Камера светового поля меняет кадр после съёмки
Юная американская компания обещает до Января этого года вывести на рынок камеру, которая революционизирует фотографию. Заявление амбициозное. Но прототип уже существует, и создан он по окончании долгих изучений.
Основатель стартапа Lytro из Кремниевой равнины, изобретатель и глава компании экзотической камеры Рен Нг (Ren Ng), утверждает: «Отечественная миссия содержится в трансформации фотографии окончательно, простые камеры уйдут в прошлое».
Если доверять Lytro, то пользователям не нужно будет беспокоиться о подборе времени экспозиции, диафрагмы, должного и фокусировки освещения с новой камерой. И дело не в автоматике, которая, как возможно поразмыслить, сама устанавливает вышеуказанные параметры перед съёмкой. Нет, новинке просто бесполезны такие настройки, дабы удачно снять сюжет.
Камера Lytro готова запечатлеть любую сцену менее чем через секунду по окончании включения аппарата. Да, у новой камеры нет задержки между «сном» и фактически моментом спуска. Не требуется нажимать кнопку наполовину и ожидать до тех пор пока аппарат наведёт фокусировку.
Ею Lytro вовсе не занимается. Но по окончании происходит «чудо».
Продвинутая разработка неотличима от волшебства: любой кадр, выполненный по новой методике, вовсе не занимает в памяти количество, как много классических кадров, но наряду с этим разрешает поменять фокус постфактум (фотографии Lytro).
Применяя полученный при съёмке файл, особая программа может произвольно поменять фокусировку кадра и глубину резкости. Достаточно мышкой на нужном объекте — предмете первого, второго либо третьего замысла, как эти участки становятся резкими, а другие размываются.
Причём обращение не идёт об неестественном «замыливании» в стиле фотошопа. Все проявляющиеся и снова уплывающие в туман изображения — настоящие. Всё трудится так, как будто бы вы сделали одновременно пара десятков, в противном случае и сотен кадров с фокусировкой, установленной на различное расстояние.
Как происходит перефокусировка по окончании съёмки — возможно опробовать самому в галереяLytro, а ещё взглянуть в ролике ниже.
Секрет разработки содержится в том, что новая камера записывает в память так именуемое световое поле (light field). В случае если сказать упрощённо, световое поле всецело определяет вид сцены, а представить его возможно как совокупность всех лучей, проходящих от всех точек окружающей обстановки во всех направлениях.
Упрощённое представление светового поля (иллюстрация Lytro).
В новой камере в качестве датчика задействован спроектированный компанией сенсор светового поля. В отличие от простой матрицы он приобретает и сохраняет в цифровом снимке данные не только о яркости и цвете прошедших через объектив лучей, но и о направлении, с которого они пришли. Это последняя информация теряется в простой камере, поясняет Lytro.
Камера Lytro сохраняет раздельную данные о лучах света, пришедших в объектив с различного расстояния и под различными углами (иллюстрация Lytro).
В следствии записанные светочувствительной матрицей эти разрешают за счёт программного метода не только поменять глубину фокусировки в конечном кадре, но и в некоторых пределах смещать возможность всей сцены а также медлено переходить от 2D к 3D. Звучит фантастично, но как раз такую технику обещает вывести на рынок компания Lytro.
Нг — выпускник Стэнфорда (Stanford). В руках учёный держит серийную цифровую камеру, которую команда Рена перекроила в прототип Lytro, применяв последовательность магазинных и самодельных подробностей (фото с сайта k9ventures.com).
В случае если копнуть глубже, в технологии раскрываются интересные подробности. Скажем, собственный сенсор светового поля Нг придумал не на безлюдном месте. В собственной работе Рен отталкивался от принципа так называемой пленоптической камеры (plenoptic camera).
Учёным такая камера известна уже много лет, но до сих пор кочует как опыт из университета в университет. До потребительского рынка она так и не добралась.
