Výpočetní fotografie - Computational photography

Širší pokrytí tohoto tématu najdete v tématu výpočetní zobrazování .
Výpočetní fotografie nabízí mnoho nových funkcí. Tento příklad kombinuje HDR (High Dynamic Range) Imaging s panoramics ( image-stitching ), optimálním spojením informací z více různě exponovaných snímků překrývajících se předmětů

Výpočetní fotografie se týká technik digitálního snímání a zpracování obrazu, které místo optických procesů používají digitální výpočet. Výpočetní fotografie může zlepšit možnosti fotoaparátu nebo zavést funkce, které u filmové fotografie nebyly vůbec možné, nebo snížit náklady nebo velikost prvků fotoaparátu. Mezi příklady výpočetní fotografie patří výpočet digitálních panoramat ve fotoaparátu , snímky s vysokým dynamickým rozsahem a kamery se světelným polem . Kamery ve světelném poli používají nové optické prvky k zachycení trojrozměrných informací o scéně, které lze poté použít k vytváření 3D obrazů, vylepšené hloubky ostrosti a selektivního rozostření (neboli „post focus“). Vylepšená hloubka ostrosti snižuje potřebu mechanických zaostřovacích systémů. Všechny tyto funkce používají výpočetní zobrazovací techniky.

Definice výpočetní fotografie se vyvinula tak, aby zahrnovala řadu oborových oblastí počítačové grafiky , počítačového vidění a aplikované optiky . Tyto oblasti jsou uvedeny níže, organizované podle taxonomie navržené Shree K. Nayarem . V každé oblasti je seznam technik a pro každou techniku ​​je citován jeden nebo dva reprezentativní dokumenty nebo knihy. Z taxonomie jsou záměrně vynechány techniky zpracování obrazu (viz také digitální zpracování obrazu ) aplikované na tradičně zachycené snímky za účelem vytvoření lepších snímků. Příklady takových technik jsou škálování obrazu , komprese dynamického rozsahu (tj. Mapování tónu ), správa barev , dokončování obrazu (aka malování nebo vyplňování otvorů), komprese obrazu , digitální vodoznak a umělecké efekty obrazu. Rovněž jsou vynechány techniky, které vytvářejí údaje o rozsahu , objemová data , 3D modely , 4D světelná pole , 4D, 6D nebo 8D BRDF nebo jiné vysoce dimenzionální obrazové reprezentace. Epsilon photography je podoblast výpočetní fotografie.

Vliv na fotografii

Fotografie pořízené pomocí výpočetní fotografie mohou amatérům umožnit vytvářet fotografie konkurující kvalitě profesionálních fotografů, ale v současné době nepřekonávají použití zařízení na profesionální úrovni.

Výpočetní osvětlení

Jedná se o strukturované ovládání fotografického osvětlení, potom zpracování zachycených snímků a vytváření nových snímků. Mezi aplikace patří přisvícení na základě obrazu, vylepšení obrazu, odbarvování obrazu, obnova geometrie/materiálu atd.

Zobrazování ve vysokém dynamickém rozsahu používá k rozšíření dynamického rozsahu různě exponované obrázky stejné scény. Mezi další příklady patří zpracování a sloučení různě osvětlených obrazů stejného předmětu („světelný prostor“).

Výpočetní optika

Toto je zachycení opticky kódovaných obrazů, po kterém následuje výpočetní dekódování za účelem vytvoření nových obrazů. Zobrazování pomocí kódované clony se používalo hlavně v astronomii nebo rentgenovém zobrazování za účelem zvýšení kvality obrazu. Místo jediného kolíkového otvoru se při zobrazování použije vzor dírky a pro obnovu obrazu se provede dekonvoluce . Při zobrazování s kódovanou expozicí je stav zapnutí/vypnutí závěrky kódován za účelem úpravy jádra pohybové neostrosti . Tímto způsobem se pohyblivé odlupování stává dobře podmíněným problémem . Podobně v kódované cloně založené na čočkách lze clonu upravit vložením širokopásmové masky . Rozostření z rozostření se tak stává dobře podmíněným problémem. Kódovaná clona může také zlepšit kvalitu získávání světelného pole pomocí transformační optiky Hadamard.

