Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Ymmärtäminen Light Field Photography

Dynaaminen valokentän kuva. Keskittyä napsauta. Napsauta / vedä siirtyäksesi perspektiiviin.

Perinteiset kamerat, olivatpa ne digitaalisia tai analogisia, sieppaavat kohtauksen yhdestä näkökulmasta. Photoshopin (ja vastaavien ohjelmien) avulla voimme tehdä hämmästyttäviä asioita näillä kuvilla, mutta mikään jälkikäsittely ei voi lisätä alkuperäisen laitteen koodaamia tietoja. Yksi ilmeinen tapa tehdä tämä on lisäämällä kuvakennon kokoa, ja koska digitaalinen valokuvaus on edennyt, olemme nähneet tasaisen etenemisen suurempiin ja suurempiin antureihin tällä melko ilmeisellä syyllä.

CMOS-kuvantunnistimien saavutettavissa oleva koko ylittää nyt huomattavasti lähes kaikkien käytännön sovellusten tarpeet, ja kuten myöhemmin selitämme, tämä anturipikselien "ylijäämä" on yksi avainasemista, jotka avaavat tietä "valon kentän ”(tai” täyden ”) kuvantamisen. Tämän uudenlaisen valokuvauksen suuri lupaus on kyky kaapata enemmän tietoa paikasta, mutta enemmän erilaisia ​​tietoja. Näiden uusien tietotyyppien käyttö avaa joukon ohjelmistojen jälkikäsittelyvaihtoehtoja, jotka ovat mahdottomia perinteisillä kameroilla - vaihtoehdot, kuten dynaaminen uudelleensäätö, perspektiivin siirto ja jopa 3D-skannaus.

Kuinka se toimii

Valokenttä edustaa kaikkia kameraan tulevia säteitä, ei vain niitä, jotka ovat keskittyneet kalvoon tai anturiin. Perinteisessä kamerassa valon säteet kohdennetaan kalvon tai anturin objektiiviin. Digitaalisessa valokuvassa jokaisella pikselillä on numeroarvo, joka osoittaa kirkkautta, mikä puolestaan ​​edustaa kaikkien kohtauksen kaikkien osien valonsäteiden summa keskittyi objektiivin avulla anturin siihen osaan. Valokentän kamerassa kuitenkin eri pikseleitä muodostavat erilaiset säteet eivät ole summattuja, vaan niitä mitataan ja tallennetaan erikseen sekä niiden kirkkauden että suunnan perusteella, josta ne ovat peräisin.

Laitteisto

Valo-kenttä on todella matemaattinen abstraktio, jossa on sovelluksia aloilla, jotka vaihtelevat fysiikasta koneen visioon tietokoneeseen. Laitteet, jotka sieppaavat osan valokentästä, ovat monissa muodoissa. Lytro kaappaa valokentän ohjaamalla valonsäteet, jotka pääsevät päälinssiin, yli sadan tuhannen mikro-linssin joukkoon. Mikroobjektiivit puolestaan ​​ohjaavat valonsäteet 6,5 x 4,5 mm: n CMOS-anturille, joka pystyy kaappaamaan yksitoista miljoonaa valonsäteen, jotka on järjestetty 3280: n 3280-ruudukolla. Tallennetut tiedot sisältävät väriä, voimakkuutta, suuntaa ja etäisyyttä. Kukin mikroobjektiivi käyttää noin 10 x 10 pikselin osaa CMOS-anturista.

Lytro-kuluttajavalo-kenttä on ollut jo muutaman vuoden ajan, ja useimmat ihmiset näyttävät puhuvan siitä, että pystyt korjaamaan tai muuttamaan kuvan polttopistettä sen jälkeen, kun se on otettu. Mutta se ei ole koko tarina; itse asiassa se on vain jäävuoren kärki.

Yllä oleva kuva esittää kameran oikealle tulevat valonsäteet ja mikro-linssiryhmän ohjaama CMOS-anturiin.

Ohjelmisto

Valokentän kaappaaminen on vain ensimmäinen askel. Seuraava vaihe on luoda kuva, jota voi tarkastella. Tämän tekeminen on kuvattu "ray tracing käänteisenä." Selittää, mitä tämä tarkoittaa, että aion kuvata miten pinhole kamerat toimivat, kulkee lyhyesti läpi ray jäljitys, ja lopulta selittää Lytro renderointi prosessi. Kaikilla kolmella on kaksi yhteistä asiaa. Ensin on tarkkailija, joka tarkastelee näkymää, ja toiseksi kohtaus on jotenkin tehtävä näytölle.