Задача пленоптической камеры содержится в получении намного более всех данных о сцене, нежели это вероятно с камерой хорошей. Кстати, попытки таковой всеохватывающей съёмки предпринимались неоднократно. Но в отличие, например, от похожей работы Mitsubishi Electric, где для захвата светового поля использовалось сочетание сенсора и кодирующей маски, в пленоптической камере между матрицей и основным объективом размещается массив из громадного множества микролинз.
Любая такая линза передаёт свет на довольно маленькую группу пикселей в приёмной матрице. Дружно они формируют мозаику, содержащую больше информации о световых волнах, чем думается на поверхностный взор.
Так плеоноптическая камера фиксирует сцену (иллюстрация Ren Ng).
Забрав исходные пиксели, путём решения сверхсложных уравнений возможно взять представление о сцене в большем разрешении, чем имеется в отдельном фрагменте мозаики.
Наряду с этим расстояние от объектива до снимаемых объектов не играется никакой роли. Зная законы распространения света, возможно подобрать такую обработку, что любой предмет нарисуется совершенно верно в фокусе.
Часть снимка, взятого посредством массива микролинз, лежащих прямо перед матрицей (но с определённым зазором). Справа вверху — ещё более увеличенные фрагменты (на главном кадре обведены квадратами), внизу — синтезированный результирующий кадр (иллюстрация Ren Ng).
Но у пленоптических камер имеется неприятности. Скажем, их соотношение и размер микролинз с пикселями матрицы, лежащей внизу, расстояние между матрицей и микролинзами — все эти параметры сочетаются между собой так, что вам сложно взять хорошую фокусировку в один момент с высоким разрешением картины под каждой микролинзой. Что-то удаётся вытянуть, что-то исчезает.
Наряду с этим принципиально важно, что комплект таких миниатюрных изображений несёт данные не только о яркости и цветах различных точек, но и о расстоянии от камеры до той либо другой части сцены. Что будет, в случае если все эти знания объединить? В случае если упрощать задачу, вопрос перед авторами разработки стоял таковой: возможно ли из сырых и неотёсанных изображений под микролинзами вычислить всю обстановку со всеми её подробностями?
Дабы ответить на него, Нг подвёл под работу плеоптической камеры целую теорию о разных методах представления световых полей и разных математических преобразованиях с ними, а в следствии спроектировал собственный аппарат (с сопутствующим софтом), что способен на обрисованные выше трюки.
(Подробнее о научной части проекта возможно определить в PDF-документе, а мало подробностей из истории появления Lytro и предшествовавшей ей работе экспертов Стэнфорда — в блоге венчурной компании K9, помогавшей Рену осуществить мечту.)
Микрорешётка квадратных линз, использованная в экспериментальном прототипе. Её размерность — 296 х 296 линз. Линзы эти покрывают практически 100% площади. Эта решётка была помещена поверх светочувствительной матрицы с разрешением 4096 х 4096 пикселей.
Внизу продемонстрирована сборка этих узлов (фотографии Ren Ng).
Камера Lytro работает при слабом освещении без вспышки, а ещё она может создавать 3D-фотографии с одним объективом, приводит PC World слова представителей компании.
С трёхмерностью, честно скажем, не всё ясно. Дабы её взять, необходимо снимать объект хотя бы с двух точек зрения. Возможно, тут за счёт той самой решётки микролинз возможно отснять сцену так, словно бы мы располагаем двумя объективами.
Расстояние между ними, в этом случае, это диаметр главного объектива. Подробностей, но, Lytro не раскрывает, как и не показывает до тех пор пока трёхмерные «Lytro-снимки».
Увы, остаются неясными многие нюансы софта и работы камеры, но основное — нет ответа на вопрос, какой же конечный продукт американцы собираются вывести на рынок?
Не указаны ни правильная дата появления Lytro в продаже, ни цена, ни кроме того форм-фактор новинки (будет ли это «мыльница» либо увесистая «зеркалка»). Так что желающим приобщиться к революции в фотографии направляться ещё мало подождать.