Vzory kódované clony lze také navrhnout pomocí barevných filtrů, aby bylo možné použít různé kódy na různých vlnových délkách. To umožňuje zvýšit množství světla, které dopadá na snímač kamery, ve srovnání s binárními maskami.

Výpočetní zobrazování

Výpočetní zobrazování je sada zobrazovacích technik, které kombinují získávání dat a zpracování dat a vytvářejí obraz objektu prostřednictvím nepřímých prostředků, aby poskytly vylepšené rozlišení , další informace, jako je optická fáze nebo 3D rekonstrukce . Informace jsou často zaznamenávány bez použití konfigurace konvenčního optického mikroskopu nebo s omezenými datovými sadami.

Výpočetní zobrazování umožňuje překročit fyzická omezení optických systémů, jako je numerická clona , nebo dokonce vymazat potřebu optických prvků .

Pro části optického spektra, kde je obtížné vyrobit zobrazovací prvky, jako jsou objektivy, nebo nelze miniaturizovat obrazové snímače , nabízí výpočetní zobrazování užitečné alternativy v oblastech, jako je záření X-Ray a THz .

Běžné techniky

Mezi běžné výpočetní zobrazovací techniky patří zobrazování bez čoček , počítačové skvrnité zobrazování, ptychografie a Fourierova ptychografie .

Výpočetní zobrazovací technika často čerpá z technik kompresního snímání nebo fázového vyhledávání , kde dochází k rekonstrukci úhlového spektra objektu. Další techniky se týkají oblasti výpočetního zobrazování, jako je digitální holografie , počítačové vidění a inverzní problémy, jako je tomografie .

Výpočetní zpracování

Toto je zpracování neopticky kódovaných obrazů za účelem vytvoření nových obrazů.

Výpočetní senzory

Jedná se o detektory, které kombinují snímání a zpracování, obvykle v hardwaru, jako například převzorkovaný binární obrazový snímač .

Raná práce v počítačovém vidění

Přestože je výpočetní fotografie v současné době oblíbeným módním heslem počítačové grafiky, mnoho jejích technik se poprvé objevilo v literatuře o počítačovém vidění, a to buď pod jinými názvy, nebo v dokumentech zaměřených na 3D analýzu tvaru.

Počítačový fotografický aparát z roku 1981, který lze nosit.

Historie umění

Wearable Computational Photography vznikla v 70. a na začátku 80. let minulého století a vyvinula se do novější umělecké formy. Tento obrázek byl použit na obálce učebnice Johna Wileyho a synů na toto téma.

Výpočetní fotografie jako umělecká forma se praktikuje zachycením různě exponovaných obrázků stejného předmětu a jejich kombinací. To byla inspirace pro vývoj nositelného počítače v 70. a na začátku 80. let minulého století. Výpočetní fotografie byla inspirována dílem Charlese Wyckoffa , a proto datové sady výpočetních fotografií (např. Různě exponované obrázky stejného předmětu, které jsou pořízeny za účelem vytvoření jediného složeného obrazu) jsou někdy na jeho počest označovány jako Wyckoffovy sady.

Počáteční práce v této oblasti (společný odhad projekce obrazu a hodnoty expozice) provedli Mann a Candoccia.

Charles Wyckoff věnoval velkou část svého života vytváření speciálních druhů 3vrstvých fotografických filmů, které zachycovaly různé expozice stejného předmětu. Obrázek jaderného výbuchu, pořízený na Wyckoffově filmu, se objevil na obálce časopisu Life Magazine a ukázal dynamický rozsah od temných vnějších oblastí po vnitřní jádro.

Viz také

Reference

externí odkazy