Lichtveldfotografie: wat is het en hoe werkt het?

Lichtveldfotografie bestaat al heel lang. Het eerste analoge lichtveldapparaat werd in 1908 uitgevonden door Gabriel Lippmann, die uiteindelijk een Nobelprijs won voor zijn werk aan kleurenfotografie.

Lichtveldfotografie is fascinerend omdat je hiermee het focusvlak van een afbeelding kunt verplaatsen nadat een afbeelding al is gemaakt, wat bij normale fotografie onmogelijk is.

Dus, hoe werkt lichtveldfotografie? In dit artikel leer je alles wat je moet weten.

Wat is lichtveldfotografie?

Normale fotografie werkt zeer vergelijkbaar met het menselijk oog. Je stelt scherp met de camera en de sensor legt een tweedimensionaal beeld van een driedimensionale ruimte vast, waarbij een "plak" van die ruimte scherp is. Alles voor of achter het scherpgestelde gebied is wazig en onscherp. Dit komt omdat een normale sensor alleen informatie vastlegt over de intensiteit van het licht.

Het lichtveld verwijst naar het geheel van alle lichtstralen (elk foton) in een scène. De lichtstralen waaruit het lichtveld bestaat, worden bepaald door de plenoptische functie (daarom worden lichtveldcamera's ook wel plenoptische camera's genoemd). De plenoptische functie beschrijft een lichtstraal in vijf dimensies: de coördinaten in de 3D-ruimte (X, Y, `) en de richting in de 2D-ruimte (twee hoeken).

Lichtveldfotografie legt informatie vast uit het lichtveld in een bepaalde scène, waaronder: zowel de intensiteit van het licht als de richting van de lichtstralen (volgens de plenoptic functie).

Lichtveldfotografie is heel anders dan conventionele fotografie. Hiermee kunt u een driedimensionaal beeld vastleggen en achteraf kiezen waar de nadruk op komt te liggen. Door gebruik te maken van meerdere sensoren kan zowel het invallende licht als de richting van de lichtstralen worden vastgelegd.

Hoe werkt lichtveldfotografie?

Zoals gezegd legt een lichtveldcamera alle informatie over het lichtveld voor de camera vast. Deze informatie omvat de intensiteit, kleur en richting van het licht. Hierdoor is het mogelijk om wiskundig te bepalen waar elke lichtstraal vandaan kwam voordat deze de sensor bereikte. Dit betekent dat een driedimensionaal model van de scène kan worden geconstrueerd.

Er zijn verschillende technieken om een ​​lichtveld vast te leggen, bijvoorbeeld:

• Een enkele camera gebruiken om informatie over een scène vanuit meerdere hoeken vast te leggen. Deze methode levert een selectie van vele afbeeldingen op.
• Arrays met meerdere camera's. Deze bevatten meestal tientallen sensoren in een brede reeks die elk informatie over een scène vanuit een iets andere hoek vastleggen. Deze methode produceert ook veel afbeeldingen tegelijk.
• Microlens-arrays. Met een reeks van honderden microlenzen voor een enkele digitale camerasensor kan lichtveldinformatie worden vastgelegd. Dit levert een afbeelding op die is opgebouwd uit honderden subafbeeldingen.

Elke afbeelding of subafbeelding verschilt door lichtstralen vast te leggen die op enigszins verschillende locaties in de ruimte zijn ontstaan. Omdat elke pixel dus een iets ander tafereel zal laten zien, wordt informatie over de hoek van de lichtstraal vastgelegd. Dit maakt het mogelijk om de afstand van elk object tot de camera en de positie in de scène te berekenen en uiteindelijk een 3D-model van de scène te ontwikkelen.

Toepassingen van lichtveldfotografie

Er zijn verschillende toepassingen voor lichtveldfotografie die ongelooflijk nuttig kunnen zijn. Omdat alle informatie over het lichtveld van een scène wordt vastgelegd, is het mogelijk om lichtveldbeelden op veel manieren te verwerken die bij normale fotografie niet mogelijk zijn.

