje světelný paprsek v pěti rozměrech: jeho souřadnice v 3D prostoru (X, Y, `) a jeho směr v 2D prostoru (dva úhly).

Fotografie světelného pole zachycují informace ze světelného pole v konkrétní scéně, včetně jak intenzita světla, tak směr světelných paprsků (podle plenoptic funkce).

Fotografie světelného pole se velmi liší od konvenční fotografie. Umožňuje vám zachytit trojrozměrný obraz a vybrat, kde bude po skutečnosti zaostřeno. Pomocí více senzorů lze zachytit jak přicházející světlo, tak směr světelných paprsků.

Jak funguje fotografování světelným polem?

Jak již bylo zmíněno, kamera světelného pole zachycuje všechny informace o světelném poli před kamerou. Tyto informace zahrnují intenzitu, barvu a směr světla. Z tohoto důvodu je možné matematicky určit, odkud každý paprsek světla vyzařoval, než dosáhl senzoru. To znamená, že lze sestrojit trojrozměrný model scény.

Existuje několik technik pro snímání světelného pole, například:

• Použití jediné kamery k zachycení informací o scéně z více úhlů. Tato metoda vytváří výběr mnoha obrázků.
• Pole s více kamerami. Ty obvykle obsahují desítky senzorů v širokém poli, z nichž každý zachycuje informace o scéně z trochu jiného úhlu. Tato metoda také produkuje mnoho obrázků najednou.
• Mikročočková pole. Díky řadě stovek mikročoček před jediným snímačem digitálního fotoaparátu lze zachytit informace o světelném poli. Tím se vytvoří obraz, který se skládá ze stovek dílčích obrazů.

Každý snímek nebo podobraz se liší zachycením světelných paprsků, které vznikly na mírně odlišných místech ve vesmíru. Protože každý pixel bude tedy vykazovat mírně odlišnou scénu, zaznamenají se informace o úhlu světelného paprsku. To umožňuje vypočítat vzdálenost každého objektu od kamery a polohu ve scéně a nakonec vyvinout 3D model scény.

Aplikace fotografování světelného pole

Pro fotografování světelného pole existují různá použití, která mohou být neuvěřitelně užitečná. Protože jsou zaznamenávány všechny informace o světelném poli scény, je možné snímky světelného pole zpracovávat mnoha způsoby, které u běžné fotografie nejsou možné.

Vlastní kontaktní místo

Nejznámější vlastností fotografování ve světelném poli je schopnost změnit zaostřovací pole po pořízení snímku. Je to proto, že informace zachycené fotoaparátem zahrnují zaostření na každou významovou vzdálenost že díky sofistikovanému softwaru je možné zvolit jakoukoli vzdálenost, která bude ústředním bodem v scéna.

Variabilní hloubka ostrosti

Podobně jako u zaměření, vzhledem k povaze zaznamenaných informací je možné zpracovávat snímky se „syntetickou clonou“. Clona je průměr otvoru v čočce a určuje hloubku ostrosti (jak rozostřený je popředí a pozadí) v obrázku.

Příbuzný: Proč je F-Stop ve fotografii důležitý

Protože obraz světelného pole obsahuje informace v každé možné zaostřovací vzdálenosti, je možné vytvářejte obrázky, které mají co nejmenší hloubku ostrosti (zaostřena je pouze velmi malá část). Je také možné vytvořit obraz s nekonečnou hloubkou ostrosti, kde je vše v obraze zaostřeno.

Efekt paralaxy

V závislosti na způsobu zachycení světelného pole je možné vytvořit mírně odlišné úhly pohledu scény. To závisí na průměru nebo šířce systému použitého k pořízení snímku. Čím širší je systém čoček, tím více světla je zachyceno ze širších úhlů.

Jakmile je snímek vyfotografován, je možné změnit jeho perspektivu v malém rozsahu, jako byste ve skutečné scéně pohybovali hlavou. Toto je známé jako efekt paralaxy. Pomocí paralaxového efektu je také možné rekonstruovat 3D obraz.

Výpočet vzdáleností

V závislosti na citlivosti fotografického systému světelného pole a na tom, jak dobře jsou známé jeho optické vlastnosti, je možné vypočítat vzdálenost od objektivu k objektům ve scéně. Jednou z hlavních aplikací by byla mikroskopie, kde je užitečné přesně měřit velikost syntetických nebo biologických vzorků.

Změňte světelné podmínky

Protože při fotografování světelného pole je zaznamenáno tolik informací o hloubce scény, je možné pomocí softwaru pro následné zpracování přesně rekonstruovat osvětlení ve scéně. Protože software zná relativní polohy všech objektů v obraze, může přesvědčivě vypočítat, kam by stíny dopadaly.

Virtuální realita

Fotografie světelného pole může změnit natáčení a VR navždy. Důvodem je, že k vytvoření realistické virtuální reality lze použít fotografii světelného pole. Google k tomu vyvinul příklady, na kterých lze zobrazit Parní.

Pomocí rotujícího kamerového pole 16 GoPros zachytili tisíce snímků, které zaznamenávaly všechny informace o světelném poli v 3D prostoru. Poté byli schopni vytvořit trojrozměrný zážitek virtuální reality se šesti stupni svobody.

Jsou fotoaparáty se světelným polem budoucností fotografie?

V roce 2012 byla první spotřebitelskou kamerou pro světelné pole na trhu vydané společností Lytro. Tento fotoaparát měl rozlišení 1 megapixel s konstantní clonou F / 2 a prodával se za 400 až 500 USD. Od té doby se na trh dostalo jen velmi málo fotoaparátů zaměřených na světlo.

Nedostatečné rozlišení a kvalita obrazu způsobily, že fotoaparáty se světelným polem se na spotřebitelském trhu jednoduše nerozběhly, jako tomu bylo u digitálních zrcadlovek. Ve skutečnosti zůstává mnoho využití technologie světelného pole ve vývoji.

Existuje však důvod, proč Google (a nyní i Apple) investují do této technologie a její použití při vytváření 3D uživatelských zážitků pro VR je jen jedním příkladem!

Facebook má nyní 10 000 lidí pracujících na zařízeních AR / VR

Ve snaze snížit svou závislost na Apple a Google se Facebook chystá all-in na Oculus.

Přečtěte si další

O autorovi