라이트 필드 카메라

Light field camera
Lytro Illum 2세대 광전지 카메라
프론트 렌즈와 LCD 터치스크린을 보여주는 최초의 소비자 광원 카메라인 Lytro의 전면 및 후면

플레놉틱 카메라로도 알려진 광장 카메라는 한 장면에서 나오는 광장에 대한 정보, 즉 한 장면에서의 빛의 강도, 그리고 광선이 우주에서 이동하는 정확한 방향을 포착하는 카메라다.이는 빛의 강도만을 기록하는 기존 카메라와 대비된다.

한 유형은 강도, 색상 및 방향 정보를 감지하기 위해 기존의 이미지 센서 앞에 배치된 일련의 마이크로 렌즈를 사용한다.다중 카메라 배열은 또 다른 유형이다.홀로그램은 필름 기반의 광장 이미지의 일종이다.

역사

초기연구

최초의 경장 카메라는 1908년 가브리엘 리프먼에 의해 제안되었다.그는 자신의 컨셉을 "통합 사진"이라고 불렀다.리프먼의 실험 결과에는 일반 마이크로렌즈로 양각한 플라스틱 시트를 사용하거나 임의의 패턴으로 촘촘히 포장된 작은 유리구슬을 부분적으로 박아 사진 에멀전 표면에 넣어 만든 조잡한 일체형 사진들이 포함되어 있었다.

1992년 아델슨과 왕 부장은 스테레오 매칭에서 통신 문제를 줄이는 디자인을 제안했다.[1]이를 위해 카메라 메인 렌즈의 초점면에 마이크로렌즈 배열을 배치한다.이미지 센서는 마이크로렌즈 뒤에 약간 위치한다.이러한 영상을 이용하여 초점이 맞지 않는 영상 부분의 변위를 분석하고 깊이 정보를 추출할 수 있다.

표준 플레놉틱 카메라

이는 사진 촬영 후 Lytro Illum 광원 카메라 소프트웨어를 사용하여 필드의 초점 거리 및 깊이를 변경할 수 있는 능력을 보여준다 - Near focus(상단), Far focus(중간), Full deep of field(하단) - Lytro Illument 광원 카메라 소프트웨어 사용

'표준 플레놉틱 카메라'는 연구원들이 디자인을 비교하기 위해 사용하는 수학 모델이다.정의상 센서의 이미지 평면으로부터 한 개의 초점 길이만큼 떨어진 곳에 마이크로렌즈를 배치한다.[2][3][4]연구에 따르면, 그것의 최대 기준선은 입체적인 설정에 비해 작은 메인 렌즈 입구의 동공 크기에 국한되어 있다.[1][5]이는 "표준 플레놉틱 카메라"가 카메라의 매개변수에 기초하여 미터법으로 예측할 수 있는 거리에서 향상된 깊이 분해능을 나타내기 때문에 근거리 응용을 위한 것일 수 있음을 의미한다.[6]

초집중 플레놉틱 카메라

2004년에 스탠포드 대학 컴퓨터 그래픽스 연구소의 한 팀은 사진이 촬영된 후에 다시 초점이 맞춰질 수 있다는 것을 증명하기 위해 16 메가픽셀 카메라를 사용했다.이 시스템은 90,000 마이크로렌즈 어레이를 사용했으며, 해상도는 90 킬로픽셀이었다.[2]

Lumsdaine과 Georgiev는 마이크로렌즈 배열을 메인 렌즈의 초점면 앞이나 뒤에 배치할 수 있는 설계를 설명했다.이 수정은 높은 공간 분해능을 위해 각도 분해능을 교환하는 방식으로 광장을 샘플링한다.이 디자인으로, 이미지는 표준 플레놉틱 카메라의 이미지보다 훨씬 높은 공간 분해능으로 다시 집중될 수 있다.그러나 낮은 각도 분해능은 앨리어싱 아티팩트를 도입할 수 있다.

코드화된 조리개 카메라

2007년 마이크로렌즈 어레이 대신 저가 인쇄 필름 마스크를 사용한 디자인이 제안됐다.[7]이 설계는 마이크로렌즈 배열에서 볼 수 있는 색도 이상과 경계 픽셀의 손실을 줄이고 더 큰 공간 분해능을 허용한다.그러나 마스크 기반의 디자인은 이미지 센서에 도달하는 빛의 양을 줄여 밝기를 감소시킨다.

리트로

Lytro의 광장 센서는 강도, 색상 및 방향 정보를 감지하기 위해 기존의 이미지 센서 앞에 배치된 일련의 마이크로 렌즈를 사용한다.[8]그런 다음 소프트웨어는 이 데이터를 사용하여 디스플레이 가능한 2D 또는 3D 이미지를 생성한다.[9]Lytro는 주어진 거리에서 다른 거리에서의 향상된 해상도를 위해 최대 2D 해상도를 거래한다.사용자는 원하는 초점거리에서 Lytro 카메라의 독점 이미지를 일반 2D 이미지 파일로 변환할 수 있다.최대 Illum 2D 분해능은 2450 × 1634 (4.0 메가픽셀)이다.3D 광원 해상도는 40개의 "메가레이"[10]이다.최대 2D 해상도는 1080 × 1080 픽셀(대략 1.2 메가픽셀)이다.[11]

특징들

기능에는 다음이 포함된다.