Aangepast centraal punt

Het meest bekende kenmerk van lichtveldfotografie is het kunnen veranderen van het focuspunt nadat de foto is gemaakt. Dit komt omdat de informatie die door de camera wordt vastgelegd, focus op elke afstand bevat, wat betekent dat het met geavanceerde software mogelijk is om elke afstand te kiezen als het brandpunt in de tafereel.

Variabele scherptediepte

Net als bij scherpstellen, is het vanwege de aard van de opgenomen informatie mogelijk om beelden te verwerken met "synthetisch diafragma". Diafragma is de diameter van de opening in een lens en bepaalt de scherptediepte (hoe onscherp de voor- en achtergrond zijn) in een afbeelding.

Verwant: Waarom de F-stop belangrijk is in fotografie

Omdat een lichtveldbeeld informatie bevat op elke mogelijke focusafstand, is het mogelijk om: maak afbeeldingen met de kleinst mogelijke scherptediepte (slechts een heel klein gedeelte is scherpgesteld). Het is ook mogelijk om een ​​afbeelding te maken met oneindige scherptediepte waarbij alles in de afbeelding scherp is.

Parallax-effect

Afhankelijk van de manier waarop het lichtveld wordt vastgelegd, is het mogelijk om enigszins verschillende kijkhoeken van de scène te produceren. Dit hangt af van de diameter of breedte van het systeem waarmee de opname is gemaakt. Hoe breder het lenssysteem is, hoe meer licht er wordt opgevangen vanuit grotere hoeken.

Nadat de afbeelding is gemaakt, is het mogelijk om het perspectief van de afbeelding een klein beetje te veranderen, alsof u uw hoofd in de eigenlijke scène beweegt. Dit staat bekend als een parallax-effect. Met behulp van het parallax-effect is het ook mogelijk om een ​​3D-beeld te reconstrueren.

Bereken afstanden

Afhankelijk van de gevoeligheid van het lichtveldfotografiesysteem en hoe bekend de optische eigenschappen ervan zijn, is het mogelijk om de afstand van de lens tot objecten in een scène te berekenen. Een belangrijke toepassing hiervan zou zijn in de microscopie, waar het nuttig is om de grootte van synthetische of biologische monsters nauwkeurig te meten.

Verander de lichtomstandigheden

Omdat bij lichtveldfotografie zoveel informatie over de diepte van een scène wordt vastgelegd, is het met nabewerkingssoftware mogelijk om de belichting in een scène nauwkeurig te reconstrueren. Omdat de software de relatieve posities van alle objecten in een afbeelding kent, kan het overtuigend berekenen waar de schaduwen zouden vallen.

Virtuele realiteit

Lichtveldfotografie kan verander filmmaken en VR voor altijd. Dit komt omdat lichtveldfotografie kan worden gebruikt om real-life VR te creëren. Google heeft hier voorbeelden van ontwikkeld die te zien zijn op Stoom.

Met behulp van een roterende camerareeks van 16 GoPro's hebben ze duizenden beelden vastgelegd die alle lichtveldinformatie in een 3D-ruimte hebben vastgelegd. Vervolgens konden ze een driedimensionale virtual reality-ervaring met zes vrijheidsgraden creëren.

Zijn lichtveldcamera's de toekomst van fotografie?

In 2012 was de eerste lichtveldcamera voor de consumentenmarkt: vrijgegeven door het bedrijf Lytro. Deze camera had een resolutie van één megapixel met een constant diafragma van F/2 en werd verkocht voor tussen de $ 400 en $ 500. Sindsdien zijn er maar heel weinig op de consument gerichte lichtveldcamera's op de markt gekomen.

Het gebrek aan resolutie en beeldkwaliteit betekende dat lichtveldcamera's gewoon niet van de grond kwamen op de consumentenmarkt zoals DSLR's deden. In feite blijven veel van de toepassingen van lichtveldtechnologie in ontwikkeling.

Maar er is een reden waarom Google (en nu Apple) in deze technologie investeert, en het gebruik ervan bij het creëren van 3D-gebruikerservaringen voor VR is slechts één voorbeeld!

Facebook heeft nu 10.000 mensen die aan AR/VR-apparaten werken

Om zijn afhankelijkheid van Apple en Google te verminderen, gaat Facebook all-in op Oculus.

Lees volgende

Over de auteur