Камеры светового поля - это не просто оптические уроды, возникшие в результате сложных математических вычислений. Они нечто большее. И все же они действительно поражают воображение, когда вы впервые видите результаты, полученные с помощью этих камер. В камерах светового поля используются многие из тех же оптических концепций, которые используются в современных камерах, но они немного выходят за рамки обычных камер и дают результаты, которые на языке фотографии известны как «живые изображения». В этом коротком, но информативном видео доктор Майк Паунд из Ноттингемского университета объясняет научную основу камер светового поля:
Смещение фокуса после того, как вы сделали снимок
В современных камерах после того, как вы сфокусировались и сделали снимок, впоследствии невозможно изменить точку фокусировки или угол обзора. С помощью камер светового поля вы можете добиться именно этого. Нажмите на любую часть изображения, и эта часть окажется в фокусе. Похоже на технологию из «Звездного пути»? Не совсем. В камерах светового поля используется концепция создания крошечных микроизображений, которые позволяют перемещать фокус по различным областям изображения после его съемки.
Доктор. Майк Паунд из Ноттингемского университета демонстрирует камеру светового поля.
Итак, вам больше не придется беспокоиться о фокусировке. Цельтесь и стреляйте - это все, что нужно, чтобы приступить к делу. В зависимости от размера объектива вы даже можете переключаться между несколькими точками обзора. Это что-то невообразимое с обычной камерой. Конечно, есть некоторые ограничения. Сделать это можно только с помощью фирменного ПО и тогда есть ограничение по качеству изображения. Но последствия просто слишком непреодолимы.
Как работает камера светового поля?
В отличие от обычной камеры, в которой свет, идущий из определенной точки, преломляется объективом, а затем сходится в соответствующей точке на задней стороне матрицы, в камере светового поля имеются миллионы крошечных микролинз, которые в изображение до того, как лучи света достигнут датчика.
Крошечный набор микролинз перед датчиком
Эти микролинзы расположены прямо перед датчиком. Их работа - собирать лучи света, идущие из определенного участка сцены. Они не только улавливают информацию о цвете, но и о ориентации, в которой движутся эти световые лучи. В традиционной камере эта информация об ориентации никогда не фиксируется - только информация о цвете. Кроме того, в традиционной камере лучи света сходятся на датчике, тогда как в камере светового поля эти лучи сходятся на микролинзах, расположенных перед датчиком. Но не микролинзы фиксируют изображения, это делают датчики! Таким образом, лучи света движутся дальше и достигают датчика, а затем удаляются дальше. Технически изображение должно быть размытым, как и в традиционных камерах.
Так как это происходит? Цитируя доктора Паунда,
“Если мы выберем отдельный пиксель под микролинзой, весь свет, проходящий через этот пиксель, будет исходить из одного и того же места на основной линзе. Таким образом, этот пиксель видит свет, проникающий в него только в этой точке.»
Еще одно объяснение, которое он дает:
«Каждый луч, проходящий через эту вспомогательную апертуру, попадает на все микролинзы и всегда попадает в один и тот же соответствующий пиксель под каждой микролинзой».
Камеры светового поля фиксируют не только информацию об освещении, но и информацию об ориентации
“По сути, мы не только получили ориентацию, но и получили множество крошечных изображений, которые просматривают сцену со всех сторон основного объектива. Другой взгляд на это заключается в том, что эти микролинзы - это всего лишь крошечные камеры, делающие снимок с задней стороны основного объектива. И, конечно же, у них будет другое мнение, потому что некоторые из них слева, а некоторые справа.»
Одним из основных применений камер светового поля, безусловно, является создание эффекта параллакса, при котором можно получить небольшое изменение перспективы благодаря уникальному способу, с помощью которого крошечные микролинзы, расположенные внутри камеры, по сути, создают массив изображения вместо одного изображения. Другое приложение находится в процессе перефокусировки.
Что вы думаете о камерах светового поля? Вы готовы попробовать?