  • 가변적인 필드 깊이와 "초점 확산": Lytro의 "초점 확산" 기능은 사진을 찍은 후 Lytro 이미지를 2차원적으로 표현한 필드 깊이(초점 깊이)를 조정할 수 있다.[12]특정 거리에서 포커스를 설정하는 대신, '포커스 스프레드'를 통해 2D 이미지를 더 많이 포커스에 넣을 수 있다.경우에 따라 전체 2D 영상 필드가 될 수 있다.사용자들은 또한 예술적 효과를 위해 특정한 거리에서 2D 영상을 "초기화"할 수 있다.Illum은 렌즈에 광학 포커스와 줌 링을 사용하여 "재포커스 가능" 및 "포커스 스프레드 가능" 범위를 선택할 수 있다.Illum은 또한 다른 깊이에서 3개 또는 5개의 연속 영상을 캡처하여 재사용 가능한 범위를 확장하는 "초점 브래킷"을 특징으로 한다.[13]
  • 속도: 사진을 찍기 전에 렌즈의 초점을 맞출 필요가 적기 때문에 라이트 필드 카메라는 기존의 포인트 앤 슈팅 디지털 카메라보다 더 빨리 이미지를 캡처할 수 있다.[14]이것은 예를 들어, 카메라 자동 포커스 시스템이 빠르게 움직이는 피사체를 정확하게 추적할 수 없기 때문에 많은 사진들이 손실되는 스포츠 사진의 장점이다.
  • 저조도 감도:후처리 시 초점 조정 기능을 통해 기존 카메라에서 가능한 것보다 더 큰 조리개를 사용할 수 있어 저조도 환경에서 촬영이 가능하다.[14][15]
  • 3D 영상:플레놉틱 카메라는 깊이 정보를 기록하기 때문에 스테레오 이미지는 단일 플레놉틱 이미지 캡처에서 소프트웨어로 구성할 수 있다.[16][17]

제조자

소비재

리트로는 스탠퍼드대 컴퓨터그래픽스연구소 동문인 런응이 대학원생 시절 개발한 경장 카메라를 상용화하기 위해 설립한 회사다.[18]Lytro는 2018년 3월에 운영을 중단했다.

레이트릭스는 2010년부터 산업용 및 과학용 플레놉틱 카메라 여러 모델을 제공했으며, 1 메가픽셀부터 시야를 확보했다.[19][20]

d'Optron과 Revion Photonics는 각각 현미경 검사와 가스 누출 탐지를 전문으로 하는 플레놉틱 카메라를 제공한다.

2021년 11월 독일의 K 렌즈는[21] 킥스타터에 어떤 표준 렌즈에도 사용할 수 있는 최초의 라이트 필드 렌즈를 발표했다.

기타 카메라

펠리컨 이미징은 가전제품용 얇은 멀티 카메라 어레이 시스템을 갖추고 있다.펠리컨의 시스템은 마이크로 렌즈 어레이 이미지 센서 대신 4~16개의 촘촘한 간격을 가진 마이크로 카메라를 사용한다.[22]노키아는 펠리컨 이미징에 투자해 2014년 노키아 스마트폰에 구현될 것으로 예상한 16렌즈 어레이의 플롭틱 카메라 시스템을 생산했다.[23]펠리컨은 독립형 어레이 카메라가 아닌 기기의 메인 카메라에 깊이 감지 기능을 더한 보조 카메라 설계로 이동했다.[24]

어도비 라이트 필드 카메라는 100만 화소 시제품으로 19개의 독특하게 구성된 렌즈를 사용해 포커스를 맞춰 장면을 입체적으로 촬영한다.각각의 렌즈는 5.2 메가픽셀의 장면 사진을 찍는다.각각의 이미지는 나중에 어떤 식으로든 집중될 수 있다.[25]

CAFADIS는 라구나 대학교(스페인)에서 개발한 플롭틱 카메라다.[26]CAFADIS는 위상 거리 카메라(스페인어)를 의미하며, 거리 및 광학 파동 측정에 사용할 수 있기 때문이다.그것은 한 번의 촬영으로 다른 거리, 깊이 지도, 올인 포커스 영상과 스테레오 쌍에 초점을 맞춘 영상을 제작할 수 있다.천체물리학에서 적응형 광학에는 유사한 광학 설계를 사용할 수 있다.

미쓰비시전기연구소의 MERL(광전계) 광전계[7] 카메라는 광학 이질화의 원리에 기초하고, 센서에 가깝게 배치한 인쇄필름(마스크)을 사용한다.어떤 핸드헬드 카메라도 센서 위에 저가의 필름을 삽입하기만 하면 이 기술을 이용해 경량장 카메라로 변환할 수 있다.[27]마스크 기반의 디자인은 장면의 초점을 맞춘 부분에 대해 고해상도 사진이 생성될 수 있기 때문에 해상도 상실의 문제를 피할 수 있다.

