Lysfeltkamera - Light field camera

Lytro Illum 2. generation lysfeltkamera
For og bag på en Lytro , det første forbrugerlysfeltkamera, der viser frontlinsen og LCD -berøringsskærmen

Et lys felt kamera , også kendt som en plenoptic kamera , er en kamera , der opfanger oplysninger om lysfelt udgår fra en scene; det vil sige lysets intensitet i en scene, og også den præcise retning, som lysstrålerne bevæger sig i rummet. Dette står i kontrast til konventionelle kameraer, der kun optager lysintensitet.

Den ene type bruger en række mikrolinser placeret foran en ellers konventionel billedsensor til at registrere intensitet, farve og retningsbestemt information. Multi-kamera arrays er en anden type. Hologrammer er en type filmbaseret lysfeltbillede.

Historie

Tidlig forskning

Det første lysfeltkamera blev foreslået af Gabriel Lippmann i 1908. Han kaldte sit koncept " integreret fotografering ". Lippmanns eksperimentelle resultater omfattede rå integrerede fotografier lavet ved hjælp af et plastark præget med en regelmæssig række mikrolinser eller ved delvis at indlejre små glasperler, tæt pakket i et tilfældigt mønster, i overfladen af ​​den fotografiske emulsion .

I 1992 foreslog Adelson og Wang et design, der reducerede korrespondanceproblemet i stereomatchning. For at opnå dette placeres en række mikrolinser ved kameraets hovedobjektivs brændplan . Den billedsensor er placeret lidt bag mikrolinser. Ved hjælp af sådanne billeder kan forskydningen af ​​billeddele, der ikke er i fokus, analyseres, og dybdeinformation kan udtrækkes.

Standard optisk kamera

Dette viser evnen til at ændre brændvidde og dybdeskarphed efter et billede er taget - Nær fokus (øverst), Langt fokus (midten), Fuld dybdeskarphed (nederst) - ved hjælp af Lytro Illum lysfeltkamera -software

"Standard plenoptisk kamera" er en matematisk model, der bruges af forskere til at sammenligne designs. Per definition har den mikrolinser placeret en brændvidde væk fra billedplanet på en sensor. Forskning har vist, at dens maksimale baseline er begrænset til hovedlinsens indgangspupillestørrelse, som er lille i forhold til stereoskopiske opsætninger. Dette indebærer, at "standardoptisk kamera" kan være beregnet til applikationer på nært hold, da det udviser øget dybdeopløsning på afstande, der kan beregnes metrisk baseret på kameraets parametre.

Fokuseret plenoptisk kamera

I 2004 brugte et team ved Stanford University Computer Graphics Laboratory et 16 megapixel kamera til at demonstrere, at billeder kan fokuseres igen, efter at de er taget. Systemet brugte et 90.000-mikrolens array, hvilket gav en opløsning på 90 kilopixel.

Lumsdaine og Georgiev beskrev et design, hvor microlens -arrayet kan placeres før eller bag hovedlinsens brændplan. Denne ændring prøver lysfeltet på en måde, der bytter vinkelopløsning til højere rumlig opløsning . Med dette design kan billeder refokuseres med en meget højere rumlig opløsning end billeder fra et almindeligt optisk kamera. Den lavere vinkelopløsning kan imidlertid introducere aliasing -artefakter.

Kodet blænde kamera

Et design, der brugte en billigt trykt filmmaske i stedet for et mikrolins-array, blev foreslået i 2007. Dette design reducerer de kromatiske afvigelser og tab af grænsepixel, der ses i mikrolens-arrays, og tillader større rumlig opløsning. Men det maskebaserede design reducerer mængden af ​​lys, der når billedsensoren, hvilket reducerer lysstyrken.

Lytro

Lytros lysfeltsensor anvender en række mikrolinser placeret foran en ellers konventionel billedsensor; at fornemme intensitet, farve og retningsbestemt information. Software bruger derefter disse data til at oprette 2D- eller 3D -billeder, der kan vises. Lytro handler med maksimal 2D -opløsning på en given afstand for forbedret opløsning på andre afstande. Brugere kan konvertere Lytro -kameraets proprietære billede til en almindelig 2D -billedfil med enhver ønsket brændvidde. Den maksimale Illum 2D -opløsning er 2450 × 1634 (4,0 megapixel), 3D -lysfeltopløsningen er 40 "megarays". Den har en maksimal 2D -opløsning på 1080 × 1080 pixels (cirka 1,2 megapixel ),

Funktioner

Funktioner inkluderer:

  • Variabel dybdeskarphed og "refokusering": Lytros "Focus Spread" -funktion gør det muligt at justere dybdeskarpheden (fokusdybden) for en 2 -dimensionel gengivelse af et Lytro -billede efter et billede er taget. I stedet for at indstille fokus på en bestemt afstand, tillader "Focus Spread" mere af et 2D -billede at være i fokus. I nogle tilfælde kan dette være hele 2D -billedfeltet. Brugere er også i stand til at "refokusere" 2D -billeder på bestemte afstande for kunstneriske effekter. Illum gør det muligt at vælge området "refokusering" og "Focus Spreadable" ved hjælp af det optiske fokus og zoomringene på linsen. Illum har også "fokus bracketing" for at udvide det refokuserbare område ved at tage 3 eller 5 på hinanden følgende billeder i forskellige dybder.
  • Hastighed : Fordi der er mindre behov for at fokusere objektivet, før du tager et billede, kan et lysfeltkamera optage billeder hurtigere end konventionelle point-and-shoot digitale kameraer. Dette er en fordel i sportsfotografering, for eksempel, hvor mange billeder går tabt, fordi kameraets autofokussystem ikke præcist kan spore et motiv i hurtig bevægelse.
  • Lav lysfølsomhed: Muligheden for at justere fokus i efterbehandlingen tillader brug af større blændeåbninger, end det er muligt på konventionelle kameraer, hvilket muliggør fotografering i miljøer med svagt lys.
  • 3D -billeder : Da et plenoptisk kamera registrerer dybdeoplysninger, kan stereobilleder konstrueres i software ud fra en enkelt plenoptisk billedoptagelse.

Producenter

Forbrugerprodukter

Lytro blev grundlagt af Stanford University Computer Graphics Laboratory alumnus Ren Ng for at kommercialisere det lysfeltkamera, han udviklede som kandidatstuderende. Lytro stoppede driften i marts 2018.

Raytrix har tilbudt flere modeller af plenoptiske kameraer til industrielle og videnskabelige applikationer siden 2010, med synsfelt fra 1 megapixel.

d'Optron og Rebellion Photonics tilbyder plenoptiske kameraer med speciale i henholdsvis mikroskopi og gaslækagedetektion.

Andre kameraer

Pelican Imaging har tynde multi-kamera array-systemer beregnet til forbrugerelektronik. Pelicans systemer bruger fra 4 til 16 mikrokameraer med tæt afstand i stedet for en billedsensor med mikrolinser. Nokia investerede i Pelican Imaging for at producere et plenoptisk kamerasystem med 16-linse-array, der forventedes at blive implementeret i Nokia- smartphones i 2014. Pelican flyttede til at designe supplerende kameraer, der tilføjer dybdefølende evner til en enheds hovedkamera, frem for stand- alene array kameraer.

Den Adobe lysfelt kamera er en prototype 100- megapixel kamera, der tager en tre-dimensionel foto af scenen i fokus ved hjælp 19 unikt konfigurerede linser. Hvert objektiv tager et 5,2 megapixel foto af motivet. Hvert billede kan fokuseres senere på enhver måde.

CAFADIS er et plenoptisk kamera udviklet af University of La Laguna (Spanien). CAFADIS står (på spansk) for fase-afstandskamera, da det kan bruges til afstands- og optisk bølgefrontestimering . Fra et enkelt skud kan det producere billeder fokuseret på forskellige afstande, dybdekort, all-in-focus billeder og stereopar. Et lignende optisk design kan bruges i adaptiv optik i astrofysik .

Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL) lysfeltkamera er baseret på princippet om optisk heterodyning og bruger en trykt film (maske) placeret tæt på sensoren. Ethvert håndholdt kamera kan konverteres til et lysfeltkamera ved hjælp af denne teknologi ved blot at indsætte en billig film oven på sensoren. Et maskebaseret design undgår problemet med tab af opløsning, da der kan genereres et foto i høj opløsning til de fokuserede dele af scenen.

Stanford University Computer Graphics Laboratory udviklede et prototype lysfeltmikroskop ved hjælp af et mikrolins array svarende til det, der blev brugt i deres lysfeltkamera. Prototypen er bygget op omkring et Nikon Eclipse transmitteret lysmikroskop /wide-field fluorescensmikroskop og standard CCD-kameraer . Lysfeltopsamling opnås ved hjælp af et modul, der indeholder et mikrolens array og andre optiske komponenter, der er placeret i lysbanen mellem objektivet og kameraet, med det sidste multifokuserede billede gengivet ved hjælp af deconvolution .

En senere prototype tilføjede et lysfeltbelysningssystem bestående af en videoprojektor (der muliggør beregningskontrol af belysning) og et andet mikrolens array i mikroskopets belysningslysbane. Tilføjelsen af ​​et lysfeltbelysningssystem tillod både yderligere belysningstyper (såsom skråbelysning og kvasimørke felt ) og korrektion for optiske afvigelser .

Amatørversioner

Ændringen af ​​standard digitale kameraer kræver lidt mere end egnede ark af mikro-objektivmateriale, derfor har en række hobbyfolk produceret kameraer, hvis billeder kan behandles for enten at give selektiv dybdeskarphed eller retningsinformation.

Ansøgninger

I en undersøgelse fra 2017 observerede forskere, at inkorporering af fotograferede lysfotografier i et online -anatomimodul ikke resulterede i bedre læringsresultater sammenlignet med et identisk modul med traditionelle fotografier af dissekerede kadavere.

Plenoptiske kameraer er gode til billeddannelse af hurtigt bevægelige objekter, der overgår autofokusfunktioner, og til billeddannelse af objekter, hvor autofokus ikke er praktisk, f.eks. Med sikkerhedskameraer. En optagelse fra et sikkerhedskamera baseret på plenoptisk teknologi kunne bruges til at producere en nøjagtig 3D -model af et motiv.

Se også

Referencer

eksterne links