РОЖДЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
ЧАСТЬ 4. СЕНСОРЫ ОБЪЕМНОЙ РЕЗКОСТИ
Окончание материала. Начало читайте здесь (часть 1). Продолжение читайте здесь (часть 2) и здесь (часть 3).
Для массовых пользователей было шоком появление цифровой фотокамеры Lytro, выведенной на рынок под кодак-подобным лозунгом: "Вы делаете снимок, резкость – наша забота" (оригинальная версия звучит так: "Вы нажимаете на кнопку – мы делаем всё остальное"/ "You Press the Button, We Do the Rest" — Джордж Истмен/George Eastman, 1988). Да, это была первая подобная потребительская камера, но в научной и индустриальной фотографии аналогичные модели уже существовали.
Сенсор «камеры светового поля» (Light Field), или пленоптической (полного видения) камеры, сохраняет не только информацию об энергии фотона света (яркость) и длине волны (то есть цвете), но и о направлении, по которому этот фотон достиг сенсора.
Таким образом, к графической информации добавляется векторная, и в результате появляется возможность последующей работы с изображением, например, создание объёмного изображения, точного измерения расстояний или, как минимум, изменения точки резкости. Прототипом пленоптической камеры является фасеточный глаз насекомых: мухи или стрекозы.
В каждом пикселе камеры Lytro Light Field и ещё более совершенной Sony Time-of-Flight под одной микролинзой с байеровским цветным фильтром собраны несколько сенсорных поверхностей (каждая под своей микролинзой!), которые и воспринимают направление.
В первых образцах Lytro создавалось фотоизображение с разрешением 1,5 Мпикс. на сенсоре, воспринимающем 11 млн. лучей (MegaRay, MR). В модели Lytro Illum – уже 4 Мпикс. из 40 млн. лучей., здесь каждый элемент изображения образуется за счет соединения векторной информации, получаемой с 6-15 микросенсоров.
Камера Lytro Illum. Фотограф в режиме Live View (видоискателя нет) определяет сюжетно важный объект и фокусируется в автоматическом или в ручном режиме с помощью кольца на объективе. На ЖК-дисплее помимо стандартных, показывается шкала с параметрами глубины резко изображаемого пространства. Обратите внимание, что около спусковой кнопки имеется специальная кнопка Lytro button. При ее нажатии шкала ГРИП превращается в гистограмму, а все объекты в кадре получают цветные контуры.
Первоначально Lytro фокусируется на заданный пользователем объект, затем запоминает резкие изображения для переднего и заднего планов. Затем на основе интерполяционной информации пользователю предоставляется возможность менять резкость в специальном программном обеспечении.
Главными проблемами подобной технологии оказалось: низкое разрешение, высокие шумы, медленная работа - это общие проблемы на старте проекта, а также зависимость малоразмерного сенсора от одного объектива, специально под этот сенсор разработанного. Кстати, у него практически не управлялась диафрагма.
Дальнейшее развитие пошло по нескольким направлениям, поскольку к разработке подключились компании Adobe, Apple, Sony и Mitsubishi. Одно из усовершенствований сенсора привело к созданию модификации Sony Time-of-Flight, по сути, это сенсор BSI-BDJ-CMOS на базе технологии Buried Double Junction («заглублённый двойной переход»), которая предназначалась для индустриального видения, скоростной промышленной съёмки и последующего объёмного наблюдения с расширенным диапазоном цветовосприятия. К слову, уже сейчас для подобных камер используется специальная сменная оптика!
После съемки камерой Lytro Illum полученные изображения обрабатываются в специальном программном обеспечении. Один из разделов - «Карта ГРИП». Она представлена в нескольких вариантах, в том числе в оттенках серого.
В настоящее время в стадии разработки находится сенсор с циклическими под-пикселями, расположенными в несколько окружностей вокруг основного пикселя. В перспективе планируется использовать до 80 источников данных о направлении луча для каждого пикселя. Подобные технологии позволят создать системы роботизированного дальномерного зрения, альтернативные современным радарным или лидарным системам.
Как происходит адаптация новых технологий к существующим камерам и оптике? Компания Mitsubishi создаёт адаптируемый к любой матрице цифрового задника многомикролинзовый плоский затвор с точнейшим позиционированием и фокусировкой относительно привычного сенсора. В каждый пиксель изображение пойдёт через множество «микрофасеток» - останется только запомнить направления.
Результаты съемки камерой Lytro Illum можно сохранить в одном из нескольких форматов. Например, двумерные изображения в формате JPEG и TIFF - фотоснимок с разрешением 4 Мпикс. Также это могут быть стереоизображения, рабочие материалы для других программ, создающих 3D-реальность, и видеоклип H.264 (MP4), который имитирует объем.
Адаптация к современному кинопроцессу. Компании Lytro и Adobe разрабатывают киносистему Lytro Cinema с разрешением 755 Мпикс.! В ней применяется огромное количество объективов, которые проецируют изображение на матрицы. Получаемые изображения объединяются в единое перефокусируемое объёмное изображение. Задача – свести на нет ошибки фокусировки при объёмной киносъёмке.
Можно надеяться, что пленоптические технологии будут адаптированы как к современной фотографии и нынешним объективам, так и к тем техническим и творческим приёмам, которые используют фотографы.