스탠포드 대학 컴퓨터 그래픽스 연구소는 광장 카메라에 사용된 것과 유사한 마이크로렌즈 배열을 사용하여 광장 현미경을 프로토타입으로 개발했다.시제품은 니콘 이클립스가 전송한 광현미경/광범위 형광현미경 및 표준 CCD 카메라를 중심으로 제작된다.광장 캡쳐는 디콘볼루션을 사용하여 렌더링된 최종 다중점 이미지와 함께 목표 렌즈와 카메라 사이의 광 경로에 배치된 마이크로렌즈 어레이 및 기타 광학 구성요소를 포함하는 모듈에 의해 획득된다.[28][29][30]

이후 프로토타입은 현미경의 조명 조명 경로에 비디오 프로젝터(컴퓨팅 조명의 제어 허용)와 두 번째 마이크로렌즈 어레이로 구성된 조명장 조명 시스템을 추가했다.광원 조명 시스템의 추가는 추가적인 조명 유형(사선 조명 및 준암장 등)과 광학적 이상을 위한 보정을 모두 허용했다.[29]

아마추어 버전

표준 디지털 카메라의 개조에는 적절한 마이크로 렌즈 재료가 거의 필요하지 않기 때문에, 많은 취미 활동가들이 필드 또는 방향 정보의 선택적 깊이를 제공하도록 이미지를 처리할 수 있는 카메라를 제작했다.[31]

적용들

2017년 한 연구에서, 연구원들은 해부된 시체들의 전통적인 사진과 동일한 모듈보다 온라인 해부학 모듈에 사진 촬영된 광원 사진의 통합이 더 나은 학습 결과를 가져오지 않는다고 관찰했다.[32]

플레놉틱 카메라는 자동 포커스 기능을 능가하는 빠르게 움직이는 물체를 이미징하는 데 좋고, 보안 카메라 등 자동 포커스 기능이 실용적이지 않은 물체를 이미징하는 데 좋다.[33]실험 대상의 정확한 3D 모델을 제작하기 위해 플롭틱 기술에 기반한 보안 카메라의 녹음을 사용할 수 있다.[34]

참고 항목

참조

  1. ^ a b Adelson, E. H.; Wang, J. Y. A. (1992). "Single Lens Stereo with Plenoptic Camera". IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 14 (2): 99–106. CiteSeerX 10.1.1.53.7845. doi:10.1109/34.121783.
  2. ^ a b "Light Field Photography with a Hand-Held Plenoptic Camera". graphics.stanford.edu.
  3. ^ Lumsdaine, A, Georgiev, T, The Focused Plenoptic Camera, ICCP, 2009년 4월.
  4. ^ Hahne, C.; Aggoun, A.; Velisavljevic, V.; Fiebig, S.; Pesch, M. (2016). "Refocusing distance of a standard plenoptic camera". Optics Express. 24 (19): 21521–21540. Bibcode:2016OExpr..2421521H. doi:10.1364/oe.24.021521. hdl:10547/622011. PMID 27661891.
  5. ^ Hahne, C.; Aggoun, A.; Velisavljevic, V.; Fiebig, S.; Pesch, M. (2017). "Baseline and Triangulation Geometry in a Standard Plenoptic Camera" (PDF). Int. J. Comput. Vis.
  6. ^ "Light field geometry estimator".
  7. ^ a b 아쇼크 베라라가반, 라메쉬 라스카르, 아미트 아그라왈, 앙키트 모한, 잭 텀블린.Dappled Photography: Mask Enhanced Cameras for Here-odified Light Fields and Coded Apropure Refocusing.ACM Transactions on Graphics, Vol. 26, 2007년 7월 이슈 3
  8. ^ Coldewey, Devin. "Doubts About Lytro's "Focus Later" Camera". TechCrunch. Retrieved 19 August 2011.
  9. ^ 라르스 렘, DP 리뷰"CES 2012: Lytro Photowalk." 2012년 1월 13일.2012년 4월 20일 검색됨
  10. ^ "Lytro Illum 40 Megaray Light Field Camera". Digital Photography Review. Retrieved 2014-10-19.
  11. ^ Goldman, Joshua (26 October 2011). "Lytro camera: 5 things to know before you buy". CNET Editor. CNET. Retrieved 21 November 2018.
  12. ^ "Lytro software update introduces Focus Spread feature". DPREVIEW. Retrieved 25 March 2015.
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  14. ^ a b Fried, Ina. "Meet the Stealthy Start-Up That Aims to Sharpen Focus of Entire Camera Industry". All Things Digital. Retrieved 24 June 2011.
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  16. ^ José Manuel Rodríguez-Ramos (1 April 2011). "3D imaging and wavefront sensing with a plenoptic objective". SPIE.
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  20. ^ "The First Plenoptic Camera on the Market PetaPixel". petapixel.com.
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  33. ^ "Polydioptric Camera Design - VideoGeometry :: Home Page of Jan Neumann". sites.google.com.
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외부 링크