Pinhole-kameran valonsäteet kulkevat kameran etuosassa olevan reiän läpi ja näkyvät vastakkaisella pinnalla ylösalaisin ja käänteisenä. Takaseinä on olennaisesti ruutu.Jos olisit kameran sisällä selkänne linssin kanssa, näet ennustetun kuvan edessänne. ("Kohtausobjektin" on tarkoitus olla kaktus. Se voi kuitenkin olla mitä tahansa. Ihannetapauksessa kaikki kaaviot olisivat pseudo-3D-näkökulmasta, mutta se on minun piirustustaitoni ulkopuolella.)

Radan jäljittämisessä kuvausta kuvataan matemaattisesti geometristen muotojen, kuvioiden ja valonlähteiden avulla. Valitaan kohtauksen ulkopuolella oleva kohta, joka edustaa tarkkailijan asemaa ja kuva luodaan kyseisen tarkkailijan näkökulmasta. Ray-jäljitys eroaa pinhole-kameran esimerkistä kolmella tavalla. Ensinnäkin kohtausta ei ole todellisessa maailmassa ja se on tehtävä. Toiseksi "todellinen" kohtaus on pikemminkin tarkkailijan edessä kuin takana ja lopulta koska kohtaus on virtuaalinen, kuvaruutu näytössä on tehtävä. Tämä tehdään pikselin pikselikohtaisesti. "View" -säteet heitetään ulos jokaiselle pikselille ja pikselin väri lasketaan esineiden ja valonlähteiden perusteella, joista jokainen näkee säteen osumat, kun se liikkuu. Katseluradan lähettäminen tarkkailijasta vähentää huomattavasti renderointiaikaa.

Lytron tapauksessa meillä on tallennetut valonsäteet, jotka kuvaavat kuvaa otettaessa otettua kuvaa. Jotta projekti voitaisiin suunnitella näytölle, on valittava yhteyspiste. Valitun polttopisteen vuoksi Lytro-ohjelmisto käyttää tallennettuja valonsäteitä kuvan aikaansaamiseksi. Tämä on ray-jäljitys taaksepäin siinä, että kuvaan generoidut säteet tuottavat kuvan alkupisteen paikan sijasta sen sijaan, että heidät olisi projisoitu tarkkailijalta ja näytön läpi näyttämölle.

Tarkastelua varten näkymä näytetään säteilyn jäljityksessä tarkkailijalta ulos otettavien kuvien avulla ja näytön kautta, kun Lytron kohdalla kohtaus on otettu kuvaamalla valokuvataajuuksia, jotka on otettu näkymään takaisin näytölle.

Tulevaisuus

Lytro-kirjaston ohjelmiston viimeinen lisäys on kyky luoda 3D-kuvia. Tämä kyky osoittaa valon kentän kaappaamisen toisen edun. Vasemman tai oikean kuvan ottaminen kameran sisällä tai ylöspäin antaa sinulle hieman erilaisen näkymän tai näkökulman. Näiden siirtymien tekemiseen tarvittavat tiedot ovat osa otettua valon kenttää ja niitä voidaan käyttää luomaan 3D-mallinnuksia otetusta kohtauksesta. Halvat Anaglyph-lasit ovat kaikki mitä tarvitset. Kuvat on helppo viedä JPG-tiedostoina, jotta niitä voi katsella joku, jolla on anaglyph-lasit.

Yksi Lytro-kameran haittapuoli on kuvankäsittelyä varten julkaistun API: n puute. Lytro käyttää omaa kuvamuotoa ja samalla kun on tehty paljon työtä sen suunnittelemiseksi ja ohjelmistojen luomiseksi kuvien manipuloimiseen kirjoittaessani, ei ole olemassa kattavaa cross platform -liittymää tai ohjelmistoa LFP: iden kanssa työskentelyyn (”light field picture” -tiedostot) ). Paras resurssi, jonka löysin, on "Lytro Meltdown", joka on yleensä Windows-keskipiste, mutta sisältää paljon hyödyllistä tietoa.

Valokentän valokuvaus on vielä lapsenkengissä. Hinnat olivat aluksi korkeita ja tulokset alittivat, mutta asiat alkavat muuttua molemmilla puolilla. Perus 8 Gt: n Lytro-kamera on ollut myynnissä 200 dollaria ja 300 dollaria hiljattain, ja uusia ominaisuuksia lisätään säännöllisesti sekä kameran laiteohjelmistoon että Lytro-kirjaston valokuvienhallintaohjelmistoon.

Haluaisin nähdä eniten kattavan alustan avoimen lähdekoodin kirjaston, jota voidaan käyttää LFP-tiedostojen käsittelyyn ja hallintaan. Pyhä graali olisi ohjelmisto, joka kykenee ottamaan raakaa Lytro-tiedostoa ja tekemään kuvia.

Osake

Jättänyt Kommenttia